13、电磁纳米通信中的噪声及物理随机模型解析

电磁纳米通信中的噪声及物理随机模型解析

1. 电磁纳米通信中的各类噪声

在电磁纳米通信（EMNC）中，存在多种噪声，这些噪声会对信号的检测和传输产生不利影响。以下是几种常见噪声的详细介绍：

1.1 热噪声

热噪声，也称为约翰逊 - 奈奎斯特噪声，在所有通信系统的前端都很常见，它会降低信号的检测能力。一般来说，像混频器、探测器和放大器等电子设备是热噪声的基本来源。在体内电磁纳米通信中，环境与接收器之间的热交换循环是热噪声的主要原因。在大量独立接收器且单个贡献微不足道的假设下，热噪声服从高斯分布。也就是说，尽管每个接收器的分布可能是非高斯分布，但大量基本分布的卷积会导致高斯分布。此外，接收器处对纳米接收器的检测也会产生热噪声。

1.2 黑体噪声

每个物理体都会连续自发地辐射电磁波。纳米天线辐射的一部分电磁能量会被人体粒子吸收，使粒子开始振动并产生热量，导致温度升高。由于介质温度高于绝对零度，人体粒子就像黑体一样，相应的噪声被称为黑体噪声。根据普朗克定律，温度梯度越高，每个波长的辐射就越强。在体内介质中，即使没有传输信号，黑体噪声也始终存在，因此它被视为由于体内或附近的热电磁辐射产生的自然噪声。黑体辐射的能量由光谱辐射率（$E_f(f,T)$）表示，经典的黑体辐射具有混沌特性。虽然辐射的平均空间分布是均匀且各向同性的，但磁感应和电场强度的光谱分量的振幅是完全随机的，不过在给定频率或模式下，它们服从中心极限定理，呈高斯分布。

1.3 多普勒频移引起的噪声

与导致热噪声的带电粒子波动不同，体内系统的热传递机制引起的内部波动会导致细胞产生随机和不规则的速度。这种微观和纳米级软生物纳米机器的运动遵循介观