本發(fā)明涉及噪聲檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提取本振的相位噪聲的方法。

背景技術(shù)：

相位噪聲是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵性技術(shù)問題之一，它是衡量信號頻率穩(wěn)定度的重要指標(biāo)。在通信系統(tǒng)中，隨著通信帶寬的不斷提高和信道越來越密集，對通信系統(tǒng)中關(guān)鍵信號的相位噪聲要求越來越高；在雷達(dá)技術(shù)中，系統(tǒng)關(guān)鍵信號的相位噪聲直接影響著雷達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)探測的分辨能力。在儀器技術(shù)中，相位噪聲指標(biāo)是衡量許多儀器性能的重要指標(biāo)，降低相位噪聲是提高儀器設(shè)備性能的重要內(nèi)容，低相位噪聲源是諸多儀器中的核心技術(shù)之一。因此相位噪聲測量越來越成為電子測量領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題，受到越來越多地關(guān)注。

針對不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同的測量要求，相位噪聲測量主要有以下幾種方法：

1.頻譜儀測量法：直接頻譜儀法是簡單易行的一種相位噪聲測量方法，它將待測頻率源的輸出信號直接輸入到頻譜儀的輸入端，調(diào)諧頻譜分析儀的載波頻率，通過測量被測信號的頻譜而得到被測信號的相位噪聲。頻譜儀測量法在應(yīng)用中受到以下因素的制約：測量結(jié)果受頻譜儀本振源相位噪聲的制約、不能區(qū)分相位噪聲和幅度噪聲、不易測量近載波處的相位噪聲。

2.鑒相法也稱為雙源測量方法或鎖相環(huán)測量方法，這種方法將被測信號與一個同頻率且正交的高穩(wěn)定度的參考源信號作為鑒相器的兩個輸入信號，鑒相器輸出為與被測信號的相位起伏成比例的低頻噪聲電壓，經(jīng)過低通濾波器和低噪聲放大器，加到頻譜儀上測出不同f_m處的噪聲電平，計算得出被測信號源的或?qū)⒔?jīng)過低通濾波和低噪聲放大后的鑒相器輸出信號采樣后變換到數(shù)字域，利用數(shù)字信號處理的方法求得被測信號的單邊帶功率譜。鑒相法的主要優(yōu)點是測量靈敏度高、頻率分辨率高、輸出頻率范圍寬、對幅度噪聲具有較好的抑制能力；該方法的局限性在于測量結(jié)果受到參考源與被測源頻率差和參考源的相位噪聲的影響。

具有混頻結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)仿真模型通常由多個子模型構(gòu)成，其中本振模型是最關(guān)鍵的部分之一。本振模型的作用是提供穩(wěn)定幅度和頻率(或相位)的單頻率的本振信號，其幅度噪聲和相位噪聲的特性對發(fā)射和接收性能有舉足輕重的影響。特別在窄帶通信領(lǐng)域中，本振模型的相位噪聲是影響收發(fā)性能最重要的因素之一，因此掌握實際芯片的本振對發(fā)射和接收性能的貢獻(xiàn)，是必須明確的。而最簡易的研究方法就是建立和實際特性一致的本振模型，并通過仿真鏈路得出指標(biāo)影響程度的結(jié)論。

具體如圖1～3所示：

圖1是理想的本振模型在頻域和時域上的結(jié)果圖，在時域上是恒定幅度恒定頻率的正弦波，在頻域上對應(yīng)f₀頻率上的單譜線。

圖2是基于現(xiàn)有參數(shù)設(shè)置能表示的本振仿真模型在頻域和時域上的結(jié)果圖，從時域上幅度滿足某種分布條件，而頻率和相位特性可以通過頻率上用折線定義的相位噪聲曲線定義，當(dāng)定義的折線足夠多時能滿足仿真的需求，此時在幅度和相位上沒有突變現(xiàn)象。

圖3是實際的本振模型在頻域和時域上的結(jié)果圖，在頻域上除了具有基底的分布相位噪聲和幅度噪聲分布特性外，在時域上接收發(fā)射開始時會受到PLL殘余穩(wěn)定時間的影響，引起相位和幅度的變化，此外在各種非周期干擾下會有幅度和相位的突變。

