| 關(guān)于接收機的相位噪聲 | |
(2006-11-23 13:16:55) | |
| □成都華日通訊技術(shù)公司 楊道田 接收機的相位噪聲實(shí)際上專(zhuān)指頻率合成器的相位噪聲，而頻率合成器的相位噪聲 是衡量其短期穩定度的一個(gè)技術(shù)指標，目前國內外的頻率合成器基本采用鎖相環(huán)（PLL）或多個(gè)鎖相環(huán)的方式。頻率合成器的頻率穩定度包括長(cháng)期穩定度和短期穩定度。長(cháng)期穩定度一般由基準頻率源（通常為恒溫晶振或溫度補償晶振，或由外部基準頻率源）決定，短期頻率穩定度由鎖相環(huán)決定（環(huán)路參數、部件如壓控振蕩器）。相位噪聲早期也稱(chēng)為相位抖動(dòng)，在時(shí)域多用阿侖方差表示，在頻域多用相位噪聲（偏離載波某個(gè)頻偏處的單位帶寬內相位噪聲功率相對主載波的功率低多少，通常用dBc/Hz表示，dBc中的c表示相對值）表示。 相位噪聲對接收機的主要影響是降低了接收信號的信/噪比，降低解調質(zhì)量，使誤碼率增加，特別是某些對相位較為敏感的調制方式如QAM信號。在無(wú)線(xiàn)電監測應用方面，主要是影響微弱信號的檢測，因此各個(gè)系統集成公司以及用戶(hù)對相位噪聲的指標都非常重視。 相位噪聲對微弱信號檢測影響的大小不僅要看相位噪聲的指標，即偏離載波某個(gè)頻偏處的單位帶寬內的噪聲功率大小，更要看接收機的頻率測量分辯率的精度。接收機的頻率分辨率有兩種含義，其中之一是接收機的頻率調諧分辨率，指的是頻率合成器的調諧的最高精度（最小調諧步進(jìn)），現在接收機大都能夠達到1Hz的調諧步進(jìn)。而此處所說(shuō)的測量頻率分辨率是指接收機通過(guò)測量計算能夠區分的最小的頻率間隔，也就是說(shuō)能夠測量出、區分出的最小頻率譜線(xiàn)間隔，接收機把該頻率間隔的信號功率作為一根譜線(xiàn)顯示出來(lái)。影響系統測量的是測量頻率分辨率而不是調諧分辨率，而不僅僅是相位噪聲的指標。因為只有接收機的測量頻率分辨率小于1Hz時(shí)相位噪聲的指標才有意義，如果接收機的測量頻率分辨率大于1Hz，相位噪聲的指標無(wú)論對接收機還是系統都將沒(méi)有實(shí)際意義。  圖1 鑒相法測試相位噪聲 嚴格地說(shuō)接收機的合成器輸出噪聲包括幅度噪聲和相位噪聲，實(shí)際上這二部分分噪聲是混合在輸出載波中的，很難將它們分開(kāi)，因此稱(chēng)合成器的邊帶噪聲較為確切。邊帶噪聲既包括幅度噪聲，也包括相位噪聲。正因為如此，對接收機的相位噪聲的測試比較困難，必須用專(zhuān)門(mén)的測試儀器才能對相位噪聲進(jìn)行測量。圖1為一種測試合成器相位噪聲的裝置。由于鑒相器的輸出只與相位有關(guān)，所以此法測出的噪聲為相位噪聲。鑒相法可較好地把幅度噪聲與相位噪聲分開(kāi)。  圖2 頻譜儀法測試相位噪聲連接圖 圖2為一普遍使用的頻譜儀法測試相位噪聲的連接圖。頻譜儀法雖然簡(jiǎn)單，但接收機的頻率測量分辨率沒(méi)有起作用，測量頻率分辨率由頻譜儀來(lái)實(shí)施，如果頻譜儀的頻率分辨率達不到1Hz，則只能通過(guò)折算的辦法算出相位噪聲，不能很好地反映整機真實(shí)的相位噪聲，同時(shí)該測量方法對信號源的頻譜純度要求較高，一般信號源也具有邊帶噪聲，所以此法測出的相位噪聲中含有信號源的邊帶噪聲，不完全是接收機本身的相位噪聲，另外要求頻譜儀的背景噪聲、頻率分辨率指標要非常好，否則也不能很好地測試出接收機的真實(shí)相位噪聲。