Rauschpegel
Der Rauschpegel oder das „weiße Rauschen“
Bei vielen Erklärungen im Zusammenhang mit Antennentechnik (auch bei 5G- & LTE-Anlagen), ist immer vom Grundrauschen, dem weißen (thermischen) Rauschen oder dem Rauschpegel allgemein die Rede. Aber was ist das eigentlich? Einfach gesagt: Jedes Material, welches freie Ladungsträger besitzt, also leitfähig ist, "rauscht".
Grund ist die thermische Bewegung aller Teilchen bei Wärmeeinwirkung. Im gleichen Maße schwingen auch die freien Ladungsträger (Elektronen) mit. Dadurch entsteht in jedem Kabel, jedem Widerstand und jedem Halbleiterbauteil, das Grundrauschen. Je höher die Temperatur, desto höher ist auch das Rauschen. Vice versa würde bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt (~ -273° C) das Rauschen auch nicht mehr existieren. Diese, durch die thermische Bewegung hervorgerufene Rauschleistung, lässt sich auch berechnen. Es gilt die Formel:
N = k x T x Δf
Dabei ist N die Rauschleistung, k = 1,38 x 10-23 J/K die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur in Kelvin und Δf die Rauschbandbreite. Da viele Messungen bei Raumtemperatur durchgeführt werden (der Router steht ja auch meist dort), ist es sinnvoll, die Rauschleistung für diese Temperatur (T = 300 K) und die Bandbreite Δf = 1 Hz zu kennen. Das ergibt dann:
N [dBm] = 10 x lg (1,38 x 10-23J/K x 300 K x 1 Hz : 1 mW)
N [dBm] = -173,83 dBm ≈ -174 dBm
Diesen Zahlenwert zu kennen ist oft sehr lohnenswert, weil damit sehr schnell die Rauschleistung bei Raumtemperatur für jede Bandbreite berechnet werden kann. Weil die Bandbreite Δf in der Formel als Faktor eingebunden ist, kann ihre Erhöhung auch wie eine Verstärkung behandelt werden. Zum Zahlenwert der Rauschleistung bei 1 Hz (die -174 dBm) braucht nur der Wert
10 x lg(Δf [Hz] : 1 Hz)
hinzuaddiert werden. Wenn man jetzt zum Beispiel die thermische Rauschleistung einer Baugruppe bei Raumtemperatur und einer Bandbreite von 10 MHz (zum Beispiel in einem LTE 800 – Kanal) berechnen will, ergibt das:
N(10 MHz) = (-174 + 70) dBm
N(10 MHz) = -104 dBm
weil:
10 x lg (10 MHz : 1 Hz) = 10 x lg (10.000.000 Hz : 1 Hz) = 70
Die Erhöhung der Rauschbandbreite von 1 Hz auf 10 MHz erhöht die Rauschleistung also entsprechend dem Faktor 107 um 70 dB.
Wissenswertes Thema:
» Was ist der Signal-Rauschabstand?» Ratgeber "Empfang verbessern mit LTE"
» Mehrantennentechnik MIMO
» Was bedeutet QAM256?
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