I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0                                                                           3 0 1       C h a o s   o n   Ph a s e   N o i s e   o f   Va n   D e r   Po l   O s c i l l a t o r   ( G a n g   F e n g   Y a n )   C h a o s   o n   P h a s e   N o i s e   o f   V a n   D e r   P o l   O s c i l l a t o r       G a n g   F e n g   Ya n ,   X i a n   H e   H u a n g   U n i v e r s i t y   o f   El e c t r o n i c   Sc i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   o f   C h i n a   N o . 4   S e c t i o n   2 ,   N o r t h   J i a n   Sh e   R o a d ,   C h e n g D u ,   C h i n a   6 1 0 0 5 4 ,   T e l :   + 8 6 - 2 8 - 8 3 2 0 2 3 5 4   e - m a i l :   u e s t c y g f @ 1 6 3 . c o m       A b s t r a k   D e r a u   f a s a   a d a l a h   p a r a m e t e r   p a l i n g   p e n t i n g   d a l a m   b a n y a k   o s i l a t o r .   Pa d a   m a k a l a h   i n i ,   p e r s a m a a n   d i f e r e n s i a l   s t o k a s t i k   n o n - l i n e a r   d i u s u l k a n   u n t u k   p e n d e k a t a n   a n a l i s i s   d e r a u   f a s a .   Se l a n j u t n y a   d i s k u s i   d a n   p e r b a n d i n g a n   p e n g a r u h   d a r i   d u a   s u m b e r   d e r a u   b e r b e d a   p a d a   o s i l a t o r   Va n   D e r   Po l   m e n g a d o p s i   m e t o d e   i n i .   Sa l a h   s a t u   s u m b e r   d e r a u   a d a l a h   p r o s e s   d e r a u   p u t i h   ( w h i t e   n o i s e ) ,   y a n g   m a n a   a d a l a h   b e n a r - b e n a r   p r o s e s   s t o k a s t i k ,   d a n   s u m b e r   d e r a u   l a i n n y a   a d a l a h   s i s t e m   d e t e r m i n i s t i k   s e s u n g g u h n y a ,   y a n g   m e n u n j u k k a n   p e r i l a k u   k h a o t i s   d i   b e b e r a p a   r e g i o n .   Pe r i l a k u   o s i l a t o r   d a l a m   k o n d i s i   y a n g   b e r b e d a   d i t e l i t i   s e c a r a   n u m e r i k .   H a s i l   p e n e l i t i a n   m e n u n j u k k a n   b a h w a   d e r a u   f a s a   d a r i   o s i l a t o r   l e b i h   d i p e n g a r u h i   o l e h   d e r a u   y a n g   t i m b u l   d a r i   k h a o t i s   d a r i p a d a   d e r a u   y a n g   t i m b u l   d a r i   p r o s e s   s t o k a s t i k   a s l i   p a d a   i n t e n s i t a s   d e r a u   y a n g   s a m a .       K a t a   k u n c i :   d e r a u   k h a o t i s ,   d e r a u   f a s a ,   o s i l a t o r ,   p e r s a m a a n   d i f e r e n s i a l   n o n - l i n e a r   s t o k a s t i k       A b s t r a c t     Ph a s e   n o i s e   i s   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   p a r a m e t e r   i n   m a n y   o s c i l l a t o r s .   T h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i n   t h i s   p a p e r   i s   b a s e d   o n   n o n l i n e a r   s t o c h a s t i c   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n   f o r   p h a s e   n o i s e   a n a l y s i s   a p p r o a c h .   T h e   i n f l u e n c e s   o f   t w o   d i f f e r e n t   s o u r c e s   o f   n o i s e   i n   t h e   Va n   D e r   Po l   o s c i l l a t o r   a d o p t e d   t h i s   m e t h o d   a r e   c o m p a r e d .   T h e   s o u r c e   o f   n o i s e   i s   a   w h i t e   n o i s e   p r o c e s s   w h i c h   i s   a   g e n u i n e l y   s t o c h a s t i c   p r o c e s s   a n d   t h e   o t h e r   i s   a c t u a l l y   a   d e t e r m i n i s t i c   s y s t e m ,   w h i c h   e x h i b i t s   c h a o t i c   b e h a v i o r   i n   s o m e   r e g i o n s .   T h e   b e h a v i o r   o f   t h e   o s c i l l a t o r   u n d e r   d i f f e r e n t   c o n d i t i o n s   i s   i n v e s t i g a t e d   n u m e r i c a l l y .   