Welch功率谱估计算法在相位噪声测量中的应用.pdf

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1、Welch功率谱估计算法在相位噪声测量中的应用任全会，等Welch功率谱估计算法在相位噪声测量中的应用ApplicationofWelchPowerSpectrumEstimationAlgorithminPhaseNoiseMeasurement任全金于廛本(郑州铁路职业技术学院电子工程系，河南郑州450052)摘要：针对传统的功率谱估计方法存在频谱分布不稳定、无法反映信号时变特性的问题，提出了一种基于Welch功率谱估计的相位噪声测量算法。该方法通过对不同的被测信号进行功率谱的估计。可以相应地选择Welch法数据分段和窗

2、函数，并对相位噪声建立数学模型。随后对相位噪声与噪声功率谱之间的关系进行了分析。测试结果表明，该方法不但具有能适应噪声信号的随机性和脉冲性的优点，而且大大减小了噪声功率谱的均方误差，能很好地应用在相位噪声测量中。关键词：相位噪声测量功率谱估计Welch法窗函数噪声功率谱均方误差中图分类号：TN912文献标志码：AAbstract：Contrarytotheproblemsexistingintraditionalpowerspectrumestimationmethod。e．g．，unstablespectrumdistri

3、butionandthetimevaryingcharacteristicsofthesignalcannotbereflected，thephasenoisemeasurementmethodbasedonWelchpowerspectrumestimationalgorithmisproposed．Withthismethod，throughestimatingpowerspectrumofdifferentmeasuredsignal，Welchmethoddatasegmentationandwindowfuncti

4、oncanbeselectedcorrespondingly，andthemathematicalmodelofphaseHoiseisestablished，thentherelationshipbetweenphasenoiseandllOiSCpowerspectrumisanalyzed．Theresultoftestsindicatesthatthismethodpossessesadvantagesofadaptingtherandomnessandimpulsivenessofnoisesignallandth

5、emeansquareerrorofnoisepowerspectrumisgreatlydecreased，itcanbeappliedinphasenoisemeasurement．Keywords：PhasenoisemeasurementsPowerspectrumestimationWelchmethodWindowfunctionNoisepowerspectrumMeansquareerror0引言描述信号短期频率稳定度非常重要的指标是相位噪声，在信号处理和通信领域，衡量系统性能的关键指标也是相位噪声，所以相位

6、噪声测量技术在电子测量领域的地位越来越重要。相位噪声测量一个很重要的方法是鉴相法，其关键技术是对鉴相结果进行功率谱估计。传统的功率谱估计方法虽然频谱分辨率很高，但是频谱分布很不稳定，无法反映信号的时变特性¨一。Welch功率谱估计算法利用分段平均和时间窗函数的思想能很好地解决这些问题。该方法根据不同的噪声信号对Welch法的参数进行调整，能很好地改善相位噪声功率谱估计性能。1相位噪声测量原理相位噪声可表示为：修改稿收到日期：2013—03—21。第一作者任全会(1978一)，男，2008年毕业于华中科技大学通信与信息系统专业

7、，获硕士学位，讲师；主要从事信号处理和EDA技术方向的教学与研究工作。《自动化仪表》第35卷第1期2014年1月6(z)=艿m(z)+艿。lCOS(D。1z十占也(t)COSD)砬+⋯(1)式中：6。(￡)为随机相位噪声；丸(t)COSOJ。t为周期性杂散信号。因为噪声在实际应用中很小，所以设6。(t)<<1，被测信号可表示为：丁(￡)=Vocos[2，Trzot+t5。(￡)]一Vocos2"a'1"ot-roB。(t)sin27r丁ot(2)式中：K6。(￡)sin2'rrz。t为噪声电压。根据相关函数理论．可得：F伽(

8、p)=恕刍l下扣)r小+Ⅳ)dt=恕刍j一，屹6。(t)6。(舢)x÷[cos2rrzo∥一cos4Trrotcos2耵ov+sin4"rr々"otsirL2'舯"oy]dt(3)因为6。(￡)6。(t+O)和COS4TfTot不相关，当u为定值时，COS2耵Tou是常数，所以：％(∥)=