接收靈敏度和噪聲系數(shù)課件

1、接受靈敏度,接受靈敏度，指的是在,SNR,能接受的情況下，其接收,機(jī)能接收到的最小訊號,S(dBm) = N,T0,dBm),10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,N,T0,噪聲基底,BW,接收信號帶寬,NF,接收機(jī)噪聲系數(shù),Eb/Nt_req,接收機(jī)的解調(diào)門限,1,第一項是所謂的熱噪聲，靈敏度會與溫度有關(guān),174dBm/Hz,是指在常溫,25,攝氏度時的熱噪聲。高溫,時熱噪聲會加大，導(dǎo)致靈敏度變差。反之，低溫時熱,噪聲會減小，導(dǎo)致靈敏度變好,接收機(jī)的熱噪聲基底為,其中,K,是波爾茲曼常數(shù),K=1.38,10,23,J/K,T,0,為標(biāo)準(zhǔn),噪聲溫度,T,0,290K,S(dBm

2、) = N,T0,dBm),10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,2,第三項,NF,是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù),BW,是系統(tǒng)的,信道帶寬,S(dBm) = N,T0,dBm),10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,在一定的誤碼率,BER,前提下，接收機(jī)接收到的信,號應(yīng)不低于接收機(jī)解調(diào)門限，接收機(jī)才能正確解,調(diào)接收到的信號。接收機(jī)解調(diào)門限表示為,Eb/Nt,是指每比特能量與噪聲功率譜密度之比,接收機(jī)解調(diào)門限的定義,3,Eb/Nt_req,是有用信號平均比特能量與噪聲和干擾,功率譜密度的比值，又稱為解調(diào)門限，是衡量數(shù)字,調(diào)制和編碼方式品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn),Eb/Nt_req,

3、的值,取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和解調(diào)算法,有以上可知道,NF,越低，帶寬越窄，解調(diào)門限越,低，其靈敏度就越好,S(dBm) = N,T0,dBm),10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,4,噪聲系數(shù),噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個訊號進(jìn)入一個系統(tǒng)時,其輸出訊號的,SNR,下降多寡，也就是說其噪聲對,系統(tǒng)的危害程度，示意圖與定義如下,5,接收機(jī)整體的噪聲系數(shù),可知，越前面的階級，對,于噪聲系數(shù)的影響就越大,6,從天線到,LNA,包含,ASM,SAW,Filter,以及接收路徑走,線，這三者的,Loss,總和，對于接收機(jī)整體的,Noise,Figure,有最大影響，若這邊的,Loss,多,1

4、,dB,則接收機(jī)整體的,Noise,Figure,就是直接增加,1,dB,因此挑選,ASM,時，要,盡量挑選,Insertion,Loss,較小的,7,SAW,Filter,可以抑制帶外噪聲，因,此,原,則,上,須,在,LNA,輸,入,端,添,加,SAW,Filter,避免帶外噪聲劣化接,收機(jī)整體性能,假,設(shè),SAW,Filter,的,Insertion,Loss,為,1,dB,LNA,的,Gain,為,10,dB,若將,SAW,Filter,擺放在,LNA,之,前,則,接,收,機(jī),整,體,的,Noise,Figure,便是直接增加,1,dB,但若,放在,LNA,之后，則接收機(jī)整體的,Nois

5、e,Figure,只,增,加,了,1/10,0.1,dB,8,在,Layout,時，其接收路徑走線盡,可能短，線寬盡可能寬，這樣才,能將其,Insertion,Loss,降低，甚,至,必,要,時,可,以,將,走,線,下,層,的,GND,挖空，如此便可以在阻抗不,變的情況下，進(jìn)一步拓展線寬,使其,Insertion,Loss,更為降低,LNA,輸入端的,Loss,除了,Insertion,Loss,也包含了,Mismatch,Loss,因此之所以做接收路徑的匹配，主要,也是為了降低,Mismatch,Loss,以便進(jìn)一步降低,Noise,Figure,達(dá)到提升靈敏度之效,9,帶寬,由前述靈敏度公

