CN104883155A - 一种离散域相位噪声的产生方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离散域相位噪声的产生方法及装置。本发明的离散域相位噪声的产生方法具体包括：将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声；本发明的方法能够产生离散域相位噪声。

Description

一种离散域相位噪声的产生方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统技术领域，尤其涉及一种离散域相位噪声的产生方法及装置。

背景技术

在无线通信中，常常由于发射机和接收机本振的不稳定性，使得载波信号不是单一频率的正弦波，这种不稳定性，常常用相位噪声来衡量。由于这个原因，在系统的载波频率比较高时，在无线通信系统使用高阶的调制方式时，相位噪声的影响通常是不可忽略的，因此，在通信系统的建模时常常需要将相位噪声建模进来，相位噪声一般是用其功率密度谱来表示的，因此，目前多数文献给出的是模拟域进行相位噪声的方法，很少有文献给出在离散的数字域进行相位噪声建模的方法。

但是，在数字基带系统的研究中，信号是在离散的数字域表示的，因此，数字基带系统的仿真中加入相位噪声就必须考虑离散域的相位噪声的产生方法。而现有技术中并没有一种方法能够产生离散域相位噪声的方法。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种离散域相位噪声的产生方法及装置，能够产生离散域相位噪声。

为解决上述技术问题，本发明提供一种离散域相位噪声的产生方法，包括如下步骤：

将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；

将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；

根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；

根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

进一步地，所述确定所述数字滤波器的参数的步骤包括：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模块得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

所述根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声的步骤包括：

根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

进一步地，所述数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子，所述根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数的步骤包括：

根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子；

获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数；

根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

进一步地，所述获取数字滤波器的频率响应以及所述数字滤波器的时域传输函数的步骤包括：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

进一步地，所述根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数的步骤包括：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

进一步地，所述根据所述预设相位噪声功率谱密度模型得到相位噪声的零点频率和极点频率的步骤包括：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

同样为了解决上述的问题，本发明还提供了另一种离散域相位噪声的产生方法，包括以下步骤：

将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；

对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；

产生频域白噪声，并对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；

根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

进一步地，所述根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声的步骤包括：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

进一步地，所述将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度的步骤包括：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度;

所述产生频域白噪声的步骤包括：

根据所述采用频率产生频域白噪声。

进一步地，所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。

同样为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种离散域相位噪声的产生装置，包括:数字滤波器设计单元、系统构建单元以及相位噪声产生单元；

所述数字滤波器设计单元用于将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；

所述系统构建单元用于将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；

所述相位噪声产生单元用于根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

进一步地，所述数字滤波器设计单元用于：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模块得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

所述相位噪声产生单元用于根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

进一步地，所述数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子；所述数字滤波器设计单元用于：

根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子；

获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数；

根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

进一步地，所述数字滤波器设计单元用于：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

进一步地，所述数字滤波器设计单元用于：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

进一步地，所述数字滤波器设计单元用于：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

同样为了解决上述的技术问题，本发明还提供另一种离散域相位噪声的产生装置，包括：离散化处理单元、频移处理单元、频域白噪声产生单元、频域白噪声处理单元以及相位噪声产生单元；

所述离散化处理单元用于将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；

所述频移处理单元用于对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；

所述频域白噪声产生单元用于产生频域白噪声；

所述频域白噪声处理单元用于对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；

所述相位噪声产生单元用于根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

进一步地，所述相位噪声产生单元用于：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

进一步地，所述离散化处理单元用于：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度。

进一步地，所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种离散域相位噪声的产生方法及装置，能够产生离散域相位噪声。本发明的离散域相位噪声的产生方法具体包括：将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声；本发明的方法是通过模拟域滤波器来设计数字滤波器，然后级联所设计的数字滤波器，利用白噪声作为输入信号最终通过级联数字滤波器得到离散时域的相位噪声；或者本发明的离散域相位噪声的产生方法具体包括：将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；产生频域白噪声，并对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声；本发明的方法还可以对模拟域的相位噪声进行计算处理产生离散频域的相位噪声；所以本发明的方法与现有技术相比，可以在不进行模拟相噪实时采集的基础上进行相位噪声的建模，就可以得到离散域相位噪声，加快了相位噪声抑制与消除算法的开发进度，达到快速推出产品的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种离散域相位噪声的产生方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种根据零极点频率计算滤波器的参数的流程示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种时域产生相位噪声的系统框图；

图4为本发明实施例二提供的一种离散域相位噪声的产生方法的流程示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种频域产生相位噪声的原理框图；

