热噪声又称作约翰逊 - 奈奎斯特噪声。这不得不说一下奈奎斯特1928年发表的一篇论文(目前已经被引用1500多次)，文中奈奎斯特对约翰逊观测到的电路热噪声进行了数学分析，阐明了该现象对通信电路的影响。也就奠定了噪声分析的理论基础。今天小禾就和大家聊一聊奈奎斯特大神的一生~~
1889 年 2 月 7 日，哈里・奈奎斯特（Harry Nyquist）出生于瑞典维姆兰省的尼尔斯比村，那是一个宁静质朴之地，属于圣基尔大教堂辖区。他出身平凡，是拉尔斯・荣松・奈奎斯特和卡特里娜・埃丽克斯多特尔八个孩子中的一员。谁也未曾料到，这个在八个孩子中并不起眼的生命，日后会成为撬动人类通信史的巨人。
1907 年，年仅 18 岁的他，怀揣着对未来的无限憧憬，毅然决然地踏上了前往美国的征程，彼时的美国在远方闪烁着工业革命的星火，这个瑞典青年揣着仅够糊口的盘缠，却带着比黄金更珍贵的野心 —— 他要去那个诞生了电灯与电话的国度，寻找能让思想跑得比骏马更快的路径。当 Ellis 岛的移民检查站在他护照上盖下印章时，历史的齿轮已悄然为通信时代的黎明转动了半格。
初到美国，奈奎斯特没有被陌生环境的艰难所击退，而是凭借坚定的信念和顽强的毅力，于 1912 年成功考入北达科他大学。在大学里，他如同一块海绵，尽情汲取知识的养分。凭借自身的天赋与刻苦努力，他在极短的时间内便脱颖而出，分别于 1914 年和 1915 年顺利获得电气工程学士和硕士学位。之后，他并未满足于已取得的成绩，继续深造，于 1917 年在耶鲁大学斩获物理学博士学位。至此，奈奎斯特完成了从一个怀揣梦想的青年到专业学术人才的华丽转身，其扎实深厚的学术功底，为他后续在通信领域的开拓创新奠定了坚实基础。
1917 年，奈奎斯特正式开启职业生涯，加入了 AT&T 公司的研发部门。随后，该部门华丽转型为举世闻名的贝尔实验室，奈奎斯特也顺理成章地成为其中一员，并在此深耕细作，直至 1954 年退休。在贝尔实验室的漫长岁月里，他全身心投入研究工作，在多个领域取得了令人瞩目的开创性成果，成为了通信领域的中流砥柱。
在 20 世纪 20 年代，通信技术发展尚处萌芽阶段，诸多关键问题亟待解决。1924 年，奈奎斯特在《贝尔系统技术期刊》发表了具有里程碑意义的论文《影响电报速度的某些因素》。在这篇论文中，他首次将电报员传送的情报定义为 “信息”，这一概念的提出，为后续信息论的发展奠定了基础。同时，他深入分析了电报系统速度与信号值数量之间的关系，创造性地提出情报传输的最大速度与需要表示的符号数量的对数成正比。这一发现犹如一盏明灯，为当时迷雾重重的通信领域指明了方向。
1928 年，奈奎斯特再次发表重要论文《电报传输理论的一定论题》。该论文深入探讨了信道对信号频率成分的影响，特别是信道呈现出的低通特性。他提出了一种全新的思路，将信号事件视为在离散时间点上发生，只要信号在这些特定时间点上正确，信息就能实现无失真传输。基于此，他创造了一种新的时间和频率对偶形式来描述信号和时间的关系，确切地阐述了一系列离散点与其对应频率成分的等价关系。这一理论成果，即奈奎斯特定理，指出要以 2B 的速率进行信号传输，则信道需具有每秒不低于 B 个周期的带宽，揭示了信道带宽与信号传输速率之间的内在联系，为现代数字通信理论奠定了坚实基础。如今，奈奎斯特采样定理在数字信号处理、通信工程等诸多领域广泛应用，已然成为现代数字技术的基石之一。
