GPS信號(hào)功率,信噪比和系統(tǒng)靈敏度討論

1、GPS信號(hào)功率，信噪比和系統(tǒng)靈敏度討論（摘自網(wǎng)上論壇(2009-12-15 12:40:30) 轉(zhuǎn)載標(biāo)簽： 噪聲功率gps熱噪聲靈敏度itGPS信號(hào)功率，信噪比和系統(tǒng)靈敏度討論 Arm720:討論這個(gè)議題的主要起因是：靈敏度（sensitivity）是如何確定的。52RD.com問(wèn)題：我們經(jīng)常看到某些GPS芯片廠商宣稱自己的芯片靈敏度是如何的高，但是根據(jù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分析可以看出系統(tǒng)的靈敏度主要取決于第一級(jí)LNA的設(shè)計(jì)，GPS產(chǎn)品的靈敏度取決于GPS芯片和放大器的設(shè)計(jì)，那么就帶來(lái)下面的問(wèn)題：52RD.com1）系統(tǒng)的靈敏度是如何計(jì)算的？芯片的靈敏度對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有什么影響？52RD.com

2、2）接收GPS信號(hào)的功率和信噪比是一個(gè)什么樣的水平？52RD.com3）如何按照信噪比，信號(hào)功率設(shè)計(jì)系統(tǒng)靈敏度？52RD.com52RD.com這真是一篇超精華的帖子!感謝樓主和參與的所有人!5 2jinfoxhe:R1 靈敏度的計(jì)算公式：S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般為中頻帶寬，Eb/N0為芯片在一定誤碼的情況下解調(diào)需要的信噪比， NF為系統(tǒng)噪聲系數(shù)。如果是擴(kuò)頻系統(tǒng)，還需要減去擴(kuò)頻增益。2 對(duì)于GSM來(lái)說(shuō)，其靈敏度一般為-110dBm左右(基站），和具體的配置有關(guān)系。從仿真來(lái)看， GSM的解調(diào)Eb/N0為4-5dB.3 見1。 sn

3、ow99:好象在說(shuō)GPS, 不是GSM, 雖然看起來(lái)很像GPS RF BW: 2.046 MHzModulation: BPSKProcess Gain: 46 dBThermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHzRequired Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)Receiver NF: 3 dB (Typical)Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm這只是一個(gè)大致結(jié)果, 考慮系統(tǒng)的其他算法以及Doppler校正, 最終靈敏度在-154 -149之間D.comArm720:樓上朋友對(duì)靈敏度的描

4、述已經(jīng)非常清楚了，降低系統(tǒng)的信噪比和噪聲系數(shù)能提高系統(tǒng)的靈敏度。那么對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不是可以這么理解：1）根據(jù)靈敏度公式估算系統(tǒng)的接收靈敏度  2）根據(jù)估算的系統(tǒng)接收靈敏度計(jì)算對(duì)芯片接收靈敏度的要求芯片接收的靈敏度反映了對(duì)前級(jí)放大器噪聲系數(shù)和信噪比的設(shè)計(jì)要求。 不知我的理解是否正確，如果是這樣，估算的原則又是什么？那些參考書上有描述，我想詳細(xì)的研究一下，多謝了！那位測(cè)試過(guò)GPS信號(hào)的朋友能說(shuō)一下GPS信號(hào)的接收功率和信噪比嗎？ Arm720:看來(lái)我的發(fā)帖晚了一部，多謝jinfoxhe和snow99兄！不過(guò)snow99兄的計(jì)算方法和上面公式好像對(duì)不上。你描述的是對(duì)GP