图6为本发明实施例三提供的一种离散域相位噪声的产生装置的结构示意图；

图7为本发明实施例四提供的一种离散域相位噪声的产生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种离散域相位噪声的产生方法，包括以下步骤：

步骤101：将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数。

该步骤是设计数字滤波器的过程，其是由模拟滤波器来设计数字滤波器，将模拟滤波器转换为数字滤波器，主要是通过将模拟滤波器数字化，即将模拟滤波器从S域映射到Z域，得到数字滤波器，然后计算确定出数字滤波器的参数。本实施例中数字滤波器的参数主要包括：数字滤波器的系数以及数字滤波器的增益因子。

步骤102：将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统。

本实施例将上述涉及的数字滤波器串联，然后将白噪声（功率谱密度为1）作为驱动信号，最终得到离散时域的相位噪声。本实施例的数字滤波器的数量可以根据实际需求确定合理数量的滤波器。

步骤103：根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号。

本实施例方法中利用的是白噪声驱动，由于其功率谱密度始终为1，所以经过级联的数字滤波器传输后，得到的相位噪声就仅仅与数字滤波器的系数有关。而本实施例方法就可以通过获取数字滤波器的系数就可以得到离散时域的相位噪声。

步骤104：根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

本实施例方法是通过模拟域滤波器来设计数字滤波器，然后级联所设计的数字滤波器，利用白噪声作为输入信号最终通过级联数字滤波器得到离散时域的相位噪声；本实施例方法主要利用白噪声功率谱密度始终为1，然后通过设计合适的数字滤波器对白噪声进行过滤处理，最终从数字滤波器的输出信号提取待参数的离散时域的相位噪声，并且该相位噪声只与数字滤波器的系数有关，所以可以很方便地得出离散时域的相位噪声；与现有技术相比，可以在不进行模拟相噪实时采集的基础上进行相位噪声的建模，就可以得到离散域相位噪声，加快了相位噪声抑制与消除算法的开发进度，达到快速推出产品的目的。

由于在无线通信系统领域中离散域相位噪声的模型是确定的，即相位噪声的功率谱密度模型是确定，所以本实施例方法通过对给定相位噪声功率谱密度的分析可以得到待求相位噪声的零点频率和极点频率，然后利用零点和极点频率计算出数字滤波器的参数。因此上述步骤101中计算所述数字滤波器的参数的过程包括：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模块得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

上述步骤104中根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声的过程包括：根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

根据上述本实施例介绍的方法，本实施例可以快速产生符合特定相位噪声功率谱模型要求的离散时域的相位噪声。

在本实施例中，优先地，数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子，其中，根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数的具体包括，如图2所示：

步骤201：根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子。

步骤202：获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数。

具体地获取过程可以包括：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

步骤203：根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

具体计算出数字滤波器的系数的过程包括：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；例如做泰勒展开式等

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

优先地，本实施例方法中根据所述预设相位噪声功率谱密度模型得到相位噪声的零点频率和极点频率的步骤包括：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

下面通过介绍具体数字滤波器设计的过程：

在模拟域，可以通过如下形式来产生相位噪声。

白噪经过滤波器其中H_a(s)为滤波器响应的s域表现形式，s_zi为第i个零点，s_pi为第p个极点。

其中H_a(s)的频率响应特性满足如下条件

|H_a(s)|_s=j2πf|²=P(f)，        (1)

P(f)为待产生的相位噪声的功率谱密度。

因此，要实现模拟域到数字域的转换，需要将滤波器由模拟域也转换到数字域，利用经典的转换公式，其中T为采样时间间隔。在以下讨论中，始终假定噪声的归一化功率谱密度为1。

$s-s_x\→1-z^{-1}{e}^{s_{x}T},$

可以得到离散滤波器的Z域传输函数

$H\left(z\right)=\frac{A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-z^{-1}{e}^{s_{\mathrm{zi}}T})}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}(1-z^{-1}{e}^{s_{\mathrm{pi}}T})}---\left(2\right)$

实际上，给定相位噪声的功率谱以后，可以知道相位噪声的零点频率和极点频率，这里记为f_zi和f_pi，则s_zi=-2πf_zi，s_pi=-2πf_pi。

令f_s为采样频率，将s_zi=-2πf_zi、s_pi=-2πf_pi代入公式（2）则得到离散滤波器的频率响应为

$H\left(f\right)=A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\frac{1-\exp [-2\mathrm{\π}\frac{f_{\mathrm{zi}}}{f_s}(1+j\frac{f}{f_{\mathrm{zi}}})]}{1-\exp [-2\mathrm{\π}\frac{f_{\mathrm{pi}}}{f_s}(1+j\frac{f}{f_{\mathrm{pi}}})]}---\left(3\right)$