綜上內(nèi)容可知，頻譜儀測量法和鑒相法適用于穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)定情況下的本振特性(如圖2所示情況)，但是不適用于非穩(wěn)態(tài)及存在突發(fā)擾動下的情況(如圖3所示情況)。原因在于：(1)頻譜儀測試相位噪聲采用掃頻方式，在掃描頻率RBW帶寬外的突發(fā)擾動會被遺漏；(2)采用鑒相法等非掃頻的相位噪聲測量法，對儀表要求高，測量繁復(fù)；(3)任何相位噪聲測量法都需要長時間的測試才能保證測量的頻率和噪聲精度，時間根據(jù)測量頻寬和精度要求通常在秒級別，所以這種測量法描述的是穩(wěn)定和長時間平均情況下的本振特性。因此不能很好的反映實際信號瞬時的信號質(zhì)量、輻射和誤碼特性。另一方面，通常的本振仿真模型在幅度上描述為服從某種分布(如正態(tài)分布)的統(tǒng)計模型，在實際出現(xiàn)突發(fā)幅度變化的情況下是無法準(zhǔn)確表示的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種提取本振的相位噪聲的方法，以解決采用現(xiàn)有方法無法準(zhǔn)確獲取非穩(wěn)態(tài)及存在突發(fā)擾動下本振模型的相位噪聲的特性的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種提取本振的相位噪聲的方法，所述提取本振的相位噪聲的方法包括：

根據(jù)發(fā)射機的輸入信號及發(fā)射機的本振信號得到所述發(fā)射機的輸出信號；

將所述發(fā)射機的輸出信號作為與所述發(fā)射機輸出端連接的采集儀表的輸入信號；

根據(jù)所述采集儀表的輸入信號設(shè)置所述采集儀表的本振頻率，以使所述采集儀表直接采集所述發(fā)射機的時域本振波形；

根據(jù)所述采集儀表的輸出信號提取所述發(fā)射機的本振的相位噪聲。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，所述發(fā)射機的輸入信號為：

其中，f_a為所述發(fā)射機的輸入信號的頻率。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，所述發(fā)射機的本振信號，公式表示如下：

其中，f_c為所述發(fā)射機的本振信號的本振頻率，A(t)為本振的幅度噪聲，為本振的相位噪聲。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，所述發(fā)射機的輸出信號通過所述發(fā)射機的輸入信號與所述發(fā)射機的本振信號進(jìn)行混頻后獲得，采用公式如下：

其中，f_c+f_a為所述發(fā)射機的輸出信號的中心頻率，A(t)為本振的幅度噪聲，為本振的相位噪聲。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，所述采集儀表的輸入信號為：

其中，A_m為所述發(fā)射機的輸出信號和所述采集儀表的輸入信號之間的幅度噪聲的增益，θ₀為所述發(fā)射機的輸出信號和所述采集儀表的輸入信號之間的相位偏移。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，根據(jù)所述采集儀表的輸入信號設(shè)置所述采集儀表的本振頻率為f_c+f_a。

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，所述采集儀表的輸出信號通過所述采集儀表的輸入信號與所述采集儀表的本振信號進(jìn)行混頻后獲得，采用公式如下：

其中，r(t)為所述采集儀表的輸出信號，h_{SA_LO}(t)為所述采集儀表的本振信號，z(t)為所述采集儀表的輸入信號，

可選的，在所述的提取本振的相位噪聲的方法中，還包括根據(jù)所述采集儀表的輸出信號提取所述發(fā)射機的本振的幅度噪聲。

在本發(fā)明所提供的提取本振的相位噪聲的方法中，根據(jù)發(fā)射機的輸入信號及發(fā)射機的本振信號得到發(fā)射機的輸出信號；將發(fā)射機的輸出信號作為與所述發(fā)射機輸出端連接的采集儀表的輸入信號；根據(jù)所述采集儀表的輸入信號設(shè)置采集儀表的本振頻率，以使采集儀表直接采集發(fā)射機的時域本振波形；根據(jù)所述采集儀表的輸出信號提取發(fā)射機的本振的相位噪聲。由于使用采集儀表采集的是發(fā)射機輸出的時域本振波形，整個過程均在時域完成，因此，可實時反映本振真實的相位噪聲情況，適用于非穩(wěn)態(tài)及存在突發(fā)擾動下的情況，提高了提取相位噪聲的精準(zhǔn)度。

