因此我们可视做电阻唯一随机杂讯产生器-通讯工程研究所.DOC

實驗單元6 AWGN頻道模擬器 1. 實驗目的 瞭解AWGN產生器的設計原理及應用。 學習如何設計AWGN產生器並實現於積體電路。 應用AWGN產生器於通訊系統並測試其對通訊系統的影響。 測試AWGN與ISI在通訊系統中所扮演之角色。 2. 實驗器材 硬體： Xinlinx FPGA board ----------------------------------*1 向量信號產生器 (VSG) -----------------------------*1 向量信號分析器 (VSA) -----------------------------*1 開關與線材 --------------------------------------------*若干 脈衝產生器 --------------------------------------------*1 電源供應器 --------------------------------------------*2 示波器 --------------------------------------------------*1 A/D轉換器 (AD9260EB) ---------------------------*1 D/A轉換器 (AD9762EB) ---------------------------*1 軟體： X-win, Synopsys, ModelSim (視個人需要) 3. 實驗原理 所謂雜訊(Noise)指的是任何會干擾信號傳輸接收的額外能量。雜訊除了可由外在產生外，可能由接收系統本身所產生。雜訊，雜訊外部雜訊內部雜訊。產生外部雜訊可能來源：大氣層雜訊：由雷電及大氣層電荷干擾所產生，主要以脈波型式干擾信號傳送，其干擾強度隨傳送信號頻率增加而減少，一般30MHz以上頻率，不易受其干擾。 外大空雜訊：太陽本身為高溫熱體會輻射不同頻率的能量，尤其太陽本身之活動有其週期性，會出現所謂高峰期如太陽黑子運動，其所產生雜訊強度會遽增數倍。其干擾範圍約在20MHz至120MHz之間。 人為雜訊：來源如汽機車點火系統，電動機，交換式設備，高壓電纜線，利用電弧放電的螢光燈等。 內部雜訊可能來源甚多，主要是所謂的熱雜訊(Thermal Noise或White Noise)。此種雜訊的來源來自電阻性元件內部電子移動隨機所生的，其強度與電阻的環境絕對溫度成正比。此種雜訊之存在可由下列實驗得知：將一未連接任何電源的一般電阻置在室溫環境中，一般咸信，此電阻應是量測不到任何電壓值才對，但不用直流電壓表而以一精密電子電壓表則可量測到存在有電壓值，且其為一隨機值。無論外在或內部雜訊，雜訊強度通常都是與信號頻寬成正比。換言之，信號頻寬愈寬，所受干擾強度愈大，在通信系統中，常以所謂的訊號強度對雜訊強度比(Signal-To-Noise Ratio ,S/N)來比較兩個系統之優劣或評估雜訊強度的影響。，，熱雜訊，熱雜訊。 其中 =平均雜訊功率，單位為瓦特(Watt) T=絕對溫度=攝氏溫度+ K=波茲曼常數= Watt/KHz B=所需的頻寬的量測值，單位為Hz 圖一所示熱雜訊之開路等效電路[2]，可視為一電壓源En串聯電阻R，其中 圖一 熱雜訊之開路等效電路 一般而言，熱雜訊不受流經電阻的偏壓電流影響。當計算電路雜訊時，許多元件皆會貢獻其熱雜訊，因此只有當所有雜訊源加總後方可得到完整的電路雜訊。讓Pn為在頻寬B下所測量之雜訊功率，那麼Pn/B便可視為1Hz頻寬下的雜訊功率密度，單位為Watt/Hz，我們稱之為雜訊功率頻譜密度。當雜訊功率頻譜密度已知時，只需乘上頻寬便可計算出雜訊功率。舉例而言，當接收機與天線達成阻抗匹配時，可以計算出，因此雜訊功率頻譜密度為 Watt/Hz。 在通訊系統的中頻或高頻電路常會使用電感與電容，不過我們會發現從電容或電感產生的雜訊主要來自其阻抗中的電阻成分，尤其是Q值較小的元件，其熱雜訊更是主要由製造這些元件所使用的導體與介電材料所產生。所以我們可以這麼說，電容與電感對電路雜訊的主要影響乃是其對頻寬的效應，而非對雜訊的貢獻。如圖二所示[2]，讓一寬頻隨機雜訊源連結至一低通濾波器並顯示其結果於頻譜分析儀上，我們將會發現，濾波後之雜訊頻譜形狀與濾波器的頻率響應相同，不過有趣的一點是，從濾波器的轉移函數來看， 當頻率趨近於無窮大時其輸出應該為零，但是由頻譜分析儀量測出的雜訊卻不如預期般的變成零（為什麼？），也就是說觀察到的雜訊將不會降至系統的Noise Floor以下，即雜訊不會小於。 圖二 濾波器的頻率響應 在數位通訊系統中[2]，雜訊電壓的瞬間峰值會造成接收訊號的變形因而判斷錯誤，這個白色雜訊的峰值電壓分佈通常被模型為高斯分佈；對熱雜訊這類的隨機程序而言，我們