Rauschkanäle

Rauschkanäle bezeichnen in der Informationstheorie und Signalverarbeitung Kanäle, die durch zufällige Störungen beeinflusst werden. Das einfache Modell beschreibt den Eingang X, der durch ein Rauschsignal N gestört wird, so dass der Empfänger das Ausgangssignal Y = X + N erhält. Rauschkanäle dienen dazu, die Auswirkung von Störungen auf die Übertragung von Signalen zu analysieren und zu quantifizieren.

Es gibt verschiedene Typen von Rauschkanälen. Der additive Rauschkanal (oft als AWGN-Kanal bezeichnet) verwendet additives, stochastisches Rauschen mit einer bekannten Verteilung, meist Gaussian. Andere Modelle berücksichtigen farbiges Rauschen (mit frequenzabhängiger Leistungsdichte), impulsartiges Rauschen oder Multipath-Interferenzen. Die Eigenschaften eines Rauschkanals hängen von Bandbreite, Spektralverteilung des Rauschens und eventuellen Korrelationen im Rauschprozess ab.

Typische Rauschquellen sind thermisches Rauschen in Widerständen (Johnson-Nyquist-Rauschen), Schussrauschen in Halbleitern, 1/f-Rauschen in elektronischen Bauelementen sowie atmosphärisches oder anderes Umweltrauschen in Funksystemen. Rauschkanäle beeinflussen unmittelbar Signalqualität, Bitfehlerraten und die theoretisch erreichbare Übertragungskapazität.

In der Kommunikationstheorie wird die Kanal-Kapazität definiert, die maximale Übertragungsrate bei gegebenem Rauschniveau angibt. Beim AWGN-Kanal lautet sie C = B log2(1 + SNR) bits pro Sekunde, wobei B die Bandbreite und SNR das Signal-Rausch-Verhältnis ist. Praktisch werden Rauschkanäle durch Filtering, Codierung, Modulation und Rauschsuppression adressiert, um Zuverlässigkeit und Effizienz der Übertragung zu verbessern.