I t   i s   s h o w n   t h a t   t h e   p h a s e   n o i s e   o f   t h e   o s c i l l a t o r   i s   a f f e c t e d   b y   a   n o i s e   a r i s i n g   f r o m   c h a o s   t h a n   a   n o i s e   a r i s i n g   f r o m   t h e   g e n u i n e   s t o c h a s t i c   p r o c e s s   a t   t h e   s a m e   n o i s e   i n t e n s i t y .       K e y w o r d s :   c h a o s   n o i s e ,   o s c i l l a t o r ,   p h a s e   n o i s e ,   s t o c h a s t i c   n o n l i n e a r   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n       1 .   I n t r o d u c t i o n   Ph a s e   n o i s e   a n d   s h o r t   t e r m   f r e q u e n c y   s t a b i l i t y   a r e   t w o   r e p r e s e n t a t i o n s   o f   t h e   s a m e   p h y s i c a l   p h e n o m e n o n .   Sh o r t   t e r m   f r e q u e n c y   s t a b i l i t y   i s   a   t i m e   d o m a i n   d e s c r i p t i o n .   Ph a s e   n o i s e   i s   a   f r e q u e n c y   d o m a i n   d e s c r i p t i o n   w h i c h   d e s c r i b e s   s t o c h a s t i c   f l u c t u a t i o n   o f   o s c i l l a t o r   p h a s e .   Ph a s e   n o i s e   i s   d e f i n e d   a s   t h e   r a t i o   o f   t h e   s i n g l e   s i d e - b a n d   p o w e r   a t   a   f r e q u e n c y   o f f s e t   o f   f r o m   t h e   c a r r i e r   w i t h   a   m e a s u r e m e n t   b a n d w i d t h   o f   1 H z   t o   t h e   c a r r i e r   p o w e r .   Si g n a l   c o n t a i n e d   p h a s e   n o i s e   i s   w h e t h e r   a n   e m i s s i o n   e x c i t a t i o n   s i g n a l   o r   l o c a l   o s c i l l a t i o n   s i g n a l ,   n o i s e   w i l l   l i k e w i s e   a p p e a r   i n   r e c e i v i n g   e n d   w i t h   s i g n a l .   T h e r e b y ,   Si g n a l - t o - n o i s e   r a t i o   w i l l   b e   d e s c e n d e d   a n d   e r r o r   r a t e   w i l l   b e   w o r s e n e d   a s   a   r e s u l t   o f   t h e   u n w a n t e d   c a r r i e r   m o d u l a t i o n .   S o ,   i t   b e c o m e s   i n c r e a s i n g l y   i m p o r t a n t   t o   r e s e a r c h   p h a s e   n o i s e   o f   o s c i l l a t o r s .   Al t h o u g h   t h e   t o p i c   o f   n o i s e   i n   o s c i l l a t o r s   h a s   e n g a g e d   c l a s s i c a l   i n v e s t i g a t i o n s   o f   a   q u a l i t a t i v e   n a t u r e   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   L e e s o n   [ 3 ]   w a s   t h e   f i r s t   t o   p r o p o s e   a   s i m p l e   i n t u i t i v e   p h e n o m e n o l o g i c a l   m o d e l   [ 4 ]   r e l a t i n g   t h e   l e v e l   o f   p h a s e   n o i s e   i n   a   w i d e l y   u s e d   c l a s s   o f   r e s o n a t o r - b a s e d   o s c i l l a t o r s   t o   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   n o i s e   s o u r c e s   i n   t h e   c i r c u i t   e l e m e n t s .   T h i s   m o d e l   h a s   b e e n   w i d e l y   e m b r a c e d ,   a n d   s e r v e s   w e l l   t o   p r e d i c t   o s c i l l a t o r   p h a s e   n o i s e   i n d u c e d   b y   s o u r c e s   o f   w h i t e   n o i s e .   H o w e v e r ,   w h i l e   L e e s o n   a d m i t s   t h a t   d e v i c e   f l i c k e r   ( 1 / f )   n o i s e   m a y   d e t e r m i n e   t h e   p h a s e   n o i s e   v e r y   c l o s e   t o   t h e   o s c i l l a t i o n   f r e q u e n c y ,   h i s   m o d e l   c a n n o t   e x p l a i n   w h y .   U s i n g   a   l i n e a r   t i m e   v a r i a n t   ( L T V)   m o d e l   f o r   t h e   o s c i l l a t o r ,   H a j i m i r i   a n d   L e e   [ 5 ]   h a s   p r o p o s e d   a   p h a s e - n o i s e   a n a l y s i s   m e t h o d ,   w h i c h   e x p l a i n s   t h i s   u p - c o n v e r s i o n   p h e n o m e n o n ,   b u t   i t   c a n n o t   p r e d i c t   t h e   p h a s e   n o i s e   a t   f r e q u e n c y   o f f s e t s   v e r y   c l o s e   t o   c a r r i e r .   