相位噪声是什么?相位噪声对射频链路有什么影响?

描述

(1) 相位噪声的定义

在理解相位噪声之前,我们先从理想的单音开始。

理想单音信号,可以用cos函数来表示,它的频谱就是一根线,如下图所示。

相位噪声

但实际上的频谱并不是一根那么纯净的谱线,而是有噪声分布在周围。而相位噪声,就是定义偏移载波频率△f处,1Hz带宽内的功率与载波功率的比值。

如下图所示,如果载波频率为1GHz,功率为0dBm,在偏移载波1MHz处,1Hz带宽内的功率为-100dBm,那么可以说偏移载波1MHz处的相位噪声为-100dBc/Hz。

相位噪声

(2)为什么会产生相位噪声呢?

理想的单音信号,相位为0的时刻,都是固定的,是周期T的整数倍。但是因为噪声的影响,相位为0的时间点,会从理想的n*T点有所偏移,如下图所示。

相位噪声

上面的现象,可以用如下公式来表示,并用三角函数展开,则可以得到:

相位噪声

所以, 假设cos函数的相位为频率为wm的正弦函数,从上面的推导可知,这个变化的相位,会在载波wc的两侧产生频率为wc±wm频谱。

(3) 相位噪声对射频链路有什么影响?

我们之所以这么关心相位噪声,是因为相位噪声对射频链路有很大的影响。

比如接收机的抗干扰性能,其实很大一部分,就是和LO的相噪相关。

因为LO有相噪,所以当接收机输入端有大的干扰信号的时候,它就会和LO的相噪混频,而且混频产物会落入中频带内,从而影响有用信号的SNR,即发生了倒易混频(reciprocal mixing)。

相位噪声

同时,相位噪声也会对信号的星座图有影响。

比如说,当混频器的输入端为理想的QPSK调制信号,本振是具有相位噪声的单音信号,如下图所示:

相位噪声

从公式看,混频后的输出信号,4个星座点之间的幅度相对关系,没有发生变化,但是相位不再是π/4,3π/4,5π/4, 7π/4,而是在各自的相位中增加了φn(t)。

在星座图上的表现如下图所示,红点是没有相位噪声时候的星座图,旁边的黑色的弧线代表有相位噪声时候的星座图。

相位噪声

 


 

审核编辑:刘清
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