基于Cool Edit测量射频直采型接收机相位噪声

郑高哲，李辉宇，胡 健

（1.国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004；2.国家无线电监测中心，北京 100037；3.湖北省无线电管理委员会办公室，武汉 430061）



基于Cool Edit测量射频直采型接收机相位噪声

郑高哲1，李辉宇2，胡 健3

（1.国家无线电监测中心福建监测站，厦门 361004；2.国家无线电监测中心，北京 100037；3.湖北省无线电管理委员会办公室，武汉 430061）

摘要：本文提供了一种无需频谱仪，基于单信号源和Cool Edit软件测量射频直采型系统相位噪声的测试方法，尤其适用于软件无线电设备的相位噪声测试。

关键词：射频直采；相位噪声；接收机；Cool Edit

1 射频直接采样接收系统

随着通信技术的快速发展和电子器件工艺水平的显著提高，接收机的数字化程度逐渐前移，从解调、变频、滤波到信号处理，接收机也从超外差、零中频发展至射频直接采样，软件无线电的设计思路和发展趋势愈发普及。目前，市面上的大部分监测接收机和测向机，尤其是一些小型化接收机，乃至便携频谱仪，均为前端射频直接采样，满足了宽实时带宽、多信道截收、功能扩展、小型化等需求。

相对于超外差式接收机，射频直接采样接收机最主要的变化为省略了本振混频环节，简要组成框图如图1所示。

图1 射频直接采样接收机与超外差中频接收机对比

2 衡量频率稳定度-相位噪声

在现代接收机中，系统内部各器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围越来越大，增益也大有提高，灵敏度、选择性和线性度等主要技术指标都得到较好解决。由此对电路系统提出更高要求，相位噪声已成为主要限制因素，如大动态、高选择性等都受相位噪声限制。

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。比如，-125dBc/Hz@100Hz的含义是在离开f0基准频率100Hz的地方，也就是说在f0+100Hz或f0-100Hz处的信号功率比载波功率弱125dBC/Hz-10lg(100Hz)=105dBc。

在超外差接收机中，相位噪声指标主要取决于本振的相位噪声。在混频过程中，若本振频率源的相位噪声指标差，强干扰中频信号的噪声边带会掩盖有用信号，使接收机无法接收微弱信号，降低信噪比和解调质量，使误码率增加，特别是某些对相位较为敏感的调制方式。

而在射频直采型接收机中，核心部件由ADC代替超外差接收机的本振、混频环节，ADC的性能直接决定了数字接收机的性能。A/D变换过程中采样时钟精度偏差造成的时钟抖动和其他因素造成的孔径抖动[1]，等效反映在频域中即相位噪声指标，严重影响ADC的信噪比。且研究表明，射频直接采样系统的等效相位噪声模型与常规超外差式接收机中混频、本振的相位噪声模型一致。[2]

3 传统测试方法

如表1所示，传统的测试方法[3]主要有直接频谱仪法、基于低通采样的鉴频法和鉴相法，其具体测试方法和原理细节本文不再详述。

表1 相位噪声传统测试方法

4 基于Cool Edit软件测试实例

本文提供的方法需要1台低相位噪声信号源，将信号馈入被测设备，录制一段10秒左右等步进调谐的IQ信号，一般为标准WAV文件，用Cool Edit软件进行FFT频谱分析。测试设备以Winradio G33DDC软件无线电接收机为例，该接收机无射频输出接口，组成框图如图2所示。

图2 G33DDC接收机框图

4.1 测试原理

在录制的IQ信号中，利用其中一路信号与CoolEdit生成的白噪声做比较。将均匀分布的白噪声的均方根（RMS）电平调整为与录制信号相同，其功率谱密度应为PD=10lg(fs/2) dBc/Hz，其中fs为录制信号时的采样率。进行FFT分析，显示出的白噪声曲线值应等于计算值，即利用白噪声对录制信号进行校准，白噪声曲线的数值准确，则录制信号的FFT分析也是准确的，显示结果即其相位噪声曲线。

4.2 测试步骤

（1）连接信号源和接收机，将信号馈入，电平在不超过接收机负载门限的情况下越大越好，本次测试采用-10dBm。

（2）信号源设定频率，发射无调制单载波信号，接收机设定频率接收。

（3）开始录制信号，接收机从设定频率以10Hz 或100Hz等较小步进连续调谐，录制约10秒钟标准WAV格式IQ信号；本次测试中，接收机Span设置为400kHz，按产品参数其对应采样率为500kHz，则PD=10lg(500000/2)=54 dBc/Hz。

（4）将录制信号用CoolEdit软件打开分析。

（5）清除右信道信号，生成功率均匀分布的白噪声（点击Generate-Noise），密度Intensity设为12（经验值，比左信道平均RMS功率略高）。如图3所示。