在热噪声研究领域，奈奎斯特同样成果斐然。1927 年，他在约翰・伯特兰・约翰逊（John Bertrand Johnson）对热噪声研究的基础上进一步拓展，运用数学方法对热噪声现象进行了清晰阐释。热噪声，通常也被称为约翰逊–奈奎斯特噪声，是由导体内自由电子的热震动引发的，普遍存在于所有电子器件和传输过程中。奈奎斯特推导出热噪声电压的均方值公式 (V_{rms}^2 = 4kTRB)，其中 (V_{rms}) 是热噪声电压的均方根值，(k) 是玻尔兹曼常量，(T) 是导体的绝对温度，(R) 是导体的电阻，(B) 是测量热噪声的带宽。这一精确公式，让人们对热噪声的特性有了更为深入的理解，为电子工程师在设计电子设备时提供了关键的理论依据，他们能够通过合理选择电阻、降低温度、精准控制带宽等有效手段来降低热噪声的不良影响。
1932 年，奈奎斯特发表了关于反馈放大器稳定性的经典论文，提出了著名的奈奎斯特稳定判据。该判据为判断反馈控制系统稳定性提供了一种直观且有效的图形化方法，在反馈控制理论中占据着举足轻重的地位。这一成果广泛应用于自动控制、电子工程等众多领域，确保了各类系统能够稳定可靠运行，避免出现振荡失控等问题。尤其是在二战期间，奈奎斯特稳定判据在控制使用机电反馈系统的火炮时发挥了巨大作用，为战争胜利提供了有力的技术支持。
除了在理论研究方面成就卓著，奈奎斯特在实际发明创造领域同样表现出色。他与赫伯特・E・艾夫斯（Herbert E. Ives）携手合作，成功开发出 AT&T 的第一台传真机，并于 1924 年公开展示。尽管这台传真机在当时看来较为简陋，但它的基本原理与如今我们广泛使用的传真机并无二致，即通过扫描和光电变换技术，将静止图像转换为电信号进行传输，接收端将信号存储后，在暗房中使照片显影。这一发明，在当时极大地推动了图像传输技术的发展，开启了远程图像通信的新纪元。
在长达 37 年的职业生涯中，奈奎斯特凭借其卓越的智慧和不懈的努力，共获得 138 项专利，其研究成果广泛涵盖电话、电报、图像传输系统、电测量、传输线均衡、回波抑制、保密通信等多个重要领域。他发表的多篇技术论文，对通信领域的发展产生了深远影响，成为了后来众多科学家和工程师开展研究的重要参考依据。
由于在通信领域的卓越贡献，奈奎斯特收获了诸多荣誉。1960 年，他荣获 IEEE 荣誉奖章，以表彰他在热噪声、信息传输及负反馈这三个领域量化理解方面所做出的基础性贡献。同年 10 月，富兰克林学会授予他 Stuart Ballantine 奖章，以肯定他在通信系统理论分析与实际发明方面长达四十年的卓越贡献，特别是在电报传输理论、导电体热噪音理论以及回馈系统发展史上的杰出成就。1969 年，他荣获美国国家工程院创会者 Simon Ramo 奖章，以表彰他对工程学领域的诸多基础性贡献。1975 年，他与亨德里克・韦德・波德（Hendrik Bode）一同荣获美国机械工程师学会的 Rufus Oldenburger 奖章。这些荣誉，不仅是对奈奎斯特个人成就的高度认可，更是对他为通信领域发展所做出巨大贡献的充分肯定。
1976 年 4 月 4 日，这位通信领域的巨匠 —— 哈里・奈奎斯特，在德克萨斯州的家中安详离世，享年 87 岁。尽管他已离开人世，但他留下的宝贵理论和精神遗产，如同璀璨星辰，永远照亮着通信领域的发展道路。以他名字命名的奈奎斯特频率、奈奎斯特带宽、奈奎斯特图、奈奎斯特准则等，至今仍在各个领域广泛应用，持续推动着科学技术的进步与发展。哈里・奈奎斯特的一生，是不断探索、勇于创新的一生，他用自己的智慧和努力，为人类通信事业的发展做出了不可磨灭的贡献，他的名字将永远铭刻在科学发展的历史长河中，被后人敬仰和铭记。
