信道相位噪声对误码率影响的研究

杨翠娥

(太原工业学院，山西 太原 030008)

近年来，随着我国高分辨率卫星遥感系统的发展，遥感信息的质量大幅提高，这意味着需要存储或传输的数据量也不断增加。遥感数据的原始码速率剧增，就需要有更高码速率的数据传输系统来完成遥感数据的传输。而相位噪声是信道特性的重要技术指标，信道特性对高码速率数据接收性能有着非常重要的影响。

1 相位噪声的基本概念

相位噪声是指信号源中，由各种随机噪声所引起的输出信号瞬时频率或相位的起伏，它表征的是信号源输出频率的短期稳定性指标，是高稳定度高、高纯度频率源的一项十分重要的指标。由于相位噪声的存在，引起载波频谱的扩展，其范围可以从偏离载波小于1 Hz 一直延伸到几兆赫兹。

忽略幅度起伏时本振信号源可表示为:

其中:

式中，第一项为系统频率的线性漂移;第二项为周期性杂散信号的调制，βi和fi分别为杂散信号的调制度和频率;第三项φn(t)是相位的随机起伏，即相位噪声［1-3］。

2 信号源相位噪声与误码率的关系

一般单边带相噪功率谱密度值φno可表示为:

信噪比Eb/N0与载噪比C/N0有如下关系:

因此可以得到相位白噪声φno引起的等效Eb/N0，即:

由于幅度噪声引起PSK 误码的实质是幅度噪声引起PSK 的相位抖动，其均方值为σ2φ，它使PSK 解调出的数字码信号有幅度起伏，从而产生误码，因此相噪对误码率的影响可等效于产生相同相噪的幅度噪声Eb/N0的影响［4，5］。故可用对加性高斯白噪声的分析方法分析。

图1 所示是采用MATLAB 计算分析得出的仿真结果。由图可见，在br大(即高速数传)时，相噪对误码率的影响大。

图1 相位白噪声与误码率的关系

3 测试方法与步骤

采用中频闭环法进行相噪影响测试的测试框图如图2所示，调制器和解调器是法国ZDS 公司HDR-XXL 系列设备。调制器载波通过信号源送入。对不同的相位噪声在不同码速率下相同解调器解调损耗进行对比，测试步骤如下:

图2 中频闭环相噪影响测试框图

1)按照图2 连接设备和测试仪器;

2)信号源发1 200 MHz 单载波，设置功率5 dBm;

3)接收端采用频谱仪测试相位噪声;

4)调制器加调QPSK 信号，码速率640 Mbps;

5)调制器加噪声:－120 dBm/Hz;

6)改变调制器的信号功率，通过误码仪测试解调器的误码率，通过频谱仪测试误码在10－7，10－6，10－5，10－4时的信号功率和噪声功率，即测出相应的Eb/N0;

7)改变调制解调码速率为:200 Mbps，10 Mbps，3 Mbps时，重复4)～6)。

4 结果分析

经过测试得到测试数据，绘制出相应的曲线如下:

图3 相位噪声对误码率影响数据曲线

图3 中明显可以看出，640 MHz 传输下的信噪比恶化量大于200 MHz 和10 MHz 传输下的信噪比恶化量。故可以得出同等相位噪声下，码速率越高，相位噪声对解调误码率恶化程度越大。结果表明，高码速率传输下对信道相位噪声比较敏感，因此在工程中要确保系统各部件中信号源、频综的相位噪声满足系统指标要求。

由于中频闭环中，是调制器和解调器直接相连，模拟的是理想情况下的环路结构。由以上分析可以看出测试结果与理论分析的结果完全吻合。考虑到实际系统中不是简单的中频闭环结构，还有LNA，下变频器等器件影响，故需要模拟射频闭环结构，分析在此条件下，是否还有相同的规律。

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