我们能节省热噪声吗？

Question

正如你所知，在通信中有一种称为热噪声的东西，它是完全随机的，会把你的数据弄乱。为了避免这种情况，有一些数据编码材料。我想知道的是，为什么我们要对数据进行编码，而问题是由热噪声引起的。

我们可以制作一个既发送数据又发送空白信号的设备，这样我们发送的数据将是数据+噪声，而空白信号将是0+噪声=噪声。这样，接收器就可以从我们发送的数据中减去这种噪声，从而获得正确的数据，而无需任何编码材料。是否有可能，或者热噪声是如此随机，以至于空白信号的噪声和数据的噪声也会不同？

Answer 1

否：每个通道的热噪声是独立的，两个不相关噪声源之间的差值为Vrms（总计）=sqrt（Vrms1^2+Vrms2^2）。实际上，无论是加还是减，这都是正确的，所以总噪声只会增加。

如果噪声在通道之间相关，例如差分信号上的共模噪声，则可以抵消。

反对热噪声的方法也很有限：放大器的负反馈可以有效地降低电阻器的热噪声（恐怕我忘记了具体在什么条件下）；这并不是禁止的，因为放大器在这样做时消耗的功率比产生/反对的热噪声功率要大得多，实际上它是一台冰箱，尽管效率极低，因为电子噪声是单自由度的，所以吸收的功率确实很小。不过，我认为这并不适用于一般情况。

Answer 2

热噪声（白色-灰色）可能源于前端。

如果有两个前端，则热噪声将不相关，因此差异中的热噪声将为较高的比每一个单独的热噪声高（理想情况下大约高出\$\sqrt{2}\$或约40%）。

Answer 3

在特殊情况下，这是可行的。在电荷耦合设备中，要测量像素中的电荷，首先要通过开关将电荷感应级的栅极连接到固定电势来设置其电势。然后你把它断开。断开会热污染电势(电容噪声).

您可以使用取消此操作相关双抽样首先，测量被污染的电势，然后将一个像素的电荷转移到感测台，然后再次测量。减去测量值，消除kTC噪声（感测放大器本身的热噪声仍然存在）。电荷转移本身是无污染的：在构造良好的CCD中，电荷转移移动像素中的每个电子。

但如果不存在这样一对相关通道（通常情况下），则该技术不起作用。

Answer 4

如果你能在第二个通道上发送相同的噪声，理论上这是可行的。热噪声的本质是，系统中的每个电阻器都有自己独特的随机噪声模式，这意味着它不实用。

不过，还有其他可行的噪声类型。例如，如果您的发送电路位于噪音较大的位置，以致电路的接地有噪音。可能是在一个装有降压转换器的盒子里，或者它就在很远的地方，使用了不同的接地点。我们可以从这个电路接两条线到接收器，一条连接到电路的输出端，另一条接地。然后我们对这些导线进行微分测量，得到没有噪声的信号。这也适用于电线拾取的噪音-只要它们一起运行，它们就会拾取相同的噪音，我们可以使用差分测量来抑制噪音。出现在两条导线上的噪声称为“共模”噪声。

我们实际上可以改进以上内容。我们可以在一条线上发送信号，在另一条线上发出-1*信号，而不是发送信号和接地，两者都带有相同的噪声。这被称为差分信号或平衡信号，在不增加信号电压的情况下，可以获得信噪比为2的因子。

Answer 5

发送空白将帮助您估计噪声的参数（平均值、方差等），但噪声本身是随机且不相关的。如果你缓慢地发送符号，你可能会处理出估计良好的噪音。但在高速运行时，您会遇到每个符号没有足够的样本来使用这种统计方法的限制。

您的方法的一个用途是，您可以估计信道的噪声，并调整您的算法，以便为该特定级别的噪声提供最佳带宽。