5、S接收系統(tǒng)的需求，不只這些需求是如何計(jì)算出來(lái)的。多謝了！ 以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的發(fā)言：1 靈敏度的計(jì)算公式：S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般為中頻帶寬，Eb/N0為芯片在一定誤碼的情況下解調(diào)需要的信噪比， NF為系統(tǒng)噪聲系數(shù)。如果是擴(kuò)頻系統(tǒng)，還需要減去擴(kuò)頻增益。2 對(duì)于GSM來(lái)說(shuō)，其靈敏度一般為-110dBm左右(基站），和具體的配置有關(guān)系。從仿真來(lái)看， GSM的解調(diào)Eb/N0為4-5dB.3 見1。今天仔細(xì)看了看jinfoxhe兄的帖子，發(fā)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了描述“Eb/N0為芯片在一定誤碼條件下的解調(diào)需

6、要的信噪比”，也就是說(shuō)，你選的芯片就決定了接收系統(tǒng)靈敏度的理論值，這個(gè)理論值是衡量實(shí)際系統(tǒng)能夠工作的重要依據(jù)。比如，接收系統(tǒng)的靈敏度理論值為-150dBm (該值僅為了舉例)，如果你在室內(nèi)測(cè)量到的GPS信號(hào)為-145dBm，說(shuō)明你的系統(tǒng)在室內(nèi)也能工作。上面是個(gè)人理解，望大家指正。看來(lái)Sow99兄對(duì)GPS有豐富的經(jīng)驗(yàn)，可否大致說(shuō)明一下這些指標(biāo)的設(shè)計(jì)思路啊？ snow99:我現(xiàn)在不做GPS, 只有一點(diǎn)簡(jiǎn)單的了解, 這方面也是一知半解.上面給出來(lái)的公式有點(diǎn)問(wèn)題GPS RF基本參數(shù)RF BW: 2.046 MHzData Rate: 50 bpsPN Rate: 1.023 MbpsData

7、 repeat: 1 msProcess Gain (per data) = 10*LOG(1.023 Mbps / 50 bps) = 43 dBRequired Eb/N0 由基帶處理器決定 - 基帶并行相關(guān)器數(shù)目N和積分時(shí)間T, 一般來(lái)說(shuō), N和T越大, Required Eb/N0 就越低. N增加表示系統(tǒng)復(fù)雜度增加, T增加表示啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng).抄一下靈敏度的計(jì)算公式：S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF比如說(shuō)SiRF最新的產(chǎn)品有-159DBM的靈敏度, 并且冷啟動(dòng)時(shí)間是三十幾秒, 說(shuō)明它有很大數(shù)量的相關(guān)器, 實(shí)際上這個(gè)數(shù)字

8、 N > 200000在手機(jī)上的接收可以由網(wǎng)絡(luò)協(xié)助完成（），因此不需要太復(fù)雜的基帶處理器，并且所需很低，比如 (CDMA/WCDMA)Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB靈敏度S= -111 + Eb/N0+NF=-111-46+NF=-157+NFNF是接收機(jī)從天線到基帶的級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù) snow99: 這是GPS接收所需C/N與相關(guān)器數(shù)目N和積分時(shí)間T的曲線 snow99:注意C/N的單位是dB-Hz, Eb/N0 (dB) = C/N - 10log(RF BW)GPS RF BW:

9、 2.046 MHz伽利略系統(tǒng) RF BW: 4.092 MHz Arm720:snow99兄，感謝你的精辟分析！版主該給snow99兄加分了吧！從你的分析，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很奇怪的現(xiàn)象：GPS在信號(hào)功率小于噪聲功率，系統(tǒng)也能正確解碼，分析如下：GPS系統(tǒng)靈敏度：S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF。也就是說(shuō)如果GPS接收器系統(tǒng)的靈敏度比-111dBm還要小，意味著 Eb/N小于0，也就是信號(hào)功率小于噪聲功率，換句話就是信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中，也能正確解碼。分析到這兒，我又有點(diǎn)糊涂了：1） 如果GPS接收信號(hào)的功率為-130dBm

