相位噪声的产生原因和影响

相位噪声的产生原因和影响

概述

相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。

相位噪声是频率域的概念。相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。

相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。

定义

定义1：相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标源自: 有线数字电视传输特性与故障解析《中国有线电视》 2005年赵雨境,王恒江

定义2：相位噪声是指光的正弦振荡不稳定,时而出现某处相位的随机跳变.相位噪声导致光源线宽变宽.光强度噪声是指因自发辐射光强的随机变化和外界温度的变化,导致发射

光强的起伏源自: Fabry-Perot干涉式光纤温度传... 《传感器技术》 2001年曹满

婷来源文章摘要：分析了温度对相位的调制作用以及Fabry -Perot干涉结构检测相位变化的原理 ,提出了一种具有高灵敏度和高分辨率的相位调制型全光纤结构 ,并进行了系统的噪声分析。

定义3：是一随机量通常把信号的相似随机起伏中（t）称为相位噪声.（t）随时间变化的随机过程是一平稳的随机过程并使随机量的概率密度分布符合正态分布源自: 受多项噪声影响的二级方差估值的置信度《四川教育学院学报》 1997年林时昌来源文章摘要：有限次（ｍ次）采样测量的二级方差估值（，ｍ）随机地偏离其真值＜）。这种随机不确定性不仅和ｍ有关，而且和噪声的性质有关。计算出单项噪声所产生的不确定度；分析了多项噪声对总不确定度的影响，并引用置信度的概念表征测量的不确定度。

定义4：(t)〕sin[2兀厂t+小(t)]相位噪声是指频率信号中由频率源内部噪声调制(调相或调频)产生的随机相位起伏.当被测相位噪声比频谱分析仪自身的相位噪声大时,可直接利用频谱分析仪来测量相位噪声,这是一种简单、方便的相位噪声测量方法源自: 频谱分析仪在测量相位噪声过程中的数值修正《国外电子测量技术》 2002年曹芸来源文章摘要：本文介绍了在使用频谱分析仪测量相位噪声时,影响其测量结果的因素并讨论了如何对频谱分析仪输出结果进行修正。

定义5：则()rk的相角为()kknkqj+q+,其中()nkq是噪声()nk对相位的干扰,称为相位噪声.可见,kq中包含了全部的载波相位信息,kj包含了大量甚至全部的码字信息源自: 相位

处理载波恢复算法研究《信息与电子工程》 2003年袁清升,刘文来源文章摘要：针对

数字信号传输同步接收机的数字化实现,提出一种载波同步新算法即相位处理载波恢复算法。它直接对接收信号的相角进行处理,完成载波频率的快速捕获和载波相位跟踪。理论分析和计算机仿真表明,该算法简单有效,运算量小,便于用DSP器件来实现,适用性强。

定义6：2个调相边带功率之和是总功率的一半,2个调幅边带功率之和是总功率的另一半,换句话说,总噪声功率N0的一半功率转换到调相边带,另一半转换到调幅边带,转换到调相边带的噪声称为相位噪声源自: 卫星通信系统中相位噪声之理论及测试《电信科

学》 2000年殷琪来源文章摘要：本文从相位噪声的定义出发 ,主要讨论卫星通信系统中相位噪声的来源 ,介绍一种在现场经常使用的、简便可行的测试相位噪声的方法———频谱分析仪测试方法。

定义7：SK解调符号上就会引入相位误差,该误差可通称为相位噪声,对系统性能产生重要影响.关于相位噪声对MPSK、MDPSK的影响分析,文献[8]运用几何方法推导了AWGN信道中MPSK的条件误符号率源自: 带有相位噪声的MPSK和MDPSK性能... 《电子学报》 2005年程云鹏,王金龙,沈良,任国春

产生的原因

1，相位调制的方法：PSK，DPSK，DQPSK产生

2，相位噪声的起因：放大器噪声和非线性克尔效应，也即自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）和四波混频，但一般在分析的时候只考虑到SPM引起的相移效应。

3，相位噪声的统计特性;这是研究这方面的重点和难点，和其他的随机过程一样，非线性相位噪声和光强度也服从一定的联合概率分布。按照K.P.Ho的paper一般用

特征函数来求其联合概率分布。其结论是，同激光的相位统计噪声不同，相位调制的相位噪声服从菲中心卡方分布和高斯随机分布的卷积（见

Stastics of Noline phase Noise) 。

4, 非线性相位噪声的补偿：线性和非线性，使用的是MMSE和MAP准则，同一般通信原理中的最小误码概率方法的一样。但其实现较困难的。

5，以上考虑基本上没有考虑色散和PMD和DWDM中的效应，因此，在实际计算是应该考虑更多，但基本思想还是一样，就是利用概率来势信号的BER最小。

对接收机的影响

电子技术的发展，使器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。随着技术不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须低相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相噪对提高电路系统性能起到重要作用。

在现代接收机中，各种高性能，例如大动态、高选择性、宽频带捷变等都受相位噪声限制。尤其在目前电磁环境越来越恶劣的情况下，接收机经过混频从强干扰信号中提取弱小有用信号是非常重要的。如果在弱小信号邻近处存在强干扰信号，这两种信号经过接收机混频器，就会产生所谓倒易混频现象。

看出本振相噪差时，混频后中频信号被混频后的干扰信号所淹没，如果本振相噪好则信号就能显露出来，只需有一个好的窄带滤波器既可有效的滤出信号。如果本振相噪差，即使中频滤波器能够滤除强干扰中频信号，强干扰中频信号的噪声边带仍然淹没了有用信号，使接收机无法接收到弱小信号，尤其对大动态、高选择性的接收机，这种现象很明显。因此要求接收机具有良好的选择性和大动态，则接收机本振信号的相噪必须好。

对通讯系统的影响

相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相噪的要求也愈来愈高。如果本振信号的相噪较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。

相噪不好不仅增加误码率和影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，图4表示了相噪对邻近频道选择性的影响。由图4看出，要求接收机选择性越高，则相噪就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相噪也必须更好。