图3 右信道生成白噪声

（6）统计左、右两信道平均RMS功率（点击Analyze-Statistics），计算差值。如图4所示。

图4 比较两信道平均RMS电平

（7）将略高的右信道噪声功率衰减等量差值（点击Effects-Amplitude-Amplify），使两信道的平均RMS功率相等。如图5所示。

图5 调整噪声平均RMS电平

（8）进行FFT变换（点击A nalyze-Show Frequency Analysis）。如图6所示。

图6 FFT变换

（9）进行FFT扫描，FFT Size选择最大65536，窗函数选择大动态范围、旁瓣陡峭的Blackman窗，点击Scan。如图7所示。

红色曲线即Cooledit生成并已按实测信号调整平均RMS电平的均匀分布白噪声曲线，对应坐标值为-54dBc，与计算相符，则蓝色曲线即相位噪声曲线。

本次测试中，选用的信号源为Agilent E4438C，未针对相位噪声指标做选件优化，测试结果相较接收机标称指标略高。由此说明，本测试方法对信号源的相位噪声指标要求较高，在实际测试中应采用频谱纯度高的信号源，其相位噪声指标应低于被测设备5～10dB方可保证测试准确。

图7 FFT扫描

5 结束语

相位噪声是表征接收机频率稳定度的一项重要技术指标，通过较为简便的基于单信号源结合软件分析的测试方法，可对射频直采型接收系统尤其是无射频输出的软件无线电系统进行该指标的测试，便于衡量该系统接收性能。

参考文献

[1] 郑生华，蔡德林．A/D变换器孔径不稳定对数字接收机性能的影响．现代雷达，2002,24(2)：83-86

[2] 骆守峰，赵丕杰．射频直接采样系统中等效相位噪声模型分析．现代雷达，2014,36(2)：71-77

[3] 陈国龙．相位噪声及其测试技术．今日电子，2005,12(4)：40-43

世纪互联发布全新云战略

4月13日，由工业和信息化部国际经济技术合作中心、中国国际贸易促进委员会电子信息行业分会及中国云体系产业创新战略联盟联合主办的第四届中国国际云计算技术和应用展览会暨论坛（Cloud China 2016）在北京国际会议中心盛大举行。世纪互联与工信部深度合作，举办主题为“云动未来•智汇互联”的世纪互联专场，微软、IBM、百度、金山、京东、青云等合作伙伴代表出席大会，世纪互联CEO张振清发表“搭建云平台，营造云生态”主题演讲。

张振清还应邀参加了年会主旨论坛，并发表了题为“搭桥•腾云•驾雾•创链”的主题演讲，介绍了世纪互联最新的战略布局。鉴于张振清先生带领的世纪互联团队在网络空间基础设施取得的一系列瞩目成绩，工信部国际交流中心特向张振清颁发了云帆奖年度云计算突出贡献人物奖，同时向世纪互联颁发了云计算最具影响力企业奖。世纪互联旗下的快网公司提供的牛盾云安全解决方案摘取了年度云计算优秀解决方案奖。

世纪互联秉承着一直以来对云计算行业的高度重视和深度耕耘，全新出发，制定能够适应未来网络空间发展的云战略，加速推进对云领域的布局。全新的云战略致力于为客户提供以客户为中心的中立混合IT解决方案，为云计算合作伙伴提供有益互补的混合IT服务平台，为企业客户和个人用户带来按需定制、安全可控和灵活高效的全新体验。面对全新的云战略，世纪互联将以精品机房为核心基础，提供领先的网络和运维服务，并与不同云平台展开积极合作，打造以客户为中心的、中立的混合IT服务平台，加速国内外云应用落地。世纪互联有专业的混合IT解决方案中心，以客户需求为导向，动态整合内、外部资源，为用户提供从DC选址、服务器采购租用、带宽选择、网络架构部署、平台搭建、应用部署直至运营监控告警、运行维护于一体的一站式IT服务，让客户随需而选。

目前，世纪互联已经成功地帮助微软、IBM、Unisys等国际大型云落地中国，并为客户提供国际一流的云运营服务。世纪互联也积极与国内的云服务平台建立合作，并与金山、紫光等公司达成战略合作伙伴关系，共同建设行业领先、合作共赢的云服务平台。

在本次大会上，世纪互联分别与百度、《中国信息界》签署了战略合作协议。此外，在Cloud China上，世纪互联还参与了绿色高效数据中心建设论坛、云计算推动智慧城市建设座谈会及大数据时代的政府管理创新专题论坛。

Phase Noise Measurement of RF Direct Sampling Receiver Based on Cool Edit

Zheng Gaozhe1, Li Huiyu2, Hu Jian3
(1.State Radio Monitoring Center Fujian Monitoring Station, Xiamen, 361004; 2.State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037; 3.Hubei Radio Monitoring Station, Wuhan, 430061)

Abstract:This paper provides a phase noise measurement method of RF direct sampling receiver, based on only one signal generator and a PC with Cool Edit software. It is especially suitable for SDR devices. Such example is given as Winradio G33DDC receiver phase noise test.

Keywords:RF direct sampling; phase noise; receiver; Cool Edit

作者简介：郑高哲，国家无线电监测中心福建监测站助理工程师，熟悉短波监测、电磁环境测试、接收机射频指标检测及ITU《无线电规则》。李辉宇，国家无线电监测中心无线电监测处助理工程师，熟悉短波监测、接收机射频电路及指标测试。胡 健，湖北省无线电管理委员会办公室工作，熟悉超短波监测、超短波建站规划。

中图分类号：TN98 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2016）04-0048-04

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.014