附圖說明

圖1是理想的本振模型在頻域和時域上的結(jié)果圖；

圖2是基于現(xiàn)有參數(shù)設(shè)置能表示的本振仿真模型在頻域和時域上的結(jié)果圖；

圖3是實際的本振模型在頻域和時域上的結(jié)果圖；

圖4是提取本振的相位噪聲的方法的流程圖；

圖5是提取本振的相位噪聲設(shè)計的原理框圖；

圖6是仿真的發(fā)射機鏈路結(jié)構(gòu)圖；

圖7是仿真的接收機鏈路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的提取本振的相位噪聲的方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖4，其為提取本振的相位噪聲的方法的流程圖，如圖4所示，所述的提取本振的相位噪聲的方法包括如下步驟：

首先，執(zhí)行步驟S1，根據(jù)發(fā)射機的輸入信號及發(fā)射機的本振信號得到所述發(fā)射機的輸出信號。這里的發(fā)射機的本振信號指代的是非理想情況下發(fā)射機實際的本振信號。

具體的，為了較好的理解獲得發(fā)射機的輸出信號的過程，請一并參考圖5所示的內(nèi)容進(jìn)行理解，這里發(fā)射機發(fā)送的信號為基帶單音頻率為f_a的無調(diào)制信號(也就是所述發(fā)射機的輸入信號)，具體如公式(1)所示：

所述發(fā)射機的本振信號，具體如公式(2)所示：

公式(2)是非理想情況下本振模型，理想情況下發(fā)射機的本振信號在時域上是一個時域序列，顯示為本振頻率為f_c的單頻率載波，由于實際情況下存在幅度和相位的變化的特性，因此這里假設(shè)了A(t)為本振的幅度噪聲，假設(shè)為本振的相位噪聲，以構(gòu)成模擬實際本振信號的情況。

請繼續(xù)參考圖5，在只討論本振模型的影響，假設(shè)混頻器模型理想的情況下，所述發(fā)射機的輸出信號通過所述發(fā)射機的輸入信號與所述發(fā)射機的本振信號進(jìn)行混頻后獲得，基于利用公式(1)和(2)計算的結(jié)果計算發(fā)射機此時的輸出信號可以參考公式(3)：

由公式(3)可知，y(t)為所述發(fā)射機的輸出信號的中心頻率為f_c+f_a的帶幅度噪聲A(t)和相位噪聲的單頻率載波信號。

接著，執(zhí)行步驟S2，根據(jù)所述發(fā)射機的輸出信號作為與所述發(fā)射機輸出端連接的采集儀表的輸入信號。

采集測量時，采集儀表直接連接發(fā)射機輸出段后，因為只討論本振模型的影響，此處認(rèn)為y(t)和z(t)間只存在固定的增益A_m和固定相位的偏移θ₀，A_m和θ₀這兩個參數(shù)是恒定的，表現(xiàn)為空間傳播特性，對最終本振的相位噪聲的提取不造成影響。

因此采集儀表的輸入信號如公式(4)所示：

接著，執(zhí)行步驟S3，根據(jù)所述采集儀表的輸入信號設(shè)置所述采集儀表的本振頻率，以使所述采集儀表直接采集所述發(fā)射機的時域本振波形。

根據(jù)步驟S3獲得的采集儀表的輸入信號(如公式(4)所示)設(shè)置采集發(fā)射機發(fā)送的信號時采集儀表的本振頻率，以直接測量得到發(fā)射機的本振的特性。由公式(4)可知，采集儀表本振頻率設(shè)置為f_c+f_a。

接著，執(zhí)行步驟S4，根據(jù)所述采集儀表的輸出信號提取所述發(fā)射機的本振的相位噪聲。

采集儀表的本振信號和輸出信號可表示為公式(5)和公式(6)：

其中，r(t)為所述采集儀表的輸出信號，h_{SA_LO}(t)為所述采集儀表的本振信號，z(t)為所述采集儀表的輸入信號，如公式4所示。

比較公式(6)和公式(2)可知，公式(2)中假設(shè)的本振的幅度噪聲A(t)和本振的相位噪聲一直留存于公式(6)，因此，根據(jù)所述采集儀表的輸出信號r(t)是可以提取所述發(fā)射機的本振的相位噪聲和本振的幅度噪聲的。