10、，比-111dBm小，但是并不意味著信號(hào)功率小于噪聲功率呀。2） 上面這種情況，如何分析靈敏度，GPS信號(hào)功率，信號(hào)比之間的關(guān)系？snow99兄，這個(gè)信噪比的要求感覺(jué)太小了吧：Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB jinfoxhe:GPS在信號(hào)功率小于噪聲功率，系統(tǒng)也能正確解碼對(duì)的， 這就是擴(kuò)頻帶來(lái)的好處，提高了系統(tǒng)的靈敏度。缺點(diǎn)就是需要更大的帶寬 Arm720:本論壇的高人比較多??！不知噪聲功率一般是多少，也就是環(huán)境噪聲的功率，另外如何計(jì)算從天線進(jìn)入到系統(tǒng)的噪聲功率？這個(gè)問(wèn)題搞清楚了就能詳細(xì)分析信號(hào)功

11、率，噪聲功率和信噪比之間的關(guān)系了；然后分析和靈敏度之間的關(guān)系 Arm720:前面有一個(gè)問(wèn)題沒(méi)有描述清楚：1）如果GPS接收信號(hào)的功率為-130dBm，比-111dBm小，也就是信噪比為負(fù)值，信號(hào)功率小于噪聲功率，但是此時(shí)并不意味著信號(hào)功率就小于噪聲功率。這就是互相矛盾的地方。那位朋友能說(shuō)說(shuō)您的理解和看法？今天網(wǎng)上找到一片文章，詳細(xì)討論噪聲系數(shù)的，正在研究中，初步的研究結(jié)果是：1）射頻系統(tǒng)討論的噪聲是熱噪聲，也就是這種噪聲不是從環(huán)境噪聲中來(lái)，是由電路自身產(chǎn)生的噪聲，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)；據(jù)我的理解如果是從外部環(huán)境中來(lái)，應(yīng)該稱之為干擾！2）NF （Noise Factor）噪聲系數(shù)，與信噪比無(wú)

12、關(guān)，NF描述的是信號(hào)在系統(tǒng)熱噪聲的影響下，對(duì)信號(hào)影響的描述。對(duì)噪聲，靈敏度的研究在繼續(xù)中，希望這幾天就有結(jié)果，大家也一起來(lái)討論！據(jù)我的理解，如果你研究射頻，不研究噪聲，系統(tǒng)靈敏度度，就不能把握射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和全面分析，但是對(duì)這種研究比較枯燥；因?yàn)闆](méi)有實(shí)物，又不能測(cè)量，唯一能做的就是呆板枯燥的公式分析。 Submarine:擴(kuò)頻系統(tǒng)的靈敏度SKTB+Eb/No+NF-Gp,其中Gp為擴(kuò)頻增益。這個(gè)和一般的靈敏度計(jì)算公式有點(diǎn)不同，就是最后的擴(kuò)頻增益的差別。擴(kuò)頻增益為擴(kuò)頻數(shù)據(jù)率/基帶數(shù)據(jù)率。 tina_whj:據(jù)我的理解，如果你研究射頻，不研究噪聲，系統(tǒng)靈敏度度，就不能把握射頻系

13、統(tǒng)的設(shè)計(jì)和全面分析，但是對(duì)這種研究比較枯燥；因?yàn)闆](méi)有實(shí)物，又不能測(cè)量，唯一能做的就是呆板枯燥的公式分析。強(qiáng)烈贊同，剛開始學(xué)習(xí)射頻知識(shí)，感覺(jué)特迷茫  Arm720:我的研究軌跡，共樓上的朋友作參考。我接觸射頻時(shí)，能感到的問(wèn)題是匹配，集中精力攻關(guān)匹配方面的問(wèn)題，同時(shí)做仿真方面的準(zhǔn)備；然后遇到的問(wèn)題是系統(tǒng)的性能分析，也就是靈敏度吧，現(xiàn)在集中分析靈敏度和噪聲問(wèn)題；可能接下來(lái)碰到的問(wèn)題就是電路實(shí)現(xiàn)方面的，要研究微帶線，天線方面的內(nèi)容。好，下面繼續(xù)噪聲方面的討論感謝submarine朋友對(duì)靈敏度給出新的公司描述！正好手上有一篇介紹CDMA的靈敏度文檔，確實(shí)是如此，但是對(duì)于噪聲功率，有一

