相位噪声和频率噪声不是两个不同的噪声源,它们是同一噪声的伪影,只是你想使用什么单位的问题。频率和相位直接相关,因为频率是随时间变化的相位,所以如果你有一个,你将永远拥有另一个;频率和相位通过导数和积分相关:相位的时间导数等于频率(因为相位随时间的变化就是频率)。
对于表示频率随时间变化为(以弧度/秒为单位)的时域波形,等效于相位随时间变化的函数为:ω(t)
ϕ(t)=∫ω(t)dt
同样从相位(弧度)到频率(弧度/秒):
ω(t)=dϕ(t)dt
请注意,这可能会非常令人困惑,因为我们谈论的是一个波形,其值表示频率随时间变化;所以要非常清楚,我描述的这个波形确实在时域中(因为自变量是时间),我们正在观察频率如何随时间变化。我们可以对这个波形进行傅里叶变换,然后观察频率的变化率(也就是我们的频率变量的频率……更令人困惑!)。
然而,直截了当对于理解相位噪声和频率噪声之间的区别很重要:
时域中的积分是频域中的低通滤波响应,如积分的拉普拉斯变换属性所示:
L{∫x(t)dt}=1sX(s)
同样,时间导数导致在拉普拉斯乘以 s,它表示高通函数(因为您可以通过设置来获得两者的频率响应(或傅立叶变换) )s=jω
因此相位功率谱密度和频率功率谱密度相关如下:
Sf(f)=f2Sϕ(f)
其中是频率波动引起的功率谱密度,是相位波动引起的功率谱密度。(和通过相关,其中是以弧度/秒为单位的频率,而是以周期/秒或 Hz 为单位的频率。)Sf(f)Sϕ(f)fωω=2πfωf
例如,如果您有一个白频噪声过程(意味着所有频率的 FREQUENCY 功率谱密度都是平坦的),则 PHASE 功率谱密度将以或 20 dB/decade 的速率下降。1/f2
这是一个图,我将相位噪声和频率噪声之间的关系显示为时域图。请注意相位如何更平滑,但随着随机偏移的变化相对缓慢地漂移(低通随机游走),而频率图具有更高的频率内容,但长时间不偏离 0(高通滤波)。
