計算ASK接收機的靈敏度

1、計算 ASK 接收機的靈敏度計算 ASK 接收機的靈敏度RFI 幅C 移(OOK) 接收移機的靈敏度對于遠程無線開門系統(tǒng) (RKE) 、輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng) (TPM) 、家庭自動 化 系統(tǒng)以及其它應用系統(tǒng)的設計者來說是一項 重 要的標準。這類接收機一般工作在 315MHz 或 433MHz 的頻段上， 但是其電路對其它載波 頻率 也是適用的。了解這種接收機一些特性在理 論 上的極限值對 RFIC 用戶和設計者都是很重 要的， 因為這樣就能確定他們在設計上的改進是 不是 成功的。本篇應用筆記描述了一種在系 統(tǒng) 噪聲系數(shù)、 IF 帶寬和基帶帶寬的條件下一步步的計算 ASK 接收機靈敏度的方法。結果表

2、 明，接收信號強度指示 (RSSI) 放大器實現(xiàn)的對 數(shù) 幅度檢測在輸入 SNR 較低時降低了輸出信噪 比 (SNR)(門限效應)，而靈敏度的提高與IF帶寬與 基帶帶寬之比的平方根成正比。大多數(shù)現(xiàn)代幅移鍵控 (ASK) 接收機利用 將調(diào)制的 RF 信號直接的或者經(jīng)過一次或屢次頻 率變換后通過一個幅度檢測器對數(shù)據(jù)進行檢測 o幅度檢測器根本上就是一個 RF或IF放大器和一 個 RSSI 接收信號強度指示器， RSSI 的 輸 出與輸入 RF 或 IF 信號功率的對數(shù)成正比。因為 RSSI 檢測器是一個非線性的檢測器 , 它將改變輸入信號的信噪比SNR o ASK靈敏 度計算的關鍵就在于 RSSI

3、檢測器的 SNRout 與 SNRin關系曲線。一旦我們知道了 SNRout 與 SNRin 之間 的 關系，在噪聲系數(shù)、 IF 帶寬和數(shù)據(jù)速率 的 條件下可以通過如下步驟找出 ASK 靈敏度1. 確定目標 BER 在本例中為 10-3 所需的 Eb/No,然后根據(jù)Eb/N。用下面的等式計算SNRoSNR = Eb/No * R/BBW其中 R 是數(shù)據(jù)速率 ,BBW 是數(shù)據(jù)濾波器的帶寬2. 將上一步計算出來的SNR減去IF 預檢波 BW與數(shù)據(jù)濾波器BW之比的dB數(shù)。例如，如果 IF BW 為 600KHZ 數(shù)據(jù)濾波器 BW 為 6kHz, 這 就意味著要從 SNR 中減去 20dBo 得到的結

4、果就是 RSSI 檢測器輸出信號的SNR, 這一信號還沒有被數(shù)據(jù)濾波器消除其高頻噪聲(假設這些噪聲占據(jù)了 IF BW ) o對于靈 敏度來說，這一比例通常是以dB為單位的負 值。3. 用RSSI的SNRout與SNRin關系曲線找 出RF或IF放大器和RSSI檢測器輸入信號 的 SNR。實際上就是通過這條曲線用第二步計 算 中得到SNRout 反向推導SNRino4. 使用接收機前端SNR公式找出接收機輸入 端的信號水平。這就是靈敏度 SS = (SNRin) * (kTBIFFS)dBm/Hz) 9 IF是其中kT是在29泳 的噪聲譜密度 C174 是接收機系統(tǒng)(不僅僅是前端)的噪聲系數(shù)。因

5、為RSSI檢測器是一個對數(shù)檢測器，輸入 輸出SNR的關系可以用一種圭寸閉的方式表 示， 盡管可能看起來有點兒亂。一篇發(fā)表在IEEE學報上比較老的關于航空與電子系統(tǒng)的 文章1:推導出了其表達式并畫出了 SNRout 與SNRin關系的曲線。這篇文章中的曲線非常小而且沒有足夠的網(wǎng)格線， 但是可以在 Excel 表格 中 對表達式進行分析計算并畫出更具體的曲線圖。這個曲線如以下圖所示，它與簡單的 SNRout=SNRin曲線線性檢波畫在一起作為比照。SNR out ws. SNR in Fora Logarithmic Detector(R551)點以下，信號通過檢測器后SNR變差了個點以上的局部，

6、信號通過檢測器后 SNR得至y改善40.030.020.010.00.0-10.0 0.0 10.0 20.0SNR IN dB1.另一張 Excel 電子表格將上述步驟 1 到步 驟 4 與 SNRout vs SNRin 關系曲線相結合進 行了 如以下圖所示的靈敏度計算。圖中曲線是在三 個 不同的 IF 帶寬條件下靈敏度與數(shù)據(jù)速率關系 的 曲線，噪聲系數(shù)取 7dB o 注意，靈敏度的改 善是 與 IF BW 或者數(shù)據(jù)速率的平方根成正比 的。這是因為我們所計算的靈敏度處在 RSSI SNR 曲線中 SNRout 比 SNRin 的斜率約為對 數(shù)坐標 2 的范圍內(nèi)平方律關系。這些曲線與精心設計

7、的 ASK 接收機的實際 情況是一致的。例如，數(shù)據(jù)速率為 3 kbps 、IF BW 為 280kHz 的時候，靈敏度為 -114 dBm, 根 據(jù) ASK 接收機 IO3 BER 的要求， 在本計算中 Eb/No取II. dB。對于穩(wěn)定的 CW 信號，SNR的 計算結果是 12dB 因為數(shù)據(jù)的 平均占空因數(shù)為 50%,所以、峰值Eb/N為14dB,比BBW 與數(shù) 據(jù)速率 1.5:1 的比例小 大約 2dB 。? IF BW = 600 kHz.NF=7 dBIFBW 二 2S0 kHz.NF = 7-dB A-IFBW = 150 kHz. NF = 7 dB圖2.在此有必要指出所作的兩個假設:(l)RSSI檢測器輸出的噪聲帶寬與IF帶寬相 同。RSSI檢測器輸出的噪聲為高斯分布。實際上，RSSI檢測器的噪聲帶寬可能比IF 帶寬大許多，可以通過增加系統(tǒng)的實際噪聲系數(shù)將這種情況計算在內(nèi)。輸出噪聲的分布也不 是 高斯的，所以完整徹底的分析需要計算出錯概 率 以得到RSSI輸出噪聲的精確分布。我們相 信在 給定BER的條件下Eb/No上的誤差是很 小的， 它不會改變下面列