14、個(gè)問(wèn)題一直都想不通。噪聲功率的公式為：（是熱噪聲的功率）Pnoise = KTB  (K: 波爾茲曼常數(shù)1.38x10的-23次方；T：開氏溫度=攝氏溫度+273.15，此處T=290；B：equivalent noise bandwidth-不知道怎么翻譯，我的理解是帶寬)  - 問(wèn)題就在這個(gè)帶寬B上面單位HZ噪聲功率 = 4.002x10的-21次方瓦特。 Pnoise（dBm） = -174dBm 。- 這就是-174dBm的來(lái)歷。問(wèn)題（1）就是：帶寬越寬，噪聲功率越大；你系統(tǒng)的帶寬越寬，系統(tǒng)的噪聲功率越大，這和實(shí)際不符；在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)該是噪聲能量

15、大，而不是功率大，功率應(yīng)該是不變的吧。在看看靈敏度的公式：S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般為中頻帶寬。實(shí)際上10*log(BW)就是上面公式中的參數(shù)B部分；問(wèn)題（2）得出的結(jié)果是系統(tǒng)帶寬越寬，靈敏度越低，這是個(gè)非常奇怪的結(jié)論。 Jinfoxhe:帶寬越寬，噪聲功率越高。這是沒(méi)錯(cuò)的，其實(shí)你說(shuō)的噪聲功率和噪聲能量是一回事。S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF，這是對(duì)射頻（中頻）而言。沒(méi)有考慮基帶的處理增益，如果是擴(kuò)頻系統(tǒng)，Gp會(huì)帶來(lái)靈敏度的提高。問(wèn)題（2）得出的結(jié)果是系統(tǒng)帶寬越寬，靈敏度越低，這是個(gè)非常奇怪的結(jié)論這個(gè)結(jié)論很正常。

16、 woshi622:這里有個(gè)問(wèn)題我不太明白S=-174dBm+10*log(擴(kuò)頻后帶寬)+Eb/N0+NF-Gp此處的Gp=10*log(擴(kuò)頻后速率/擴(kuò)頻前速率)。那么一算的話 S=-174dBm+10*log(擴(kuò)頻前帶寬)+Eb/N0+NF此時(shí)的擴(kuò)頻又有什么意義還有，這里應(yīng)該要加入天線的增益吧，望解答 everyday:以下是引用woshi622在2006-4-27 10:02:00的發(fā)言：S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF此處的Eb/N0應(yīng)該已經(jīng)包含了擴(kuò)頻增益。還有，這里應(yīng)該要加入天線的增益吧，望解答這個(gè)靈敏度是做天線以后的計(jì)算公式。如果你要從天

17、線端算，應(yīng)該加天線的增益，但是天線的增益并不是每個(gè)方向都是一樣的。所以一般公式都沒(méi)有加。  Ayuyu:通常我們說(shuō)的的噪聲基低174dBm，其實(shí)它是常溫下熱噪聲功率譜密度，準(zhǔn)確的單位應(yīng)該是dBm/Hz.是單位Hz上的熱噪聲功率。所以帶寬越寬，頻域積分的功率就越大，但是常溫下熱噪聲的功率譜密度是不變的。SNR就是信噪比比。就是信號(hào)和噪聲功率比，它等于Eb*R/(N0*B),R是數(shù)據(jù)比特速率，B是信號(hào)占用帶寬而不是RF/IF通道的帶寬。在擴(kuò)頻系統(tǒng)中通常和擴(kuò)頻信號(hào)的chip rate取同樣的值。Eb/N0的概念是每比特能量和噪聲功率譜密度的比值。如果只考慮熱噪聲，系統(tǒng)容量（數(shù)據(jù)比

