相位噪聲，是指系統(tǒng)（如各種射頻器件）在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號(hào)相位的隨機(jī)變化。它是衡量頻率標(biāo)準(zhǔn)源（高穩(wěn)晶振、原子頻標(biāo)等）頻穩(wěn)質(zhì)量的重要指標(biāo)，隨著頻標(biāo)源性能的不斷改善，相應(yīng)噪聲量值越來(lái)越小，因而對(duì)相位噪聲譜的測(cè)量要求也越來(lái)越高。

表征

一個(gè)理想的正弦波信號(hào)可用下式表示：

V - t=A0sin2πf0t（1）

式中，V - t為信號(hào)瞬時(shí)幅度，A0為標(biāo)稱(chēng)值幅度，f0為標(biāo)稱(chēng)值頻率。此時(shí)信號(hào)的頻譜為一線(xiàn)譜。但是由于任何一個(gè)信號(hào)源都存在著各種不同的噪聲，每種噪聲分量各不相同，使得實(shí)際的輸出成為：

V - t=[A0+ε - t]sin[2πf0t+j - t]（2）

在研究相位噪聲的測(cè)量時(shí)，由于考慮振蕩器的幅度噪聲調(diào)制功率遠(yuǎn)小于相位噪聲調(diào)制功率，所以ε - t<

V - t=A0sin[2πf0t+j - t]（3）

對(duì)j - t的測(cè)量，可以用各種類(lèi)型的譜密度來(lái)表示。顯然此時(shí)的相位起伏為Δj - t=j - t，頻率起伏為Δf - t=[dj - t/dt]/2π。常用的相對(duì)頻率起伏：

y - t=[dj - t/dt]/2πf0（4）

由于相位噪聲j - t的存在，使頻率源的頻率不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定度常用時(shí)域阿侖方差σ2y - 2，τ，τ及頻域相對(duì)單邊帶功率譜（簡(jiǎn)稱(chēng)功率譜）Lp - f或相噪功率譜Sj - f來(lái)表征。它們的定義為：

σ2y - z=σ2 - 2，τ，τ= - 1/v20 - 1/2 - y1-y22（5）

式中y1，y2為測(cè)量采樣時(shí)間τ的相鄰二次測(cè)量測(cè)得的頻率平均值。

Lp - f=[PSSB - f/P0] - dBc/Hz（6）

其中PSSB - f為一個(gè)相位噪聲調(diào)制邊帶在頻率為f處的功率譜密度，P0為載波功率。

由（3）及（4）式得相位起伏的自相關(guān)函數(shù)Rj - τ=[j - τ，j - t+τ]和相對(duì)頻率起伏的自相關(guān)函數(shù)Ry - τ=[y - τ，y - t+τ]，由維納-欽辛定理可知自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度間存在如下關(guān)系

表示傅里葉變換對(duì)。通常j - t<<1，近似有

Lp - f= - 1/2Sj - f（7）

原因

1，相位調(diào)制的方法：PSK，DPSK，DQPSK產(chǎn)生

2，相位噪聲的起因：放大器噪聲和非線(xiàn)性克爾效應(yīng)，也即自相位調(diào)制（SPM）和交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻，但一般在分析的時(shí)候只考慮到SPM引起的相移效應(yīng)。

3，相位噪聲的統(tǒng)計(jì)特性;這是研究這方面的重點(diǎn)和難點(diǎn)，和其他的隨機(jī)過(guò)程一樣，非線(xiàn)性相位噪聲和光強(qiáng)度也服從一定的聯(lián)合概率分布。按照K.P.Ho的paper一般用特征函數(shù)來(lái)求其聯(lián)合概率分布。其結(jié)論是，同激光的相位統(tǒng)計(jì)噪聲不同，相位調(diào)制的相位噪聲服從菲中心卡方分布和高斯隨機(jī)分布的卷積（見(jiàn)Stastics of Noline phase Noise。

4，非線(xiàn)性相位噪聲的補(bǔ)償：線(xiàn)性和非線(xiàn)性，使用的是MMSE和MAP準(zhǔn)則，同一般通信原理中的最小誤碼概率方法的一樣。但其實(shí)現(xiàn)較困難的。

5，以上考慮基本上沒(méi)有考慮色散和PMD和DWDM中的效應(yīng)，因此，在實(shí)際計(jì)算是應(yīng)該考慮更多，但基本思想還是一樣，就是利用概率來(lái)使信號(hào)的BER最小。

影響

接收機(jī)

電子技術(shù)的發(fā)展，使器件的噪聲系數(shù)越來(lái)越低，放大器的動(dòng)態(tài)范圍也越來(lái)越大，增益也大有提高，使得電路系統(tǒng)的靈敏度和選擇性及線(xiàn)性度等主要技術(shù)指標(biāo)都得到較好的解決。隨著技術(shù)不斷提高，對(duì)電路系統(tǒng)又提出了更高的要求，這就要求電路系統(tǒng)必須低相位噪聲，在現(xiàn)代技術(shù)中，相位噪聲已成為限制電路系統(tǒng)的主要因素。低相噪對(duì)提高電路系統(tǒng)性能起到重要作用。

