相位噪声模拟器实现技术研究

研究Ka频段通信卫星系统信道相位噪声模拟方法与硬件实现技术。提出在中频采用多级IIR滤波器并联的形式产生幂律分布噪声，用于实现相位噪声特性模拟的方法。给出IIR滤波器组的设计方法以及相位噪声的模拟精度，并基于FPGA+DSP硬件平台实现了相位噪声模拟器，实测曲线表明其模拟范围优于Aeroflex信道模拟器。 相位噪声模拟是通信系统中一个重要的研究领域，特别是在高频率如Ka频段的卫星通信系统中，相位噪声会显著影响信号传输的质量，导致误码率上升。本文主要探讨了相位噪声模拟器的实现技术和精度分析，以及硬件设计与测试结果。 文章提出了在中频阶段采用多级IIR滤波器并联的方式来生成符合幂律分布的噪声，以模拟相位噪声的特性。这种方法的关键在于设计IIR滤波器组，通过调整滤波器的参数，使得生成的噪声序列的功率谱密度接近于幂律分布(1/fα)。IIR滤波器由于其通带窄且过渡带平滑的特性，非常适合用于噪声的色化处理。具体实施过程中，先生成白噪声序列，再通过一系列IIR滤波器进行滤波，最后将不同滤波器的输出叠加，形成符合目标分布的相位噪声。 在成型滤波器设计环节，文章详细介绍了如何通过一阶IIR滤波器来逼近目标的幂律谱。设计过程中，需要计算各滤波器之间的增益差A，以确定滤波器的斜率S，进而求解出IIR滤波器的系数a和b。这一过程涉及到复杂的数学运算和滤波器参数优化，确保滤波器的输出能准确地模拟相位噪声的特性。 对于相位噪声模拟的精度分析，文章通过仿真验证了模拟器的性能。仿真条件包括白噪声、滤波器系数、采样频率等参数的设置。通过比较仿真结果与设定值，发现在较低频段可能存在一定的误差，这可能是为了保证高频段模拟精度而对滤波器参数所做的修正。仿真结果还显示，与商业产品Aeroflex相比，提出的模拟器在模拟范围上有优势，但Aeroflex的精度具体数值未给出，可能需要根据实际测试来确定。 硬件实现部分，文章展示了信道模拟器的功能原理框图和电路原理框图，表明该模拟器基于FPGA（现场可编程门阵列）和DSP（数字信号处理器）的硬件平台构建。这种硬件架构可以实现高速、灵活的信号处理，以适应复杂的相位噪声模拟需求。 该研究不仅提出了一种新颖的相位噪声模拟方法，还通过硬件实现验证了其有效性和优越性。这种方法对于提高卫星通信系统的测试效率，减少对卫星资源的占用，以及深入理解相位噪声对通信系统影响等方面都具有重要意义。