对公式(3)做一阶泰勒展开得到H(f)的近似值，

$H\left(f\right)\≈A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}\frac{\mathrm{jf}+f_{\mathrm{zi}}}{\mathrm{jf}+f_{\mathrm{pi}}}$

另外，将公式(2)从Z域转换到时域，可得到滤波系统中数字滤波器的传输函数，y⁽ⁱ⁾(n)-a_iy^(i-1)(n)=x⁽ⁱ⁾(n)-b_ix^(i-1)(n)         (4)

通过将和y⁽ⁱ⁾(n)-a_iy^(i-1)(n)=x⁽ⁱ⁾(n)-b_ix^(i-1)(n)比较可以得出a_i=exp(-2πf_piT)，b_i=exp(-2πf_ziT)，a_i和b_i为数字滤波器的系数。

下面介绍零极点频率的计算过程：

给出在给定相噪功率谱密度模型的条件下，第1个极点的频率可以很容易从相噪谱曲线中获得。确定零极点频率的方法，

f_pi=f_p(i-1)10^1/h     (5)

$f_{\mathrm{zi}}=f_{\mathrm{pi}}10^{\frac{\mathrm{\γ}}{h}}---\left(6\right)$

其中-2≤γ≤2，γ为每10倍频程的下降因子；h为滤波器的极点密度因子即每10倍频程的极点数，h的范围通常是0.5≤h≤1.5。

下面介绍滤波器增益因子计算过程：

这里需要指出的是，对于给定的相噪功率谱模型P(f)，当以离散的噪声来驱动数字滤波器时，可以通过以下公式

$P\left(0\right)=\frac{A^2\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{\left(\frac{f_{\mathrm{zi}}}{f_{\mathrm{pi}}}\right)}^2}{f_s}---\left(7\right)$

来确定滤波器增益因子A的值。

通过上述的推导计算过程可以计算出数字滤波器的参数，即系数和增益因子，然后将设计的数字滤波器级联起来，利用高斯白噪声驱动所设计的数字滤波器即可得到符合设计要求的离散时域的相位噪声。

下面以一个具体例子来说明本实施例产生离散时域的相位噪声的过程：

假设产生如下形式的相位噪声，即给定相位噪声功率谱密度的模型。

第一步：对于此形式的噪声，为了简化问题的处理，可以选一对零极点，显而易见，极点可以取为f_p1=f_p，在使用一对零极点时，可以不考虑极点密度因子的影响，这会给问题带来简单。当然，如果考虑的精度很高的话，是需要采用极点密度因子的，如文中的公式(5)、(6)。这里为了考虑的简单，以及一般情况的精度需要，不考虑极点密度因子的影响。零点f_z1=f_z。

其中零极点的具体值可以根据上述介绍的过程求得。

第二步：定采样的时间间隔T，根据奈奎斯特采样定理，时间间隔T需要满足 $\frac{1}{T}\≥{2f}_{z1}.$

第三步：根据上述公式(4)和H(f)求得IIR滤波器系数a₁=exp(-2πf_p1T)，b₁=exp(-2πf_z1T)。

第四步：根据上述公式(7)确定离散IIR滤波器的增益因子A，实际仿真时由于近似性，需要根据仿真结果对A值进行微调，根据线性特性，这个微调的结果根据仿真功率谱和实际需要产生的功率谱很容易确定。

第五步：在数字滤波器的参数计算完毕后，用具有离散的功率谱密度为1的白噪声激励滤波器得到相位噪声θ(n)。如图3所示，将设计的数字滤波器级联后，利用白噪声驱动，最终根据数字滤波器的参数可以得到时域的相位噪声。

实施例二：

如图4所示，本实施例提供了一种离散域相位噪声的产生方法，包括如下步骤：

步骤401：将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度。

具体地离散化处理过程可以包括：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度。

优先地，本实施例中所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。

步骤402：对所述离散化的功率谱密度进行频移处理。

步骤403：产生频域白噪声，并对所述频域白噪声进行共轭对称化处理。

在具体产生过程可以包括：

根据采样频率产生频域白噪声。

步骤404：根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

具体地得到相位噪声的过程可以包括以下处理过程：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

本实施例中，上述步骤401、402以及403并没有严格的时序关系，可以是先执行步骤403然后在执行步骤401、402，也可以是先执行步骤401然后执行步骤403，最后执行步骤402.

