相位噪声

对于数字波束成形相控阵，要生成本地振荡器（LO） ，通常会考虑的实现方法是向分布于天线阵列中的一系列锁相环分配常用基准频率。对于这些分布式锁相环，目前文献中还没有充分记录用于评估组合相位噪声性能的方法。

在分布式系统中，共同噪声源是相关的，而分布式噪声源如果不相关，在 RF 信号组合时就会降低。对于系统中的大部分组件，这都可以非常直观地加以评估。对于锁相环，环路中的每个组件都有与之相关联的噪声传递函数，它们的贡献是控制环路以及任何频率转换的函数。这会在尝试评估组合相位噪声输出时增加复杂性。本文基于已知的锁相环建模方法，以及对相关和不相关贡献因素的评估，提出了跟踪不同频率偏移下的分布式PLL贡献的方法。

对于任何无线电系统，都需要为接收器和激励器精心设计 LO生成的实现方法。随着数字波束成形在相控阵天线系统中不断普及，需要在大量分布式接收器和激励器中分配 LO 信号和基准频率，这让设计变得更加复杂。

在系统架构层面需要权衡的因素包括，分配所需的LO频率或分配较低的频率基准，以及在靠近使用点的物理位置产生所需的LO。通过锁相环从本地产生 LO 是一种高度集成的现成选项。下一个挑战是评估来自各种分布式组件以及集中式组件的系统级相位噪声。

<strong><font color="#FF0000">Peter Delos ADI公司</font> </strong>

<strong>摘要</strong>

对于数字波束成形相控阵，要生成LO，通常会考虑的实现方法是向分布于天线阵列中的一系列锁相环分配常用基准频率。对于这些分布式锁相环，目前文献中还没有充分记录用于评估组合相位噪声性能的方法。

在分布式系统中，共同噪声源是相关的，而分布式噪声源如果不相关，在RF信号组合时就会降低。对于系统中的大部分组件，这都可以非常直观地加以评估。对于锁相环，环路中的每个组件都有与之相关联的噪声传递函数，它们的贡献是控制环路以及任何频率转换的函数。这会在尝试评估组合相位噪声输出时增加复杂性。本文基于已知的锁相环建模方法，以及对相关和不相关贡献因素的评估，提出了跟踪不同频率偏移下的分布式PLL贡献的方法......

<strong>相位噪声的含义</strong>

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)。从下图中可以看出，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。

本期我将讨论在测量较低时钟频率的相位噪声和相位抖动时出现的一个非常常见的问题。在所有条件相同的情况下，我们通常期望分频的低频时钟产生比高频时钟更低的相位噪声。在数量上，你可能会记得这是20log（N）规则。

然而，20log（N）规则仅适用于相位噪声，而不适用于综合相位噪声或相位抖动。相位抖动通常应该大致相同。而且，由于我们的频率足够低，所以在实际测量中我们不会发现这种关系是成立的。所以本期的问题是 - 为什么会这样呢？

<strong>20log(N)规则</strong>

首先，是对20log（N）规则的快速回顾：

如果一个时钟的载波频率下降了N倍，那么我们预计相位噪声会减少20log（N）。例如，每个除以因子2的除法应该导致相位噪声减少20log（2）或大约6dB。这里的主要假设是无噪声的传统数字分频器。

为什么是这样？实际数字分频器的输出是上升沿和下降沿，信号处于逻辑高电平或低电平。抖动仅出现在上升沿和下降沿。抖动对每个时钟周期的比例降低。我们的直觉可能表明，如果我们减少抖动边缘的数量，那么我们减少了分频时钟传输的抖动。事实证明是正确的。

随着电子技术的发展，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以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。

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，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。

总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。

<strong>相位噪声基础</strong>

<strong>1、什么是相位噪声</strong>