Ka e r t n e r   [ 6 ]   a n d   D e m i r   [ 7 ] ,   [ 8 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     3 0 1     3 0 8   3 0 2   u s e   p e r s p e c t i v e   o f   a   s t a t e - s p a c e   t r a j e c t o r y   t o   a n a l y z e   p h a s e   n o i s e   o f   o s c i l l a t o r s .   I n   t h e i r   w o r k s ,   t h e   n o i s e   c a u s i n g   p e r t u r b a t i o n   i s   d e c o m p o s e d   i n t o   t w o   p a r t s .   O n e   p a r t   c a u s e s   a   d e v i a t i o n   i n   t h e   s t a t e - s p a c e   s o l u t i o n   a l o n g   t h e   u n p e r t u r b e d   t r a j e c t o r y ,   e f f e c t u a l l y   a l t e r i n g   t h e   p h a s e   o f   t h e   s o l u t i o n .   T h e   o t h e r   p a r t   r e s u l t s   i n   a   d e v i a t i o n   c o n s i d e r e d   a n   o r b i t a l   p e r t u r b a t i o n .   T h e   o r b i t a l   p e r t u r b a t i o n   c a n   b e   s h o w n   t o   r e m a i n   s m a l l   g i v e n   a   s m a l l   n o i s e .     A n d   t h e n   a n a l y z e   o s c i l l a t o r   p h a s e   n o i s e   b y   a   l i n e a r i z a t i o n   o f   t h e   o s c i l l a t o r   e q u a t i o n s   a r o u n d   t h e   n o i s e l e s s   p e r i o d i c   s t e a d y - s t a t e   s o l u t i o n .   I n   f a c t ,   a l l   o f   t h e   p r e v i o u s   a p p r o a c h e s   t o   o s c i l l a t o r   p h a s e   n o i s e   a n a l y s i s   a r e   b a s e d   o n   s o m e   k i n d   o f   e x p l i c i t   o r   i m p l i c i t   p e r t u r b a t i o n   a n a l y s i s ,   s o m e   l i n e a r   a n d   s o m e   n o n l i n e a r .   H o w e v e r ,   o s c i l l a t o r   s y s t e m   i s   e s s e n t i a l l y   a   n o n l i n e a r   s y s t e m .   An y   l i n e a r i z a t i o n   m e t h o d   w i l l   c h a n g e   t h e   e s s e n c e   o f   o s c i l l a t o r ,   s o   a   n e w   n o n l i n e a r   s t o c h a s t i c   a n a l y s i s   m e t h o d   i s   n e e d e d   t o   a n a l y z e   t h e   p h a s e   n o i s e   w i t h o u t   l i n e a r i z a t i o n   o p e r a t i o n .   T h i s   p a p e r   d i r e c t l y   d e s c r i b e s   o s c i l l a t o r s   b y   u s i n g   n o n l i n e a r   a u t o n o m o u s   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n ,   a n d   i n t r o d u c e s   n o i s e   s i g n a l   a s   a   t e r m   o f   n o n l i n e a r   a u t o n o m o u s   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n .   Se t t i n g   u p   n o n l i n e a r   s t o c h a s t i c   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n   ( N S D E)   a n a l y s e s   p h a s e   n o i s e   o f   o s c i l l a t o r s .   An d   t h e n   a d o p t   t h i s   m e t h o d   t o   c o m p a r e s   t h e   i n f l u e n c e   o f   t w o   d i f f e r e n t   s o u r c e s   o f   n o i s e   i n   t h e   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r ,   o n e   s o u r c e   o f   n o i s e   i s   a   w h i t e   n o i s e   p r o c e s s ,   w h i c h   i s   a   g e n u i n e l y   s t o c h a s t i c   p r o c e s s ;   t h e   o t h e r   s o u r c e   o f   n o i s e   i s   a c t u a l l y   a   d e t e r m i n i s t i c   s y s t e m ,   w h i c h   e x h i b i t s   c h a o t i c   b e h a v i o r   i n   s o m e   r e g i o n s .   T h e   b e h a v i o r   o f   t h e   o s c i l l a t o r   u n d e r   d i f f e r e n t   c o n d i t i o n s   i s   i n v e s t i g a t e d   n u m e r i c a l l y .   I t   i s   s h o w n   t h a t   t h e   p h a s e   n o i s e   o f   t h e   o s c i l l a t o r   i s   a f f e c t e d   m o r e   b y   n o i s e   a r i s i n g   f r o m   c h a o s   t h a n   b y   n o i s e   a r i s i n g   f r o m   t h e   g e n u i n e   s t o c h a s t i c   p r o c e s s   a t   t h e   s a m e   n o i s e   i n t e n s i t y .       