圖2的方法雖然較好，但要搭建該測試設備較困難，且對設備中的零部件要求較高，所以實(shí)際中很少采用該法。最好的辦法是購買(mǎi)一臺專(zhuān)用測試儀器，如Agilent公司生產(chǎn)的用來(lái)專(zhuān)門(mén)測試相位噪聲的儀器。  (a) RBW=1HZ(即相位噪聲)  (b)RBW=O.1HZ，邊帶噪聲下降10dB 圖1 不同頻率分辨率的測量譜線(xiàn) 上面談到只有測量頻率分辨率小于1Hz的接收機相位噪聲才有實(shí)際意義，這是因為相位噪聲對接收機的影響大小不僅取決于相位噪聲的指標而且也更取決于接收機的頻率測量分辨率，也就是說(shuō)取決于接收機實(shí)際顯示出來(lái)的譜線(xiàn)，只有測量頻率分辨率小于1Hz，才能顯示出1Hz的噪聲功率，即相位噪聲。如果接收機的測量分辨率大于1Hz,測量出的功率是大于1Hz 帶寬的功率，就大于相位噪聲，因此測量分辨率帶寬大于1Hz的接收機是永遠也達不到生產(chǎn)廠(chǎng)家給出的相位噪聲指標的，因此不結合測量頻率分辨率單純談相位噪聲是毫無(wú)實(shí)際意義的。圖3給出了一組在不同測量頻率分辨率的情況下的譜線(xiàn)，見(jiàn)圖(a)、圖(b)、圖(c)、圖(d)，圖中箭頭表示一個(gè)小信號，如果頻率分辨率高,完全可以發(fā)現，但分辨率低了，信號就會(huì )被邊帶噪聲淹沒(méi)。其中，RBW為頻率分辨率帶寬，由（a）、（b）兩個(gè)圖中主載波旁邊一些雜散系信號源所致。  (c)RBW=4khz，邊帶噪聲提升37dB  (d)RBW=6KHZ，邊帶噪聲提升38dB 圖4 不同分辨率帶寬對邊帶噪聲的影響 從圖4中可以明顯看出，隨著(zhù)測量分辨率帶寬的加寬，輸出頻譜的背景噪聲功率的基礎愈來(lái)愈高。此時(shí)如果有一個(gè)大約-100 dBm的信號本來(lái)可以發(fā)現，但由于分辨率太低，小信號就會(huì )被淹沒(méi)?？梢?jiàn)如果不結合頻率分辨率，只談相位噪聲是沒(méi)有任何實(shí)用價(jià)值的。如某一款接收機其相位噪聲達到-120 dBc/Hz，這對一部合成器來(lái)講其相位噪聲指標是相當不錯的,但接收機的頻率分辨率如果只達到1 kHz甚至更差，其背景噪聲功率要比相位噪聲功率的指標高出30 dB;相反，如果接收機的頻率分辨率為0.1 Hz，其背景噪聲要比相位噪聲降低10 dB?？梢?jiàn)頻率分辨率對相位噪聲的影響是非常直接和明顯的。 結論:相位噪聲只是衡量頻率合成器短期穩定度的一項技術(shù)指標，該指標是否能夠發(fā)揮作用，還要看接收機的開(kāi)發(fā)深度，只有測量頻率分辨率小于1 Hz的接收機談?wù)撓辔辉肼暡庞袑?shí)際意義了，如果頻率分辨率大于1 Hz，談?wù)撓辔辉肼暰蜎](méi)有任何實(shí)際意義了。因此無(wú)論是系統集成商還是產(chǎn)品的用戶(hù)對此必須有個(gè)清晰的概念，即:不能只看接收機的相位噪聲指標，更要關(guān)注其頻率分辨率帶寬。(中國無(wú)線(xiàn)電管理) |
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