下面具体说明本实施例频域相位噪声的产生过程，参考图5：

第一步：确定采样频率F_s和需要产生的相位噪声的离散点数N_s。

例如，根据采样定理，采样频率F_s应该满足F_s≥2f_max，其中f_max为待产生的相位噪声谱的截止频率。

确定需要产生的相位噪声的离散点数，这里记为N_s，为了很好的频率分辨率，要求 $\mathrm{dF}=\frac{F_s}{N_s}<f_{\min }.$

第二步：将连续的相位噪声功率谱密度进行离散化得到离散的相位噪声功率谱密度P_d(k)。

具体由公式得到离散滤波器的幅度频响 $\left|P_d\left(k\right)\right|=\sqrt{N_s{F}_{s}P\left(k\right)},$ 其中， $k=-(\frac{N_s}{2}-1),...,\frac{N_s}{2},$ 进而通过幅度频率响应可以得到P_d(k)。

第三步：为使P_d(k)能够适合fft变化，对P_d(k)进行频移变换，具体变换如下：

$P_d^{\&prime;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}{P}_d\left(k\right),0\&le;k\&le;\frac{N_s}{2}\\ P_d(k-N_s),\frac{N_s}{2}-1\&le;k\&le;N_s-1\end{array}\right.$

第四步：产生频域白噪声W(k)，其中Var(W(k))=1，序列长度为

第五步：对频域白噪声W(k)进行共轭对称化处理得到W′(k)；

具体定义：

$W^{\&prime;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}W\left(k\right),0\&le;k\&le;\frac{N_s}{2}\\ W^{*}(k-N_s),\frac{N_s}{2}-1\&le;k\&le;N_s-1\end{array}\right.$

第六步：令PN(k)=W′(k)P′_d(k)

第七步：对PN(k)进行均值和实数化处理得到频域的相位噪声。

为了令相噪的均值为0以及输出相噪为实数，

令PN(0)=0

$\mathrm{PN}\left(\frac{N_s}{2}\right)=\mathrm{abs}\left(\mathrm{PN}\left(k\right)\right)$

则对经过处理后PN(k)进行ifft（逆傅里叶变换）即可得到离散域的相位噪声

pn(n)=ifft(PN(k))。

本实施例的方法通过对模拟域产生的相位噪声进行一系列的计算处理最终得到离散频域的相位噪声，该相位噪声为给定相位噪声功率谱密度模型所要求的相位噪声。

例如可以假定产生如下形式的相位噪声，通过上述步骤过程即可在产生P（f）模型要求的频域相位噪声，其中f_max=f_z，f_max=f_z。

实施例三：

如图6所示，本实施例提供了一种离散域相位噪声的产生装置，包括：包括:数字滤波器设计单元、系统构建单元以及相位噪声产生单元；

所述数字滤波器设计单元用于将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；

所述系统构建单元用于将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；

所述相位噪声产生单元用于根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

优先地，所述数字滤波器设计单元用于：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模块得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

所述相位噪声产生单元用于根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

优先地，所述数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子；所述数字滤波器设计单元用于：

根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子；

获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数；

根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

优先地，所述数字滤波器设计单元用于：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

优先地，所述数字滤波器设计单元用于：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

优选地，所述数字滤波器设计单元用于：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

本实施例中各单元处理过程可以参考上述实施例一所述方法中对应的步骤。

实施例四：

如图7所示，本实施例提供了一种离散域相位噪声的产生装置，包括：离散化处理单元、频移处理单元、频域白噪声产生单元、频域白噪声处理单元以及相位噪声产生单元；

离散化处理单元用于将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；

频移处理单元用于对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；

频域白噪声产生单元用于产生频域白噪声；

频域白噪声处理单元用于对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；

相位噪声产生单元用于根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

优先地，所述相位噪声产生单元用于：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

优先地，所述离散化处理单元用于：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度;

所述频域白噪声产生单元用于根据所述采用频率产生频域白噪声。

在本实施例中，优先地，所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。

本实施例中各单元处理过程可以参考上述实施例二所述方法中对应的步骤。

本实施例的离散域相位噪声的产生装置可以对模拟域的相位噪声进行变化处理得到离散频域的相位噪声。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，包括如下步骤：

将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；

将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；

根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；

根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

2.如权利要求1所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述确定所述数字滤波器的参数的步骤包括：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模型得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

所述根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声的步骤包括：

根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

3.如权利要求2所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子，所述根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数的步骤包括：

根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子；

获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数；

根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

4.如权利要求3所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述获取数字滤波器的频率响应以及所述数字滤波器的时域传输函数的步骤包括：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

5.如权利要求3所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数的步骤包括：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

