噪声功率和噪声功率谱密度

一、噪声功率和功率谱密度

噪声功率是电子和通信系统中重要概念,用于描述噪声信号的强度和能量分布,噪声是系统中不可避免的随机干扰,它会引入到信号中,影响信号的质量和可靠性。

那么什么是噪声功率呢?它是指在一个给定的频带范围内的噪声信号的总功率(噪声可以来自于各种来源,比如电子元器件、传输介质等)(注意是一定频带范围),噪声功率是衡量噪声信号强度的指标,通常单位是w、mw或者dBm表示。

1.1   噪声功率的计算

噪声功率的计算取决于所考虑的噪声类型和系统的特性,以下是一些常见的噪声功率计算公式:

1、热噪声功率

热噪声是由于元件或者电路中随机热运动而产生的噪声,也称为白噪声,热噪声功率可以根据热噪声功率密度和系统带宽计算出来。

热噪声功率密度N0表示单位频带内的热噪声功率(通常单位为W/HZ或者dBm/HZ ,注意单位)系统带宽是指在考虑噪声的频带范围内的信号带宽,比如LTE的RX port,如果带宽是1.4MHZ,那么我们只考虑1.4MGZ频带范围的热噪声。

热噪声功率(N)计算公式为:

N=N0*B

1.1 噪声功率谱密度和噪声功率的关系

噪声功率和噪声功率谱密度之间存在密切的关系,噪声功率谱密度是指单位频带内的噪声功率,通常用W/HZ或者dBm/HZ表示。

噪声功率谱密度可以通过对整个频谱范围的噪声信号进行傅里叶变换得到,这样可以得到不同频率下的噪声功率谱密度值,然后对噪声功率谱密度在整个频率范围内的积分,可以得到相应频带内的噪声功率,关系可以表示如下:

噪声功率=噪声功率谱密度x频带带宽

噪声功率谱密度描述了噪声信号在各个频率上的能量分布情况,不同类型的噪声源具有不同的功率密度特性,例如热噪声的功率密度是在整个频谱范围内均匀分布的,而1/f噪声的功率谱密度随着频率呈现递减的特性。

通过了解噪声功率谱密度,我们可以判断不同频率内的噪声强度。

总结:

(1)噪声功率是描述信号强度的指标,用于衡量噪声信号在给定频率范围内的总能量或者功率;

(2)噪声功率谱密度是描述噪声在不同频率上的能量分布情况;

(3)噪声功率和噪声功率谱密度有着密切的关系,可以积分噪声功率谱密度来计算噪声功率。

二、计算应用

前面我们讲了噪声功率谱密度和噪声功率的定义、关键概念,但是在实际应用往往还有很多迷惑的地方,比如:

(1)dBm/HZ和dBm的转换;

dBm/HZ是每HZ带宽内的功率,如果要转换为dBm,前提是需要知道感兴趣的带宽,转换公式如下:

PdBm = PdBm/Hz + 10 * log10(BW Hz)

其中PdBm/HZ是功率谱密度,BW HZ是感兴趣的宽带范围,例如有一个-174dBm/HZ的信号,感兴趣的带宽是1MHZ(即1000000HZ),那么可以利用上面的公式计算:

PdBm = -174 dBm/Hz + 10 * log10(1000000 Hz) = -174 dBm + 60 dB = -114 dBm

所以,-174 dBm/Hz在1 MHz带宽下等于-114 dBm。具体数值可能会有所不同,这取决于你具体的dBm/Hz和带宽的数值

注:上面的公式来源很简单,假设噪声功率密度为A(单位为mw/HZ),在带宽范围内对功率积分,则求得噪声功率为:Pn(单位为mw)=A*BW,取对数则求得dBm为单位的噪声功率:

PdBm=10lgA+10lgBW(其中10lgA即单位为dBm/HZ的噪声功率密度),即为:

PdBm = PdBm/Hz + 10 * log10(BW Hz)

 

(2)功率密度dBm/HZ和dBm/MHZ;

将dBm/HZ换算为dBm/MHZ,可以看成在噪声频率密度为dBm/HZ的基础在1MHZ噪声带宽范围内去计算噪声功率,即可得到dBm/MHZ。

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