為什么相位噪聲是重要的？

為什么相位噪聲是重要的？

相位噪聲在各種各樣的應(yīng)用中都很重要。它通常被認(rèn)為是調(diào)制器和發(fā)射機(jī)，但它在接收器中也很重要。相位噪聲會(huì)對數(shù)字系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。下面是一些具體的例子。

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)

對于數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)相位噪聲是影響調(diào)制質(zhì)量的一個(gè)限制因素。增大的相位噪聲所產(chǎn)生的不同程度的EVM會(huì)使信號(hào)降級(jí)并使符號(hào)擴(kuò)散。在本例中，20%的EVM將超出QPSK系統(tǒng)的處理極限。這個(gè)誤差是由發(fā)射機(jī)引入的;重要的是要認(rèn)識(shí)到這些錯(cuò)誤將攜帶通過信道和接收機(jī)，在那里將有進(jìn)一步的退化的信號(hào)。降低發(fā)射機(jī)相位噪聲是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)

在通信系統(tǒng)中，除發(fā)射機(jī)降低調(diào)制質(zhì)量外，相位噪聲還使頻譜向外擴(kuò)散。這可能導(dǎo)致泄漏到鄰近的通道。大多數(shù)通信標(biāo)準(zhǔn)都對允許泄漏到相鄰信道的信號(hào)數(shù)量進(jìn)行了限制。

接收端

相位噪聲在發(fā)射機(jī)中很明顯，但在接收機(jī)中卻常常被忽略。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮接收機(jī)內(nèi)部本振的相位噪聲。如果LO的相位噪聲增加了信號(hào)的寬度，即使是信道外的推斷信號(hào)也會(huì)映射到中頻(If)，從而降低接收機(jī)的整體靈敏度。

雷達(dá)

雷達(dá)系統(tǒng)試圖接收目標(biāo)非常微弱的反射。通常情況下，近距離的雜波會(huì)產(chǎn)生很大的反射。如果該反射的寬度被雷達(dá)內(nèi)部的LO的相位噪聲的增加所降低，它實(shí)際上會(huì)掩蓋目標(biāo)。

數(shù)字系統(tǒng)

在數(shù)字世界中，相位噪聲通常被稱為抖動(dòng)。值得注意的是，抖動(dòng)是影響眼圖質(zhì)量的一個(gè)限制因素。當(dāng)抖動(dòng)變大時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致誤碼，降低或限制可持續(xù)的數(shù)據(jù)速率。隨著數(shù)字系統(tǒng)速度的提高，這一點(diǎn)變得越來越重要。

量化相位噪聲

相位噪聲通常表示為L(f)，通常發(fā)音為L(f)。幾年前，IEEE將相位噪聲重新定義為相位波動(dòng)光譜密度的一半，Sφ (f)或L(f) = ?Sφ (f)IEEE STD 1139-2008

舊定義定義為在與載波的特定偏頻f處，1Hz帶寬內(nèi)相位波動(dòng)造成的單邊帶功率。對于熟悉頻譜分析儀顯示的用戶來說，這更直觀。在這兩種情況下，它都指定為dBc/Hz。

在很多情況下，這兩種定義對于正常的，低相位噪聲振蕩器是等價(jià)的。只有當(dāng)相位噪聲變得非常高，調(diào)制指數(shù)達(dá)到邊帶能量被推出到邊帶頻率的倍數(shù)時(shí)，兩者才會(huì)發(fā)散。

相位噪聲圖示例如圖2-4a所示。通常，圖從開始偏移量到結(jié)束偏移量，這些偏移量的頻率是對數(shù)尺度的。這是一個(gè)對數(shù)曲線，Y軸為dBc/Hz, X軸為偏頻。第二個(gè)術(shù)語，“點(diǎn)噪聲”;這與取一個(gè)標(biāo)記并將其放在圖上以測量在特定偏移處有多少dBc/Hz是一樣的。大多數(shù)相位噪聲分析儀提供一個(gè)點(diǎn)噪聲表，用戶可以定義具體的偏移量(圖2-4b)。

圖2-4:量化相位噪聲

除了測量原始相位噪聲外，許多時(shí)候還對所謂的“計(jì)算剩余噪聲”感興趣。下面的術(shù)語是基于相位噪聲曲線：

振蕩器相位噪聲的原因

那么是什么導(dǎo)致了相位噪聲呢?有各種各樣的貢獻(xiàn)器，當(dāng)組合在一起時(shí)，可以創(chuàng)建我們所熟悉的特征相位噪聲曲線(圖2-5)。根據(jù)振蕩器的類型和設(shè)計(jì)，這些貢獻(xiàn)器在不同程度上存在：

Random Walk:接近載體，一般由環(huán)境影響引起

Flicker FM：與振蕩器有關(guān)的物理共振機(jī)理，電源噪聲

White FM：與諧振器振蕩器有關(guān)

Flicker φM：與有噪聲的放大器和倍增器有關(guān)

White φM：遠(yuǎn)離載波，一般是由于寬帶輸出放大器噪聲引起的

總結(jié)

降低相位噪聲對于實(shí)現(xiàn)當(dāng)今許多射頻應(yīng)用所需的性能至關(guān)重要。本應(yīng)用說明第1部分提供了對相位噪聲基本原理的基本理解。我們展示了如何從原始相位噪聲數(shù)據(jù)計(jì)算剩余參數(shù)，包括集成相位噪聲、剩余PM、FM和抖動(dòng)。

第2部分和第3部分將介紹幾種傳統(tǒng)的測量技術(shù)，并介紹一種使用R&S FSWP的新技術(shù)。雖然傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)使用多年，但它們受到繁瑣校準(zhǔn)的阻礙，往往需要額外的硬件。我們新的數(shù)字相位解調(diào)技術(shù)提供了真正低噪聲的參考源，并通過簡單的設(shè)置實(shí)現(xiàn)快速相關(guān)，提供最先進(jìn)的靈敏度和速度。

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