2 .   R e s e a r c h   M e t h o d   As   a n y   i d e a l   o s c i l l a t o r   h a s   a n   o u t p u t   f o r m   a s   f o l l o w s     ) 2 c o s ( 0 0 j p + = f t A x                                                                                                                                                                                                       ( 1 )     w h e r e   x   i s   o u t p u t   o f     o s c i l l a t o r ,   A 0   i s   a m p l i t u d e   o f   o s c i l l a t o r ,   f   i s   o u t p u t   f r e q u e n c y   o f   o s c i l l a t o r ,   φ 0   i s   i n i t i a l   p h a s e ,   A 0 ,   f   a n d   φ 0   a r e   a l l   c o n s t a n t .   O s c i l l a t o r s   o u t p u t   i s   a   s i g n a l   s p e c t r a l   l i n e   i n   f r e q u e n c y   d o m a i n   a t   t h i s   c a s e .   C a r e f u l l y   o b s e r v e   e q u a t i o n   ( 1 ) ,   i t   m u s t   s a t i s f y   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n   a s   f o l l o w s     0 ) 2 ( 2 = + · · x f x p                                                                                                                                                                                                                           ( 2 )     C o n s i d e r i n g   t h e   n o n l i n e a r   e s s e n c e   o f   o s c i l l a t o r ,   i n t r o d u c e   n o n l i n e a r   t e r m   ) , ( · x x f e   t o   d e s c r i b e   n o n l i n e a r   a c t i v e   d e v i c e   o f   o s c i l l a t o r .   W i t h o u t   l o s s   o f   g e n e r a l i t y ,   w i t h o u t   n o i s e ,   t h e   o s c i l l a t o r   i s   d e s c r i b e d   b y   t h e   s c a l a r ,   o r d i n a r y   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n         0 ) , ( = + + · · · x x f x x e                                                                                                                                                                                                                     ( 3 )     w h e r e   ε   i s   a   r e a l   n u m b e r .   T h e   f u n c t i o n   f   i s   n o n l i n e a r   s o   ε   i s   a   p a r a m e t e r   t h a t   c o n t r o l s   t h e   d e g r e e   o f   n o n l i n e a r i t y   o f   t h e   s y s t e m .   I n t r o d u c e d   n o i s e   t e r m ,   t o   d e s c r i b e   o s c i l l a t o r   w i t h   n o i s e     c a n   b e   g o t t e n   t h e   e q u a t i o n     ) ( ) , ( t w x x f x x = + + · · · e                                                             ( 4 )     w h e r e   w ( t )   i s   t h e   n o i s e .       3 .   R e s u l t s   a n d   A n a l y s i s   U s i n g   Va n   d e r   P o l   o s c i l l a t o r   a s   e x a m p l e ,   a l t h o u g h   i t   m a y   n o t   b e   a s   c o m p l e t e l y   a p p l i c a b l e   t o   m o d e r n   t r a n s i s t o r   o s c i l l a t o r s ,   i t   i s   o f t e n   u s e d   a s   a   e x a m p l e   t o   i l l u s t r a t e   f e a t u r e s   o f   n o n l i n e a r   o s c i l l a t o r s .   C o n s i d e r i n g   t h e   g e n e r a l   s e n s e   o f   n o n l i n e a r   s t o c h a s t i c   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         C h a o s   o n   Ph a s e   N o i s e   o f   Va n   D e r   Po l   O s c i l l a t o r   ( G a n g   F e n g   Y a n )   3 0 3   i t   i s   n o t   l o s s   o f   g e n e r a l i t y   t o   e x p l a i n   p r o b l e m   b y   u s i n g   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r .   F i g u r e   1   s h o w s   a   s c h e m a t i c   o f   a   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r .           F i g u r e   1 .   