6、式可知，其靈敏度與帶寬有關(guān)，帶寬越,寬，其靈敏度就越差,WCDMA,的帶寬為,5,MHz,GSM,的帶寬為,200,KHz,因此理論上,WCDMA,的靈,敏度會較差，但實際上在量測時會發(fā)現(xiàn),WCDMA,的,靈敏度普遍都比,GSM,來得好，而對于,WCDMA,靈敏度,的規(guī)范，也比,GSM,的,102,dBm,來的嚴(yán)格,這主要與,WCDMA,的展頻機(jī)制有關(guān),WCDMA,為了使訊,號不易被干擾與擷取，因此采用了展頻技術(shù),10,由,Shannon,theorem,得知,當(dāng)帶寬拓展后，其信道容量也提升了，連帶提高,了,Data,Rate,另外，由于原始數(shù)據(jù)的,Chip,Rate,會在展頻后大大提升，使得

7、訊號會額外獲得增益,進(jìn),而,再,提,高,SNR,該,增,益,稱,為,處,理,增,益,Processing,Gain,GP,11,R,是原始資料的,Chip,Rate,RC,是展頻后的,Chip,Rate,R,與,R,C,分別為,12.2Kbps,與,3.84Mcps,帶入上式,12,由上圖可知，當(dāng),WCDMA,的接收信號展頻后，會額外,再獲得,25dB,的,Gain,提高,SNR,進(jìn)而提高靈敏度,因此雖然,WCDMA,的帶寬較寬，但實際上在量測時,其靈敏度普遍都比,GSM,得好,13,GPS,接受靈敏度的計算,GPS,信號是從距地面,20000km,的,LEO,Low,Earth,Orbit,

8、低軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星上發(fā)送到地面,上來的，其,L1,頻段,fL1=1575.42MHz,自由,空間衰減為,F = 20Log,4R,20Log (0.19/4*2*10,7,182.4 dB,14,按照,GPS,系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo),L1,頻段的,C/A,碼信號的發(fā)射為,P=26.8dBw,大氣層衰減為,A=2.0dB,則,GPS,系統(tǒng),L1,頻,段,C/A,碼信號到達(dá)地面的強(qiáng)度為,P,C/A,P-F-A,26.8-182.4-2.0,-157.6dBw,GPS,ICD,Interface,Control,Document,接口控,制文檔）中給出的,GPS,系統(tǒng),L1,頻段,C/A,碼信號強(qiáng)度,最小值為,

9、160dBw,和上述結(jié)果一致。在實際場景中,由于衛(wèi)星仰角的不同、以及受樹木、建筑物等的遮擋,L1,頻段,C/A,信號到達(dá)地面的強(qiáng)度可能會低于,160dBw,15,GPS,接受靈敏度的公式,S(dBm) = KBT(dBm) + NF(dB) + Eb/Nt_req,-174dBm,10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,KBT,帶寬內(nèi)接收機(jī)底部噪聲功率,K,波爾茲曼常數(shù),B,接收信號帶寬,T,絕對溫度,NF,接收機(jī)噪聲系數(shù),Eb/Nt_req,接收機(jī)的解調(diào)門限,16,B9839,的插入損耗是,1.4dB,對于無源器件其插入損耗,就是噪聲系數(shù),BGU7005,的增益為,16.5,噪

10、聲系數(shù),為,1.3,SAFFB1G58FA0F0A,的插入損耗為,0.8dB,把,上面的數(shù)下面的公式，得到接受系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為,1.69,1.4+(1.3-1)/1+0.8/16.5,1.69,17,S(dBm) = -174dBm,10log(BW),NF(dB),Eb/Nt_req,-174dBm,C/N0,NF,根據(jù)高通的,GPS,的解調(diào)門限是,11.7dB/H,Z,現(xiàn)用芯,片的,C/N,0,是,9,B=2.046MH,Z,再把,NF=1.69,帶入,下式可得其靈敏度為,164.31dBm,C/N0= 10log(BW)+ Eb/Nt_req,18,則解調(diào)門限為,Eb/Nt=-17.9dB,WCDMA,噪聲系數(shù)的計算,根,據(jù),WCDMA,規(guī),范,在,采,用,BPSK,數(shù),據(jù),調(diào),制,及,12.2Kbps,全速率語音編碼和靜態(tài)高斯噪聲信道傳輸,條件下，滿足輸入信號為,S=-121dBm,時,FER=0.01,要,求的最低,Eb/N0,為,5.1dB,在此基礎(chǔ)上增加,2,dB,的設(shè),計余量，則要求,Eb/N07.1dB,由擴(kuò)頻系統(tǒng)方程,Eb/N0= Eb/Nt+Gp,dB,其中,Gp,為系統(tǒng)擴(kuò)頻增益,Gp=10Log(BW/RINFO,10Log(3.84Mcps/12.2Kbps)