6.如权利要求2-5任一项所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述根据所述预设相位噪声功率谱密度模型得到相位噪声的零点频率和极点频率的步骤包括：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

7.一种离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；

对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；

产生频域白噪声，并对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；

根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

8.如权利要求7所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声的步骤包括：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

9.如权利要求7或8所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度的步骤包括：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度;

所述产生频域白噪声的步骤包括：

根据所述采用频率产生频域白噪声。

10.如权利要求9所述的离散域相位噪声的产生方法，其特征在于，所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。

11.一种离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，包括:数字滤波器设计单元、系统构建单元以及相位噪声产生单元；

所述数字滤波器设计单元用于将在模拟域产生相位噪声的模拟滤波器转换数字滤波器，并且确定所述数字滤波器的参数；

所述系统构建单元用于将预设数量的所述数字滤波器级联构成数字滤波器系统，并利用高斯白噪声驱动所述数字滤波器系统；

所述相位噪声产生单元用于根据所述数字滤波器的参数得到所述数字滤波器系统的输出信号；根据所述输出信号得到离散时域的相位噪声。

12.如权利要求11所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述数字滤波器设计单元用于：

获取预设相位噪声功率谱密度模型；

根据所述预设相位噪声功率谱密度模块得到相位噪声的零点频率和极点频率；

根据相位噪声的零点频率和极点频率计算出所述数字滤波器的参数；

所述相位噪声产生单元用于根据所述输出信号得到在所述预设相位噪声功率谱密度模型要求的离散时域的相位噪声。

13.如权利要求12所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述数字滤波器的参数包括数字滤波器的系数和数字滤波器的增益因子；

所述数字滤波器设计单元用于：

根据所述相位噪声的零点频率、极点频率以及预设相位噪声功率谱密度模型计算出所述数字滤波器的增益因子；

获取所述数字滤波器的频率响应以及数字滤波器的时域传输函数；

根据所述数字滤波器的频率响应、所述数字滤波器的时域传输函数、所述数字滤波器的增益因子以及所述相位噪声的零点频率、极点频率得到所述数字滤波器的系数。

14.如权利要求13所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述数字滤波器设计单元用于：

获取所述数字滤波器的Z域传输函数；

根据所述数字滤波器的Z域传输函数得到数字滤波器的频率响应；

将所述数字滤波器的Z域传输函数转换为数字滤波器的时域传输函数。

15.如权利要求13所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述数字滤波器设计单元用于：

对所述数字滤波器的频率响应进行处理得到数字滤波器的频率响应近似值表达式；

将所述数字滤波器的时域传输函数与所述数字滤波器的频率响应近似值表达式进行对比得到所述数字滤波器的系数表达式；

将所述相位噪声的零点频率、极点频率以及数字滤波器的增益因子代入所述数字滤波器的系数表达式得到所述数字滤波器的系数值。

16.如权利要求12-15任一项所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述数字滤波器设计单元用于：

从所述预设相位噪声谱密度模型对应的曲线中获取第一个极点频率；

获取所述数字滤波器的极点密度因子，根据所述第一个极点频率和所述极点密度因子计算出相位噪声的各个极点频率；

获取所述数字滤波器的下降因子，并根据所述极点密度因子、所述下降因子以及计算出的极点频率计算相位噪声的零点频率。

17.一种离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，包括：离散化处理单元、频移处理单元、频域白噪声产生单元、频域白噪声处理单元以及相位噪声产生单元；

所述离散化处理单元用于将模拟域的相位噪声功率谱密度进行离散化处理得到离散化的功率谱密度；

所述频移处理单元用于对所述离散化的功率谱密度进行频移处理；

所述频域白噪声产生单元用于产生频域白噪声；

所述频域白噪声处理单元用于对所述频域白噪声进行共轭对称化处理；

所述相位噪声产生单元用于根据处理后的离散化的功率谱密度和处理后的频域白噪声得到离散频域的相位噪声。

18.如权利要求17所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述相位噪声产生单元用于：

将所述处理后的离散化的功率谱密度和所述处理后的频域白噪声相乘；

对相乘的结果均值化和实数化处理后进行逆傅里叶变换得到离散频域的相位噪声。

19.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述离散化处理单元用于：

确定采样频率；

确定需要产生的相位噪声的离散点数；

根据所述采样频率和所述离散点数将模拟域的相位噪声功率谱密度转换为离散化的功率谱密度。

20.如权利要求19所述的离散域相位噪声的产生装置，其特征在于，所述采样频率大于等于2倍待产生的相位噪声的截止频率；所述采样频率除以所述离散点数小于待产生的相位噪声的起始频率。