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r       C o n s i d e r i n g   t h e   s i t u a t i o n   o f   n o   n o i s e ,   d e s c r i b e d   F i g u r e   1   e q u a t i o n   c a n   b e   w r i t t e n     = + + 0 ) ( 1 v f v d t L d t d v C                             ( 5 )     L e t     = v d t x                         ( 6 )     [ ] ) ( 1 ) ( 2 v v d t v R v f - - =                     ( 7 )     T h e n ,   s u b s t i t u t i n g   t h e   a b o v e   e x p r e s s i o n   i n t o   e q u a t i o n   ( 5 ) ,   i t   b e   o b t a i n e d     0 ) ( 1 1 2 = - - + · · · · x x x R C x L C x                       ( 8 )     I n   o r d e r   t o   g a i n   n u m e r i c a l   s o l u t i o n   f o r   e q u a t i o n   ( 8 ) ,   l e t   L C = 1 1 / R C = 0 . 1 ,   t h e   e q u a t i o n   i s   h a d     0 ) ( 1 . 0 2 = - - + · · · · x x x x x                     ( 9 )     R e w r i t i n g   e q u a t i o n   ( 9 )   a s   a   s y s t e m   o f   e q u a t i o n s ,   i t   i s   g o t t e n     - - - = = · · x y x y y x ) 1 ( 1 . 0 2                                         ( 1 0 )     I t   e x i s t   o n l y   o n e   e q u i l i b r i u m   p o s i t i o n   ( 0 , 0 ) ,   i n   t h i s   p o s i t i o n ,   w h i c h   h a s   a   p a i r   o f   c o n j u g a t e   c o m p l e x   r o o t   w i t h   p o s i t i v e   r e a l   p a r t ,   s o   t h i s   e q u i l i b r i u m   p o i n t   i s   a n   u n s t a b l e   f o c a l   p o i n t .   Ac c o r d i n g   t o   L i e n a r d s   l i m i t   c y c l e   t h e o r y   [ 9 ] ,   s t a b l e   l i m i t   c y c l e   e x i s t   i n   e q u a t i o n   ( 9 ) .   I n t r o d u c e d   n o i s e   t e r m   w ( t ) ,   t h e   e q u a t i o n   f o r   d e s c r i b e d   V a n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r   w i t h   n o i s e   i s     ) ( ) ( 1 . 0 2 t w x x x x x = - - + · · · ·                   ( 1 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     3 0 1     3 0 8   3 0 4     3 . 1 .   T h e   o u t p u t   o f   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r   w i t h o u t   n o i s e   U s i n g   f o u r - o r d e r   f i x - s t e p   R u n g e - Ku t t a   m e t h o d   t o   o b t a i n   n u m e r i c a l   s o l u t i o n   f o r     e q u a t i o n   ( 9 ) ,   a   s t a b l e   p e r i o d i c   s o l u t i o n   i s   g o t t e n ,   w h o s e   p h a s e   d i a g r a m   a n d   s o l u t i o n   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 .           F i g u r e   2 .   Ph a s e   d i a g r a m   a n d   s o l u t i o n   o f   e q u a t i o n   ( 9 ) .       3 . 2 .   T h e   o u t p u t   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r   w i t h   c h a o s   n o i s e   I n   o r d e r   t o   p r o d u c e   c h a o s   n o i s e ,   c o n s i d e r i n g   t h e   s i t u a t i o n   o f   n o n l i n e a r   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n   a c t u a t e d   b y   p e r i o d i c   s i g n a l   w i t h o u t   l o s s   o f   g e n e r a l i t y   i s     3 1 c o s ( ) n i i i x x x x f t e d e w × × × = + + - =                   ( 1 2 )     W h e r e   d   i s   a   d a m p i n g   c o e f f i c i e n t , 0 1 e < < < ,   n   i s   n u m b e r   o f   p e r i o d i c   s i g n a l ,   f i   i s   a m p l i t u d e   o f   p e r i o d i c   s i g n a l ,   i w   f r e q u e n c y   o f   p e r i o d i c   s i g n a l .   R e w r i t i n g   e q u a t i o n   ( 1 2 )   a s   a   s y s t e m   o f   e q u a t i o n s ,   i t   i s   g o t t e n     3 1 ( c o s ( ) ) n i i i x y y x x y f t e d w × × = = = - + + - +                                                       ( 1 3 )     W h e n   e = 0 ,   s y s t e m   ( 1 2 )   i s   H a m i l t o n   s y s t e m ,   w h o s e   H a m i l t o n   q u a n t i t y   i s     2 2 4 1 1 1 ( , ) 2 2 4 H x y y x x c o n s t = + - =               ( 1 4 )     D u e   t o     3 0 0 x y y x x × × = = = - + =                                           ( 1 5 )     I t   i s   k n o w n   t h a t   ( 1 , 0 )   a n d   ( - 1 , 0 )   i s   s a d d l e   p o i n t   o f   s y s t e m   ( 1 4 ) ,   ( 0 , 0 )   i s   c e n t e r   o f   s y s t e m   ( 1 4 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         C h a o s   o n   Ph a s e   N o i s e   o f   Va n   D e r   Po l   O s c i l l a t o r   ( G a n g   F e n g   Y a n )   3 0 5   W h e n   c o n s t = 0 . 