18、特速率）和它占用的帶寬比值趨于零，那么Eb/N0有個(gè)理論極限值就是香農(nóng)極限1.6dB. 從香農(nóng)公式RB*log2(1+SNR)可看出,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率一定，信號(hào)的功率一定，增大傳輸信號(hào)占用帶寬，可以降低系統(tǒng)對(duì)SNR的要求也就是降低對(duì)Eb/N0的要求。擴(kuò)頻系統(tǒng)就是采用增大信號(hào)占用帶寬的方法來(lái)降低系統(tǒng)對(duì)SNR的要求。GPS也是擴(kuò)頻系統(tǒng)。靈敏度實(shí)際上就是指能夠滿足指定Eb/N0的最小信號(hào)功率。如果數(shù)據(jù)比特速率R一定，增大信號(hào)占用帶寬B，此時(shí)帶寬內(nèi)的噪聲功率N0*B增加，到了一個(gè)程度可以使得SNR<0dB,就是說(shuō)在這個(gè)帶寬內(nèi)信號(hào)功率Eb*R小于噪聲功率N0*B，信號(hào)淹沒(méi)在噪聲里，但是Eb/N0仍然

19、可以被保證，也就是說(shuō)系統(tǒng)可以正常工作。所以SNR<0dB,對(duì)Eb/N0來(lái)說(shuō)并不意味什么.  Arm720:ayuyu兄弟的理解非常的精辟！理解很深，受用了！多謝了！  感覺(jué)一直以來(lái)，我們只關(guān)注公式，但是對(duì)于公式產(chǎn)生需要解決問(wèn)題和過(guò)程缺乏關(guān)注啊。以上的內(nèi)容闡述了一個(gè)重要的概念，就是 -174dBm 是熱噪聲的功率普密度，可能有些人忘了，我再詳細(xì)說(shuō)明一下；付立葉變換描述的是信號(hào)V(t)可以用時(shí)域信號(hào)合成，也可以用頻域信號(hào)合成；對(duì)頻域而言，它的值就是功率普密度；付立葉變換就是為了分析信號(hào)包含的頻率和強(qiáng)度。再詳細(xì)說(shuō)明一下吧，分析熱噪聲前，先要清楚4個(gè)概念：

20、信號(hào)幅度 V(t)，功率普密度S(f)，功率P，信號(hào)的均方值 _V(t)2_。熱噪聲信號(hào)是隨機(jī)信號(hào)，為白噪聲：平均值為0，均方值 _V(t)2_不為0，是否服從高斯分布，還需要查證一下。分析的前提和假設(shè)條件是電路的電阻R=1；于是噪聲功率 P = V*V/4R = V2/4R= _V(t)2_/4R (功率和信號(hào)均方根關(guān)系) -一個(gè)很重要的概念_V(t)2_ = (積分 V(t)2*Delt_t )/周期T -時(shí)域  = 積分 s(f)*Delt_f -頻域熱噪聲功率譜密度為常數(shù) s(f) = 4KTR  其中 R =1;  _V(t

21、)2_ = 4KTB ；B 就是頻率的積分區(qū)間也就是帶寬熱噪聲功率 Pnoise = _V(t)2_/4R  = 4KTBR/4R = KTB  - 很重要的公式Pnoise (dBm) = -174dBm + 10*log(B)  - 該公式描述了系統(tǒng)給定帶寬條件下的噪聲功率，B 就是頻率的積分區(qū)間對(duì)于系統(tǒng)整體靈敏度的定量計(jì)算和規(guī)則，繼續(xù)研究中。  Arm720: ayuyu兄的帖子詳細(xì)的看了幾遍，又有一個(gè)發(fā)現(xiàn)：“靈敏度實(shí)際上就是指能夠滿足指定Eb/N0的最小信號(hào)功率”。此處給出了一個(gè)經(jīng)典的描述，就是靈

