無線通信產業正在通過增加調制復雜度和調制帶寬向著更高的射頻（RF）頻率和數據率的方向發展。這些寬帶無線系統必須要有可靠的測量技術作為支持。

關鍵指標

誤差矢量幅度（EVM）是一種嚴格的規范，經常用于描述傳輸信號的調制質量。EVM測量的是理想的參考波形與被測波形之間的差別。如果接收機的EVM很差，它能夠正確恢復傳輸信號的能力就會下降，這會增加蜂窩邊緣的誤碼率（BER），導致覆蓋范圍縮小。

造成EVM差的原因之一是發射機和接收機當中所有振蕩器的相位噪聲。正交相移鍵控調制（QPSK）信號的相位噪聲看上去像星座圖的旋轉（見圖1），縮短了星座點之間的距離，所以對于給定的誤碼率，接收機就需要更高的信噪比。因此相位噪聲降低了接收機的靈敏度。

對于像LTE和WiMAX當中的正交頻分復用（OFDM）信號，本振（LO）的相位噪聲疊加在n個副載波上的。這里的相位噪聲有兩個效果：（1）所有副載波的隨機相位旋轉常稱為公共相位誤差（CPE）；（2）載頻間干擾（ICI）是由給定的副載波被n-1個相鄰的帶有噪聲的副載波惡化而產生的。

OFDM符號包含特定的被稱為“導頻”的副載波，“導頻”能幫助接收機跟蹤到CPE，同時估計出傳輸信道的頻率響應。這些“導頻”并不會改善ICI，但它仍然會影響EVM。這會導致相位噪聲對OFDM的影響略微不同于對傳統的QPSK信號的影響，但是相位噪聲仍然是信號惡化的一個重要原因。

對于64-QAM調制的OFDM來說，對發射機輸出端的EVM的要求非常嚴格：均方根的典型值是2.7%左右。這就是為什么本振的相位噪聲和抖動對于本振鎖相環（PLL）的設計很關鍵的原因。要實現均方根2.7%的EVM，我們推薦將總相位抖動均方根值低于1°作為選擇合成器的標準。

測量相位噪聲

由于相位噪聲對EVM有如此重要的影響，所以在開發過程中檢驗本振的相位噪聲性能就非常關鍵。雖然低成本設備（比如用戶設備或者毫微微蜂窩設備）的生產測試次數較少，不允許進行這種深入測試，但是相位噪聲測量功能卻有助于過程監控和排除生產問題。

在頻譜分析儀中，通過觀察信號的“邊緣”，可以很容易看到相位噪聲。頻率相當緩慢的傾斜就顯示了相位噪聲（見圖2）。然而這幅頻譜分析儀的圖并沒有顯示抖動強度有多大。

現代的頻譜分析儀可以很容易測量dBc/Hz為單位的相位噪聲，或者以角度、弧度或者秒為單位的相位抖動。頻譜分析儀的相位噪聲測量適用于中等質量的合成器，比如在商用無線用戶設備或者毫微微蜂窩設備中的合成器，甚至可能用在基站中的合成器中。在這里的示例中（見圖3），頻譜分析儀測量得到2.3GHz的信號在10kHz～5MHz范圍內的抖動是0.1°，很明顯，它完全可以勝任測量本振的工作。

然而，頻譜分析儀不適用于測量質量很高的合成器，比如實驗室標準的合成信號發生器或者原子鐘。在這些情況下，測量結果是頻譜分析儀的殘留相位噪聲基底，而不是被測設備。

當測量有漂移的信號源時，比如壓控振蕩器（VCO），頻譜分析儀同樣有局限性，因為VCO的頻率漂移會影響測量結果。在偏移量較大時，比如大于1MHz，這通常不是問題，但是偏移量較小時，比如1kHz，VCO的輸出會經常漂出測量范圍，導致結果無效。

因為相位噪聲是用dBc/Hz為單位來測量的，但是本振需要用角度的均方根來測量，所以需要一些轉換，這就要對相位噪聲在數十個偏置范圍內進行積分，并且轉換到恰當的單位——角度、弧度或者秒。雖然你可以手動完成這一復雜的過程，但是讓設備完成要簡單得多。

偏移量范圍的問題

但是這會產生一個問題：在什么偏移量范圍內進行積分？對于OFDM，一個不錯的經驗法則是，將碼元速率到系統帶寬的偏移量作為積分范圍。碼元速率的限制是因為接收機消除了CPE，而CPE主要位于碼元速率以下的偏移量處。超出系統帶寬的偏移量被接收濾波器濾除了，所以就沒有什么影響了。

對于WiMAX，準確的偏移量取決于使用的具體配置，比如說，可以使用10kHz～5MHz的偏移量。對于LTE，原理是相同的，但是偏移量會稍有不同，它同樣取決于無線電的使用模式。比如，LTE可以使用15kHz～20MHz的范圍。

相位噪聲圖不僅提供了一種在具體頻率偏移量范圍內得到抖動的方法，而且可以用來更好地理解PLL。仔細查看圖3所示的相位噪聲圖，我們會發現幾個不同區域。

從10Hz到近1kHz，以及從近100kHz到1MHz的偏移量具有相當穩定的每分貝20dB的斜率。這是頻率參考和壓控振蕩器中的諧振元件起主要作用的區域。從近1kHz到10kHz，我們看到一個平坦的區域，兩邊分別過渡到20dB/分貝。這是參考源的寬帶噪聲基底被搬移到RF頻率而造成的。

鎖相環的帶寬也在這個區域，很可能靠近高值端。在這區域內可能會有很大的尖峰，取決于環路濾波器；這意味著存在欠阻尼，它可能會造成不穩定。在大約1MHz以上的偏移量處，我們可以看到壓控振蕩器的寬帶噪聲。

所以，使用頻譜分析儀和相位噪聲測量軟件可以很好地檢驗本振的抖動性能。這種組合成本低，性能充足，而且便于展示在一定頻率偏移量范圍內的抖動。

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