2 5 ,   t h e r e   a r e   t w o   h e t e r o c l i n i c   o r b i t s   t o   c o n n e c t   ( 1 , 0 )   w i t h   ( - 1 , 0 ) ,   t w o   p a r a m e t e r   e q u a t i o n   o f   h e t e r o c l i n i c   o r b i t s   a r e     2 2 ( ) ( ) 2 2 2 ( ) s e c ( ) 2 2 x t t h t y t h t ± ± = ± = ±                   ( 1 6 )     T h e   M e l n i k o v   f u n c t i o n   f o r   e q u a t i o n   ( 1 6 )   i s     0 0 0 0 ( ) ( ( ) ) ( ( ) , ) i i M t f q t g q t t t d t ¥ ± - ¥ = Ù +                                                 ( 1 7 )     w h e r e     0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) ( ) [ ( ) ] 0 ( ( ) , ) ( ) c o s ( ( ) ) i i n i i i i x t q t y t y t f q t x t x t g q t t t y t f t t d w ± ± ± ± ± ± = = = - + + = - + +     So     0 0 0 0 1 4 2 0 1 0 1 ( ) [ ( ) c o s ( ( ) ) ] ( ) 1 2 s e c ( ) 2 2 2 2 [ s e c ( ) c o s ( ) ] c o s ( ) 2 2 2 2 c o s ( ) 3 n i i i n i i i i n i i i i M t y t f t t y t d t h t d t f h t t d t t f I t d w d w w d w ¥ ± ± ± - ¥ = ¥ - ¥ ¥ - ¥ = = = - + + × » - ± ± = ± ±           ( 1 8 )     w h e r e     2 2 2 2 s e c ( ) c o s ( ) 2 2 2 2 [ s e c ( ) ] 2 2 2 2 c s c ( ) 2 i i i i s i i I h t t d t e h s e d s h w w p w p w ¥ - ¥ ¥ - ¥ = = Â =     So     0 0 1 2 2 2 ( ) 2 c s c ( ) c o s ( ) 3 2 n i i i i i M t f h t d p w p w w ± = = ± ±           ( 1 9 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     3 0 1     3 0 8   3 0 6   Ac c o r d i n g   t o   M e l n i k o v   t h e o r y ,   w h e n   , , i i f d w   v a l u e   m a k e   e x i s t e d   ' 0 t   t o   s a t i s f y     1 )   ' 0 ( ) 0 M t ± =   2 )   ' ' 2 ' 0 0 1 2 ( ) 2 c s c ( ) s i n ( ) 0 2 n i i i i i M t f h t p w p w w ± = = ± ¹     Sy s t e m   ( 1 2 )   p r o d u c e s   c h a o s .   I t   i s   s e l e c t e d   n = 3 ,   ( f i ,   ω i ) = { ( 3 5 , 1 ) , ( 4 0 , 4 ) , ( 1 0 , 1 3 ) } ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   c o n d i t i o n s   m e n t i o n e d   a b o v e ,   p r o d u c e d   c h a o s   n o i s e   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   3 .   Ad o p t i n g   a l g o r i t h m   p r o p o s e d   b y   W o l f   [ 1 0 ]   f o r   p r o d u c e d   c h a o s   n o i s e   b y   e q u a t i o n   ( 1 2 ) ,   i t   i s   g o t t e n   t w o   L y a p u n o v   e x p o n e n t s   a r e   λ 1 =   0 . 0 8 9 2 5 4 ,   λ 2 =   - 0 . 1 8 9 2 7 8   a t   t = 5 0 0 ,   w h o s e   t i m e - e v o l v e m e n t   c u r v e   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .   B y   r e a s o n   o f   m a x i m a l   L y a p u n o v   e x p o n e n t   g r e a t e r   t h a n   z e r o ,   i t   i n d i c a t e s   t h a t   x s   v a l u e s   a r e   d e t e r m i n a t e l y   c h a o s   d a t a   i n   F i g u r e   3 .           F i g u r e   3 .   Ph a s e   d i a g r a m   a n d   s o l u t i o n   o f   p r o d u c e d   c h a o s   n o i s e   b y   e q u a t i o n   ( 1 2 ) .           F i g u r e   4 .   T i m e - e v o l v e m e n t   c u r v e   o f   c h a o s   n o i s e   L y a p u n o v   e x p o n e n t s .       L e t   w ( t )   i s   c h a o s   n o i s e   i n   e q u a t i o n   ( 1 1 ) ,   u s i n g   p r o d u c e d   c h a o s   n o i s e   b y   e q u a t i o n   ( 1 2 )   a n d   s e t t i n g   i t s   v a r i a n c e   i s   0 . 