22、敏度是衡量系統(tǒng)對(duì)信號(hào)功率的還原能力，少于這個(gè)信號(hào)功率，系統(tǒng)就不能還原；即使增大后級(jí)放大器的放大倍數(shù)也不行，因?yàn)樾盘?hào)已經(jīng)被噪聲淹沒(méi)了；說(shuō)明了一個(gè)道理，就是靈敏度與系統(tǒng)的放大器增益無(wú)關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中的意義就是：射頻電路系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，帶寬和編碼增益，就已經(jīng)決定了系統(tǒng)的靈敏度；系統(tǒng)的帶寬，編碼增益是確定的，唯一能改善系統(tǒng)靈敏度的就是噪聲系數(shù)！這就是為什么射頻電路設(shè)計(jì)中，有時(shí)候是多極放大器，只有最后一級(jí)是考慮功率最大輸出的共軛匹配，前面都是按照最低噪聲系數(shù)來(lái)匹配的原因。因?yàn)榉糯笃髟鲆娌荒芴岣呦到y(tǒng)靈敏度，只有噪聲系數(shù)才能提高系統(tǒng)靈敏度。今天的研究取得重大進(jìn)展，下面繼續(xù)進(jìn)行定量方面的研究，多謝各位朋友！&

23、#160; Arm720:論壇很熱鬧，最近忙了，沒(méi)有多少時(shí)間投入到研究中。噪聲功率的一點(diǎn)理解和看法，和大家討論：Pnoise = KTB (每HZ積分帶寬的噪聲功率) = -174dBm/Hz = -114dBm/MHz = -111dBm/2.046MHz （2.046MHz為GPS帶寬）以上看來(lái)，GPS系統(tǒng)的熱噪聲功率是確定的： -111dBm 。 對(duì)靈敏度提出了兩個(gè)問(wèn)題需要研究：1）系統(tǒng)帶寬寬，增大了編碼增益，降低了信噪比要求；但是帶寬增加了，噪聲功率也增加了，有互相矛盾的關(guān)系，需要研究最優(yōu)的編碼增益，帶寬和靈敏度之間的關(guān)系，找出合理的選擇。2）我下一步要研究的內(nèi)容就是如何確定

24、系統(tǒng)的信噪比？ ayuyu給出了公式 RB*log2(1+SNR)，下面就是要反算和系統(tǒng)驗(yàn)證  woshi622:我還是有些疑問(wèn)接收靈敏度的公式是  S=-174dBm+10*log(擴(kuò)頻后帶寬)+Eb/N0+NF-Gp52RD.com52RD.com此處的Gp=10*log(擴(kuò)頻后速率/擴(kuò)頻前速率)。52RD.com52RD.com那么一算的話 S=-174dBm+10*log(擴(kuò)頻前帶寬)+Eb/N0+NF52RD.com52RD.com從現(xiàn)在看來(lái)似乎擴(kuò)頻對(duì)靈敏度接收度沒(méi)有任何貢獻(xiàn)啊，希望指點(diǎn)  Arm720:樓上的兄弟，非常抱歉

25、，你的問(wèn)題也是我的問(wèn)題；最近有點(diǎn)忙，基本停止了靈敏度和1dB壓縮點(diǎn)的研究，希望高手能夠細(xì)解，多謝！今天稍稍看了點(diǎn)資料，說(shuō)一下信號(hào)功率和信號(hào)電壓之間的關(guān)系吧。射頻設(shè)計(jì)會(huì)碰到LNA到ADC之間的放大倍數(shù)確定的問(wèn)題?  ADC （模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的輸入信號(hào)為電壓描述，LNA前級(jí)輸入信號(hào)描述為功率，那么如何確定放大倍數(shù)？ （說(shuō)明，ADC為最后一級(jí)模擬信號(hào)）設(shè)計(jì)方法如下：1）ADC輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)功率。一般情況下，取ADC能接受的最大輸入電壓信號(hào)Umax；射頻阻抗一般為50Om，那么信號(hào)功率 Psignal = Umax * Umax / R。(有的朋友可能奇怪，為什么前面計(jì)算噪聲