基于本發(fā)明獲得的采集儀表的輸出信號r(t)可以廣泛適用于各種通信電路的仿真中，對于由本振幅度和相位噪聲引起的指標(biāo)惡化現(xiàn)象，可使用該方法通過仿真來有效評估。

較佳的，在進(jìn)行發(fā)射仿真鏈路中，基于已獲得采集儀表的輸出信號r(t)僅需要做fc頻率搬移后應(yīng)用于發(fā)射仿真鏈路中即可得到在真實幅度和相位誤差下的發(fā)射機特性。仿真模型如圖6所示，其中的發(fā)射機本振H_{simuTX_LO}(t)表示為：

可見，根據(jù)公式(7)，仿真鏈路的本振模型就可從r(t)直接得到，并能反映出真實硬件上瞬態(tài)的幅度及相位噪聲特性h_LO(t)。因此仿真結(jié)果能體現(xiàn)實際本振的幅度和相位噪聲特性對發(fā)射機指標(biāo)的影響。

同時A(t)經(jīng)傅立葉變換可得到A(ω)，經(jīng)傅立葉變換可得到Φ_pn(ω)，就是基帶系統(tǒng)上的幅度和相位噪聲的頻譜，從基帶角度看時域上的本振噪聲A(t)·e^jφ(t)的傅立葉變換就是整個發(fā)射機本振的噪聲頻譜特性H_LO(ω)＝A(ω)*Φ_pn(ω)(*代表卷積運算)。根據(jù)公式6而其時域沖擊響應(yīng)就是A₀是常數(shù)，對于仿真結(jié)果將沒有影響。

同時，如果通信電路中接收和發(fā)射共用本振，那么接收本振和發(fā)送本振具有相似的相位噪聲特性，可以從r(t)中限幅提取相位噪聲的時域特性用于接收機的仿真鏈路。在這種情況下不用接收鏈路直接提取相位噪聲參數(shù)的原因是，接收機輸出信噪比受到熱噪聲、接收通道濾波、通道幅度和相位平坦度及A/D效應(yīng)等的限制，難以達(dá)到本振相噪的測量要求。限幅上由于|h_φ(t)|＝1，因此只需要將r(t)幅度歸一到簡單運算即可。

如此將h_φ(t)做f_c頻率搬移后運用于接收仿真鏈路即可得到在實際相位誤差下的接收機特性。仿真模型如圖7所示，其中的接收機本振H_{simuRX_LO}(t)表示為：

當(dāng)然，本發(fā)明包括但不局限于上述仿真中，也可以廣泛適用于各種通信電路的仿真中，對于由本振幅度和相位噪聲引起的指標(biāo)惡化現(xiàn)象，可使用該方法通過仿真來有效評估。

本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)采用參數(shù)定義分段相位噪聲方法和統(tǒng)計參數(shù)定義的幅度噪聲方法所不能表示的瞬態(tài)特性，避免頻譜儀相位噪聲測試法帶來的遺漏，和測量中對干擾與噪聲平均過程引起誤差的情況。因此，本發(fā)明中建立的本振模型能真實反映本振的特征，使發(fā)射和接收鏈路仿真更貼近現(xiàn)實情況。

綜上，在本發(fā)明所提供的提取本振的相位噪聲的方法中，根據(jù)發(fā)射機的輸入信號及發(fā)射機的本振信號得到發(fā)射機的輸出信號；將發(fā)射機的輸出信號作為與所述發(fā)射機輸出端連接的采集儀表的輸入信號；根據(jù)所述采集儀表的輸入信號設(shè)置采集儀表的本振頻率，以使采集儀表直接采集發(fā)射機的時域本振波形；根據(jù)所述采集儀表的輸出信號提取發(fā)射機的本振的相位噪聲。由于使用采集儀表采集的是發(fā)射機輸出的時域本振波形，整個過程均在時域完成，因此，可實時反映本振真實的相位噪聲情況，適用于非穩(wěn)態(tài)及存在突發(fā)擾動下的情況，提高了提取相位噪聲的精準(zhǔn)度。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。