0 1 ,   o b t a i n e d   s o l u t i o n s   b y   u s i n g   s t o c h a s t i c   R u n g e - K u t t a   m e t h o d   [ 1 1 ]   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   5 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         C h a o s   o n   Ph a s e   N o i s e   o f   Va n   D e r   Po l   O s c i l l a t o r   ( G a n g   F e n g   Y a n )   3 0 7       F i g u r e   5 .   Ph a s e   d i a g r a m ,   s o l u t i o n   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   Eq n   ( 1 1 )   w h o s e   w ( t )   i s   c h a o s   n o i s e .   ( a )   i s   p h a s e   d i a g r a m ,   ( b )   i s   x s   s o l u t i o n ,   ( c )   i s   p h a s e   n o i s e       3 . 3 .   T h e   o u t p u t   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r   w i t h   w h i t e   n o i s e   L e t   w ( t )   i s   w h i t e   n o i s e   i n   e q u a t i o n   ( 1 1 ) ,   s e t t i n g   i t s   i n t e n s i t y   i s   0 . 0 1 ,   o b t a i n e d   s o l u t i o n s   b y   u s i n g   s t o c h a s t i c   R u n g e - K u t t a   m e t h o d   a r e   s h o w n   i n   F i g .   6 .           F i g u r e   6 .   Ph a s e   d i a g r a m ,   s o l u t i o n   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   e q u a t i o n   ( 1 1 )   w h o s e   w ( t )   i s   w h i t e   n o i s e .   ( a )   i s   p h a s e   d i a g r a m ,   ( b )   i s   x s   s o l u t i o n ,   ( c )   i s   p h a s e   n o i s e       3 . 4 .   T h e   o u t p u t   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   Va n   d e r   Po l   o s c i l l a t o r   w i t h   c o m b i n a t i o n   n o i s e   L e t   w ( t )   i s   c o m b i n a t i o n   n o i s e   i n   e q u a t i o n   ( 1 1 ) ,   i . e .   w h i t e   n o i s e   a d d   c h a o s   n o i s e .   Se t t i n g   i t s   v a r i a n c e   i s   0 . 0 1 ,   o b t a i n e d   s o l u t i o n s   b y   u s i n g   s t o c h a s t i c   R u n g e - K u t t a   m e t h o d   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   7 .           F i g u r e   7 .   Ph a s e   d i a g r a m ,   s o l u t i o n   a n d   p h a s e   n o i s e   o f   e q u a t i o n   ( 1 1 )   w h o s e   w ( t )     i s   c o m b i n a t i o n     n o i s e .   ( a )   i s   p h a s e   d i a g r a m ,   ( b )   i s   x s   s o l u t i o n ,   ( c )   i s   p h a s e   n o i s e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     3 0 1     3 0 8   3 0 8   C o m p a r e d   p h a s e   n o i s e   p r o d u c e   b y   w h i t e   n o i s e ,   c h a o s   n o i s e   w i t h   c o m b i n a t i o n   n o i s e   i n   N S D i s   s h o w n   i n   F i g u r e   8 .           F i g u r e   8 .   C o m p a r e d   p h a s e   n o i s e   p r o d u c e   b y   w h i t e   n o i s e ,   c h a o s   n o i s e   w i t h   c o m b i n a t i o n   n o i s e   i n   N S D E ,   ( a )   i s   c o m p a r e d   p h a s e   n o i s e   w i t h i n   l a r g e   o f f s e t   f r e q u e n c y ,   ( b )   i s   c o m p a r e d   p h a s e   n o i s e   w i t h i n   s m a l l   o f f s e t   f r e q u e n c y .       4 .   C o n c l u s i o n   By   s e t t i n g   u p   N S D t o   d e s c r i b e   o s c i l l a t o r ,   i t   c a n   b e   c o n v e n i e n t l y   u s e d   n u m e r i c a l   m e t h o d s   t o   a n a l y s e s   p h a s e   n o i s e   o f   o s c i l l a t o r   s y s t e m .   An a l y z i n g   F i g .   8 ,   i t   c a n   b e   d i s c o v e r e d   t h a t   p h a s e   n o i s e   p r o d u c e d   b y   c h a o s   n o i s e   h a s   a   l a r g e r   v a l u e   t h a n   t h a t   o f   b y   w h i t e   n o i s e   a n d   v e r y   c l o s e   t o   p h a s e   n o i s e   b y   c o m b i n a t i o n   n o i s e   u n d e r   t h e   s a m e   i n t e n s i t y   c o n d i t i o n s .   T h i s   i s   d u e   t o   p s e u d o - r a n d o m   o f   c h a o s   n o i s e .   