在現(xiàn)代接收機(jī)中，各種高性能，例如大動(dòng)態(tài)、高選擇性、寬頻帶捷變等都受相位噪聲限制。尤其在電磁環(huán)境越來(lái)越惡劣的情況下，接收機(jī)經(jīng)過(guò)混頻從強(qiáng)干擾信號(hào)中提取弱小有用信號(hào)是非常重要的。如果在弱小信號(hào)鄰近處存在強(qiáng)干擾信號(hào)，這兩種信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)混頻器，就會(huì)產(chǎn)生所謂倒易混頻現(xiàn)象。

看出本振相噪差時(shí)，混頻后中頻信號(hào)被混頻后的干擾信號(hào)所淹沒(méi)，如果本振相噪好則信號(hào)就能顯露出來(lái)，只需有一個(gè)好的窄帶濾波器既可有效的濾出信號(hào)。如果本振相噪差，即使中頻濾波器能夠?yàn)V除強(qiáng)干擾中頻信號(hào)，強(qiáng)干擾中頻信號(hào)的噪聲邊帶仍然淹沒(méi)了有用信號(hào)，使接收機(jī)無(wú)法接收到弱小信號(hào)，尤其對(duì)大動(dòng)態(tài)、高選擇性的接收機(jī)，這種現(xiàn)象很明顯。因此要求接收機(jī)具有良好的選擇性和大動(dòng)態(tài)，則接收機(jī)本振信號(hào)的相噪必須好。

通訊系統(tǒng)

相位噪聲好壞對(duì)通訊系統(tǒng)有很大影響，尤其現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中狀態(tài)很多，頻道又很密集，并且不斷的變換，所以對(duì)相噪的要求也愈來(lái)愈高。如果本振信號(hào)的相噪較差，會(huì)增加通信中的誤碼率，影響載頻跟蹤精度。

相噪不好不僅增加誤碼率和影響載頻跟蹤精度，還影響通信接收機(jī)信道內(nèi)、外性能測(cè)量，相噪對(duì)鄰近頻道選擇性的影響。要求接收機(jī)選擇性越高，則相噪就必須更好，要求接收機(jī)靈敏度越高，相噪也必須更好。

多普勒雷達(dá)系統(tǒng)

當(dāng)目標(biāo)超低空飛行時(shí)，雷達(dá)面臨著很強(qiáng)的地面雜波，要想從強(qiáng)地雜波中提取信號(hào)目標(biāo)，雷達(dá)必須有很高的改善因子。因?yàn)檫@些雜波進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)混頻后，很難把有用信號(hào)與強(qiáng)地物反射波分離開(kāi)，尤其對(duì)低速度運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并接近地面時(shí)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)就變得非常困難，這時(shí)只有提高雷達(dá)改善因子。

為了提高低空檢測(cè)能力，提高對(duì)低空突防目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力，頻率源的低相噪非常重要，雷達(dá)能從強(qiáng)雜波環(huán)境中區(qū)分出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，則要求雷達(dá)必須全相參產(chǎn)生出極低相噪的發(fā)射信號(hào)和接收機(jī)本振信號(hào)及各種相參基準(zhǔn)信號(hào)，如果改善因子要求大于50dB，頻率源的時(shí)域ms頻率穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于10-10量級(jí)，相噪在S波段偏1KHz應(yīng)優(yōu)于-105dBc/Hz，100KHz優(yōu)于-125dBc/Hz。

另外雷達(dá)往往工作在脈沖狀態(tài)，尤其低重復(fù)周期雷達(dá)，調(diào)制后的雷達(dá)載頻頻譜為辛格譜，每一根辛格譜遠(yuǎn)端相噪將迭加給其他辛格譜，使兩根相鄰辛格譜之間的相噪大大惡化。在頻率源“遠(yuǎn)端”相噪不夠低的情況下，這種惡化是很明顯的。從這一點(diǎn)看，雷達(dá)頻率源不能只要求偏離1KHz相噪，同時(shí)對(duì)偏離10KHz、100KHz及1MHz都應(yīng)該有一適當(dāng)要求，一般應(yīng)按冪律譜下降，這樣才能保證脈沖調(diào)制后的發(fā)射頻譜合格，取得好的改善因子。

相關(guān)研究

提出三種基于改進(jìn)型四相移鍵控分區(qū)算法 - MP的級(jí)聯(lián)載波相位噪聲估計(jì) - CPE算法。研究了算法線(xiàn)寬容忍度、相位噪聲估計(jì)性能、線(xiàn)性及非線(xiàn)性傳輸性能和硬件復(fù)雜度。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：三種算法性能均與相位盲搜索 - BPS算法相近，硬件復(fù)雜度卻比BPS算法分別降低了1.5-10倍。