相位雜訊對系統效能的負面影響分析
所有訊號都會經歷隨機的相位波動，此現象被稱為相位雜訊 (Phase Noise)，本篇文章將從時間與頻率兩個維度，深入探討真實世界的射頻（RF）訊號特性，並說明相位雜訊對無線通訊系統所造成的具體影響。
射頻訊號在時域與頻域中的特性
在頻域（Frequency Domain）分析中，相位雜訊會以載波訊號兩側的雜訊邊帶 (sideband) 形式呈現，頻域圖主要描繪在特定頻率範圍內，訊號各個頻率成分的功率大小；一個理想且無任何相位變異的射頻訊號，在圖上會呈現為單一且功率準位恆定的頻率，然而，相位雜訊的存在會導致波形偏離其原有的相位穩定性，進而將能量擴散至鄰近的頻段。
而在時域（Time Domain）的觀測中，也就是觀察訊號振幅隨時間變化的圖形，相位雜訊則會顯現為訊號的抖動 (Jitter)，且抖動的程度與相位雜訊的大小呈現正相關，即越高的相位雜訊會引發更顯著的訊號抖動。
下方影片展示了在時域與頻域中，一個理想無失真的射頻訊號，與一個帶有相位雜訊的真實世界訊號之間的差異。
相位雜訊的影響與常見的量測方法
儘管許多訊號源或元件都可能引入相位雜訊，但本地振盪器 (LOs) 是最常見的來源之一，LO 元件主要用於將中頻（IF）訊號進行合路，以產生更適合傳輸的目標頻率，同時，LO 也能夠透過比對初始 LO 訊號與中頻訊號，來解析接收訊號的差異，因此，LO 的低相位雜訊效能對於確保精確的頻率轉換至關重要，在實務上，測試 LO 時經常需要採用 LO 替代法，也就是使用一台高效能的訊號產生器來取代待測的 LO。
不論相位雜訊是由 LO 或是其他元件所產生，它都會增加系統的錯誤率並降低整體效能，尤其在雷達與數位通訊系統等高精度應用中，影響更為顯著。
- 雷達系統：
相位雜訊對雷達系統帶來多種負面效應，其中最主要的是遮蔽都卜勒頻移 (Doppler-shifted) 的回波訊號，都卜勒雷達的接收器是透過辨識發射脈衝與移動目標反射訊號之間的頻率偏移來運作，在高相位雜訊的條件下，雷達系統可能無法偵測到那些僅反射一小部分初始發射訊號能量的微弱回波。 - 數位通訊：
高階調變技術可透過增加訊號狀態的數量來提供更快的資料傳輸速率，隨著訊號狀態數量增加，各狀態之間的決策邊界會變得越來越窄，這使得彼此緊鄰的符碼 (Symbol) 需要極其精準的定位，接收器才能正確辨識，相位雜訊會導致符碼錯位，直接衝擊解調變的準確性，並最終提升符碼錯誤率 (Symbol Error Rate) 與位元錯誤率 (Bit Error Rate)。
目前有兩種主流的相位雜訊量測方法，一種是運用頻譜分析儀，另一種則是透過相位雜訊分析儀來擷取資料，這兩種量測方法有何不同，而在選擇合適的測試方案來量測您的系統或裝置的相位雜訊時，又有哪些關鍵的限制與優勢需要納入考量。
歡迎參閱 Holzworth 的白皮書「低相位雜訊的重要性及其量測方法」，以深入了解上述問題的解答，該份文件亦詳細闡述了相位雜訊的基礎原理，及其對雷達與數位通訊系統效能造成的深遠影響。