什么是相位噪聲？

相位噪聲是振蕩器信號周圍噪聲頻譜的頻域視圖。它描述的是振蕩器的頻率穩定性。頻率穩定性可以分為兩個部分：長期穩定性和短期穩定性。長期穩定性（如精度、漂移和老化）以小時、天、月或年為單位表示。短期穩定性〈如相位噪聲）則在幾秒甚至更短時間內發生。短期變化對系統影響更大，特別是對于相位噪聲。

相位噪聲測量單位

最常用的相位噪聲測量單位是與載波頻率功率距離一個特定頻率的1赫茲帶寬內的單邊帶(SSB)功率。

￡(f) = 1 Hz帶寬內的噪聲功率/總信號功率

其中，￡(f) 的單位為 dBc/Hz.

圖1 所示為 SSB 單邊帶相位噪聲測量結果。頻率和幅度均為對數刻度。對數圖顯示的是由最小和最大偏移頻率指定的頻率范圍內的相位噪聲測量值。黃色跡線為原始測量結果，藍色跡線為平滑后的結果。下表列出了十進制頻率偏移和相應的噪聲功率（歸一化到 1 Hz 帶寬）。

圖 1．SSB單邊帶相位噪聲及對數圖和十進制表

信號發生器的體系結構和相位噪聲

大多數信號發生器體系結構包括參考振蕩器、合成器、電壓控制 / YIG振蕩器和輸出部分。每個元器件對相位噪聲特性會產生不同的影響，如圖2所示。如果偏移低于 1 kHz，噪聲由參考振蕩器的性能決定，它會擴大到載波頻率。如果偏移在 1 kHz到大約 100 kHz之間，合成器的影響最大。VCO / YIG 振蕩器的偏移在 100 kHz到 2 MHz之間，輸出放大器的偏移頻率高于 2 MHz。

圖2．相位噪聲性能的貢獻

相位噪聲有什么作用?

信號源相位噪聲性能是獲得精確測量的關鍵因素。它可以用作航空航天和國防以及數字中特定應用的限制因素。理解相位噪聲對測試的影響非常重要。

雷達應用

雷達系統需要出色的相位噪聲性能。雷達以特定頻率發射脈沖，并測量每個返回脈沖的頻率變化。每個返回脈沖的頻率變化與基于多普勒效應的運動物體的速度有關。如果目標移動非常緩慢，那么返回脈沖的頻移很小。在下面的圖7中，移動目標的返回脈沖是“有用信號”，固定目標（如地面）的返回脈沖是“干擾信號”。如果有用下變頻信號被相位噪聲掩蓋，那么雷達接收機無法識別運動目標。

圖3、不良的 LO 相位噪聲影響雷達接收機靈敏度

數字調制

我們來看看數字調制。圖4所示為QPSK數字接收機的簡化方框圖。LO信號的相位噪聲轉換成了混頻器的輸出。相位噪聲對星座圖的直接影響是符號的徑向拖尾（用綠色表示）。在高階調制方案（如256 QAM）中，符號更接近，符號拖尾導致接收機靈敏度下降、比特誤碼率 (BER) 上升。

圖4．具有不良相位噪聲 LO 的數字接收機簡化框圖

正交頻分復用(OFDM)

正交頻分復用(OFDM)是廣泛用于寬帶數字通信的制方案。OFDM使用許多緊密間隔的正交子載波信號來并行傳輸數據，如圖9所示。在具有較差相位噪聲LO的頻率轉換期間，帶有相位噪聲的子載波作為干擾擴散到其他子載波中。相位噪聲降低了OFDM信號的調制質量。

圖 5．OFDM信號使用較差相位噪聲LO上變頻

表1 所示為使用OFDM調制方案的現代無線標準的子載波間隔。

表1 OFDM信號的子載波間隔。

從上表可以看出，子載波間隔位于信號發生器的合成器或振蕩器會話中。為了獲得**調制質量下的性能，您需要盡可能降低特定頻率偏移的載波相位噪聲。