1. 열 잡음 (Thermal Noise)
ㅇ 가장 일반적으로 발생되는 잡음
ㅇ 원인 : 주로 저항성 소자에서 전자의 열적 불규칙 운동에 의해 발생되는 잡음
ㅇ 용도 : 통신 이론에서 잡음을 모델링하는데 주로 사용
ㅇ 주파수 : 관심이 있는 꽤넓은 주파수 대역 내에서 균등 확률분포 형태를 갖음
- 일상적인 온도(290 K)에서는 주파수 ~1012 Hz까지 일정하다가 감소됨
2. 열 잡음의 `또 다른 명칭`
ㅇ `존슨잡음`, `나이퀴스트잡음` 이라고도함 ☞ 열운동 참조
- 존슨이, 열잡음을 측정하여 발생식을 도출하고,
- 나이퀴스트가, 열잡음을 이론적으로 설명함
ㅇ `백색잡음`, `랜덤잡음` 이라고도함
- 거의 대부분의 주파수 성분을 다 포함하기 때문에 백색이라고 함
※ 한편, 열잡음은 그 특성에 따라 => `AWGN (가산성 백색 가우시안 잡음)`라고 불리워짐
- 가산적/부가적 (Additive)
- 백색 (White)
- 가우시안분포/정규분포 (Gaussian)
3. 열 잡음의 발생 형태
ㅇ 모든 전송매체/통신설비에서 발생
- 도체내 전자들의 열적동요(Thermal Agitation)에 따른 자연상태 그대로의 잡음
- 자유전자들의 불규칙한 운동에 기인
ㅇ 통신설비를 구성하는 각종 고체소자의 자유전자들은 열에 의해 동요되어 움직임
- 이에따른 잡음 전압은 시간에 따라 랜덤하게 변화하며,
- 그 확률적 분포는 정규 분포 즉, 가우스 분포를 따르게됨.
4. 열 잡음 전압 (Thermal Noise Voltage)
ㅇ 발견 및 이론화
- 1926년 벨 연구소 John Johnson이, 저항 양단에 온도에 비례하는 불가피한 잡음 전압을 발견하고,
- Nyquist가, 이를 이론적으로 설명을 함
ㅇ Vrms2 = < vn2(t) > = 4 k T B R [V2]
- Vrms : 잡음 전압의 실효값
- < vn2(t) > : 평균 제곱 잡음 전압
. 즉, 통계적으로, 평균이 0 인 정규분포 상에서, 열 잡음 전압의 분산에 대한 표현
- k = 1.38 x 10-23 [J/K] : 볼츠만상수
- T : 절대 온도 또는 잡음 온도 [K]
- B : 대역폭 [Hz]
- R : 저항 [Ω]
* 주파수와는 무관하고, 주로, 온도에 만 비례적
ㅇ 방정식 명칭
- 존슨 저항 잡음 방정식 (Johnson Resistor Noise Equation) 또는 Rayleigh-Jeans 근사식 등
5. 열 잡음 전력 (Thermal Noise Power)
※ ☞ 잡음 전력 스펙트럼 밀도(Noise Power Spectral Density) 참조
- 저항에서 발생한 열 잡음 전력이, `정합(최대전력전달)`된 부하로 전달될 때,
- 이를 주파수에 따른 량(量) 척도로 나타낸 것