Be c a u s e   c h a o s   n o i s e   i s   p r o d u c e d   b y   d e t e r m i n i s t i c   s y s t e m ,   a m o n g s t   c h a o s   n o i s e   h a s   a   l o n g - l a r g e r   c o r r e l a t i v e   d e g r e e   t h a n   t h a t   o f   w h i t e   n o i s e ,   w h i c h   r e s u l t s   i n   a   s m a l l   s t o c h a s t i c   a v e r a g i n g   o f   N SD E,   s o   p r o d u c e s   a   l a r g e   p h a s e   n o i s e   o u t p u t .   Be c a u s e   o f   u n i v e r s a l i t y   o f   t h e   c h a o s   p h e n o m e n a ,   c h a o s   n o i s e   d e t e r m i n a t e l y   e x i s t s   i n   o s c i l l a t o r   s y s t e m .   T h e r e f o r e ,   i n   o r d e r   t o   r e d u c e   p h a s e   n o i s e   i n   o u t p u t   o f   o s c i l l a t o r ,   i t   s h o u l d   b e   u s e d   t h e   c h a o s   c o n t r o l   m e t h o d   t o   r e d u c e   c h a o s   n o i s e   a s   g r e a t   a s   p o s s i b l e   b y   t h e   t i m e   i t   i s   d e s i g n e d   t h e   o s c i l l a t o r .   I t   i s   a l s o   a n   i m p o r t a n t   r e s e a r c h   d i r e c t i o n   t o   u s e   a n a l y t i c   m e t h o d s   t o   o b t a i n   a n a l y t i c   s o l u t i o n   o f   N SD i n   s o m e   s e n s e   f o r   g u i d i n g   m i n i m i z e d   p h a s e   n o i s e   i n   a n   o s c i l l a t o r   d e s i g n .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]   Ed s o n   W A.   N o i s e   i n   o s c i l l a t o r s .   Pr o c .   o f   I R E .   1 9 6 0 ;   4 8 ( 8 ) :   1 4 5 4 - 1 4 6 6 .   [ 2 ]   M u l l e n   J A.   B a c k g r o u n d   N o i s e   i n   N o n l i n e a r   O s c i l l a t o r s .   Pr o c .   o f   I R E .   1 9 6 0 ;   8 :   1 4 6 7 - 1 4 7 3 .   [ 3 ]   L e e s o n   D B.   Si m p l e   M o d e l   o f   F e e d b a c k   O s c i l l a t o r   N o i s e   Sp e c t r u m .   Pr o c .   o f   I EEE .   1 9 6 6 ;   5 4 ( 2 ) :   3 2 9 - 3 3 0 .   [ 4 ]   R o b i n s   W P.   Ph a s e   N o i s e   i n   Si g n a l   So u r c e s .   L o n d o n :   Pe t e r   Pe r e g r i n u s .   1 9 8 2 .   [ 5 ]   H a j i m i r i   A,   L e e   T H .   Ag e n e r a l   t h e o r y   o f   p h a s e   n o i s e   i n   e l e c t r i c a l   o s c i l l a t o r s .   I EEE  J   So l i d - St a t e   C i r c u i t s .   1 9 9 8 ;   3 3 ( 2 ) :   1 7 9 1 9 4 .   [ 6 ]   Ka e r t n e r   F X.   D e t e r m i n a t i o n   o f   t h e   c o r r e l a t i o n   s p e c t r u m   o f   o s c i l l a t o r s   w i t h   l o w   n o i s e .   I EEE   T r a n s a c t i o n s   o n   M i c r o w a v e   T h e o r y   a n d   T e c h n i q u e s .   1 9 8 9 ;   3 7 ( 1 ) :   9 0 - 1 0 1 .   [ 7 ]   D e m i r   A.   F u l l y   N o n l i n e a r   O s c i l l a t o r   N o i s e   An a l y s i s :   An   O s c i l l a t o r   w i t h   n o   A s y m p t o t i c   Ph a s e .   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   C i r c u i t   T h e o r y   a n d   Ap p l i c a t i o n s .   2 0 0 7 ;   3 5 ( 2 ) :   1 7 5 2 0 3 .   [ 8 ]   D e m i r   A.   N o n l i n e a r   Ph a s e   N o i s e   i n   O p t i c a l   F i b e r   C o m m u n i c a t i o n   Sy s t e m s .   I EEE  J o u r n a l   o f   L i g h t w a v e   T e c h n o l o g y .   2 0 0 7 ;   2 5 ( 8 ) :   2 0 0 2 - 2 0 3 2 .   [ 9 ]   L i u   S K ,   L i u   S D .   N o n l i n e a r   Eq u a t i o n s   i n   Ph y s i c s .   Be i j i n g :   Pe k i n g   U n i v e r s i t y   Pr e s s .   2 0 0 0 .   [ 1 0 ]   W o l f   A ,   Sw i f t   J B.   D e t e r m i n i n g   L y a p u n o v   e x p o n e n t s   f r o m   a   t i m e   s e r i e s .   Ph y s i c a   D .   1 9 8 5 ;   1 6 ( 3 ) :   2 8 5 - 3 1 7 .   [ 1 1 ]   Bu r r a g e   PM .   R u n g e K u t t a   m e t h o d s   f o r   s t o c h a s t i c   d i f f e r e n t i a l   e q u a t i o n s .   T h e s i s .   Q u e e n s l a n d :   U n i v e r s i t y   o f   Q u e e n s l a n d ;   1 9 9 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.