關(guān)于接收機(jī)的相位噪聲

　　接收機(jī)的相位噪聲實際上專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(wěn)定度的一個技術(shù)指標(biāo)，目前國內(nèi)外的頻率合成器基本采用鎖相環(huán)（PLL）或多個鎖相環(huán)的方式。頻率合成器的頻率穩(wěn)定度包括長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度。長期穩(wěn)定度一般由基準(zhǔn)頻率源（通常為恒溫晶振或溫度補(bǔ)償晶振，或由外部基準(zhǔn)頻率源）決定，短期頻率穩(wěn)定度由鎖相環(huán)決定（環(huán)路參數(shù)、部件如壓控振蕩器）。相位噪聲早期也稱為相位抖動，在時域多用阿侖方差表示，在頻域多用相位噪聲（偏離載波某個頻偏處的單位帶寬內(nèi)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(jī)的主要影響是降低了接收信號的信/噪比，降低解調(diào)質(zhì)量，使誤碼率增加，特別是某些對相位較為敏感的調(diào)制方式如QAM信號。在無線電監(jiān)測應(yīng)用方面，主要是影響微弱信號的檢測，因此各個系統(tǒng)集成公司以及用戶對相位噪聲的指標(biāo)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(biāo)，即偏離載波某個頻偏處的單位帶寬內(nèi)的噪聲功率大小，更要看接收機(jī)的頻率測量分辯率的精度。接收機(jī)的頻率分辨率有兩種含義，其中之一是接收機(jī)的頻率調(diào)諧分辨率，指的是頻率合成器的調(diào)諧的最高精度（最小調(diào)諧步進(jìn)），現(xiàn)在接收機(jī)大都能夠達(dá)到1Hz的調(diào)諧步進(jìn)。而此處所說的測量頻率分辨率是指接收機(jī)通過測量計算能夠區(qū)分的最小的頻率間隔，也就是說能夠測量出、區(qū)分出的最小頻率譜線間隔，接收機(jī)把該頻率間隔的信號功率作為一根譜線顯示出來。影響系統(tǒng)測量的是測量頻率分辨率而不是調(diào)諧分辨率，而不僅僅是相位噪聲的指標(biāo)。因為只有接收機(jī)的測量頻率分辨率小于1Hz時相位噪聲的指標(biāo)才有意義，如果接收機(jī)的測量頻率分辨率大于1Hz，相位噪聲的指標(biāo)無論對接收機(jī)還是系統(tǒng)都將沒有實際意義。


圖1 鑒相法測試相位噪聲

　　嚴(yán)格地說接收機(jī)的合成器輸出噪聲包括幅度噪聲和相位噪聲，實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，因此稱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(jī)的相位噪聲的測試比較困難，必須用專門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。


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。頻譜儀法雖然簡單，但接收機(jī)的頻率測量分辨率沒有起作用，測量頻率分辨率由頻譜儀來實施，如果頻譜儀的頻率分辨率達(dá)不到1Hz，則只能通過折算的辦法算出相位噪聲，不能很好地反映整機(jī)真實的相位噪聲，同時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(jī)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(biāo)要非常好，否則也不能很好地測試出接收機(jī)的真實相位噪聲。圖2的方法雖然較好，但要搭建該測試設(shè)備較困難，且對設(shè)備中的零部件要求較高，所以實際中很少采用該法。最好的辦法是購買一臺專用測試儀器，如Agilent公司生產(chǎn)的用來專門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３不同頻率分辨率的測量譜線

　　上面談到只有測量頻率分辨率小于1Hz的接收機(jī)相位噪聲才有實際意義，這是因為相位噪聲對接收機(jī)的影響大小不僅取決于相位噪聲的指標(biāo)而且也更取決于接收機(jī)的頻率測量分辨率，也就是說取決于接收機(jī)實際顯示出來的譜線，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(jī)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(jī)是永遠(yuǎn)也達(dá)不到生產(chǎn)廠家給出的相位噪聲指標(biāo)的，因此不結(jié)合測量頻率分辨率單純談相位噪聲是毫無實際意義的。圖3給出了一組在不同測量頻率分辨率的情況下的譜線，見圖(a)、圖(b)、圖(c)、圖(d)，圖中箭頭表示一個小信號，如果頻率分辨率高,完全可以發(fā)現(xiàn)，但分辨率低了，信號就會被邊帶噪聲淹沒。其中，RBW為頻率分辨率帶寬，由（a）、（b）兩個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，隨著測量分辨率帶寬的加寬，輸出頻譜的背景噪聲功率的基礎(chǔ)愈來愈高。此時如果有一個大約-100 dBm的信號本來可以發(fā)現(xiàn)，但由于分辨率太低，小信號就會被淹沒�？梢娙绻�不結(jié)合頻率分辨率，只談相位噪聲是沒有任何實用價值的。如某一款接收機(jī)其相位噪聲達(dá)到-120 dBc/Hz，這對一部合成器來講其相位噪聲指標(biāo)是相當(dāng)不錯的,但接收機(jī)的頻率分辨率如果只達(dá)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(biāo)高出30 dB;相反，如果接收機(jī)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�？梢婎l率分辨率對相位噪聲的影響是非常直接和明顯的。

　　結(jié)論:相位噪聲只是衡量頻率合成器短期穩(wěn)定度的一項技術(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)是否能夠發(fā)揮作用，還要看接收機(jī)的開發(fā)深度，只有測量頻率分辨率小于1 Hz的接收機(jī)談?wù)撓辔辉肼暡庞袑嶋H意義了，如果頻率分辨率大于1 Hz，談?wù)撓辔辉肼暰蜎]有任何實際意義了。因此無論是系統(tǒng)集成商還是產(chǎn)品的用戶對此必須有個清晰的概念，即:不能只看接收機(jī)的相位噪聲指標(biāo)，更要關(guān)注其頻率分辨率帶寬。