26、功率為 Pnoise = U*U / 4R；解釋一下，噪聲功率是用額定功率衡量的，額定功率就是指信號(hào)所能輸出的最大功率，只有在源內(nèi)阻和負(fù)載內(nèi)阻相等（或共軛）的情況下，輸出功率最大 = U*U/4R)2）獲取LNA前級(jí)輸入信號(hào)的功率；有兩種，從天線接收到的信號(hào)功率和噪聲功率，那個(gè)大取那個(gè)，記為Pin3) Psiganl - Pin就是從LNA到ADC需要設(shè)計(jì)的放大倍數(shù)舉例：如果ADC輸入最大電壓幅度為1V，信號(hào)功率為-130dBm，噪聲功率為-111dBm，設(shè)計(jì)放大倍數(shù)。1）Psignal = 1V * 1V / 50 = 0.02Wat = 10*log(20mw / 1mw) = 13dBm

27、2)  噪聲功率比信號(hào)功率大，取 Pin = -111dBm3) 放大倍數(shù)為： Psignal - Pin = 13 + 111 = 124dB -> LNA到ADC之間的放大倍數(shù)為 124dB  Arm720:woshi622朋友，我在逐漸寫出我最近想到和碰到的問(wèn)題，我現(xiàn)在對(duì)于你的問(wèn)題也沒(méi)有定量的研究，我也想知道，如果你近期有研究成果，歡迎發(fā)表！我最近較忙，沒(méi)有時(shí)間做研究和仿真了，只能業(yè)余時(shí)間研究一下；擴(kuò)頻帶寬和靈敏度之間的關(guān)系，應(yīng)該有一個(gè)曲線來(lái)描述，曲線拐點(diǎn)就是最優(yōu)的值。希望大家一起來(lái)研究，各位朋友的觀點(diǎn)和意見能起到拋磚引玉和指引方向的目的，我

28、就是沿著這個(gè)方向研究的，但是更進(jìn)一步的理解還是需要個(gè)人去找參考書來(lái)加深學(xué)習(xí)。這個(gè)論壇很好，資料很多，一起討論的朋友也熱心和多呀。  woshi622:通過(guò)我對(duì)一些擴(kuò)頻項(xiàng)目標(biāo)書的研究，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)頻增益并不能直接影響接收靈敏度的，改變的只是信號(hào)在傳輸時(shí)對(duì)一些特定信號(hào)的抗干擾能力，如一些窄帶功率很大的信號(hào)Cmin=C/No+Rb-Gviterbo+L-G/T-K（L為解擴(kuò)損耗）如有不對(duì)，希望能夠指正 ayuyu:其實(shí)最有意義的是SNR或Eb/N0.靈敏度并沒(méi)有多少意義   Arm720:同意前面woshi622 和 ayuyu兄的觀點(diǎn)，擴(kuò)頻不能

29、帶來(lái)靈敏度上的任何提高，只能增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力 - 沒(méi)有見到權(quán)威資料描述啰，歡迎討論！擴(kuò)頻系統(tǒng)靈敏度公式1：Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + Eb/No (dB) - Gp (dB)擴(kuò)頻系統(tǒng)靈敏度公式2：Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + SNR(dB)     -> SNR = Sout/Nout (dB)實(shí)際上公式2才是靈敏度的表達(dá)式，為什么要轉(zhuǎn)化為Eb/N0的形式？原因在于BER (Bit Error Rate)是通過(guò)比特能量Eb來(lái)衡量和計(jì)算的。先解釋一下各個(gè)部分的含義：NF：噪

30、聲系數(shù)       K、T：波爾茲曼常數(shù)和開氏溫度(此處=290K)B ：擴(kuò)頻帶寬        Eb    ：每比特信號(hào)能量             N0：噪聲功率譜密度（注意有所不同） = F*KT - 多一個(gè)噪聲系數(shù)FGp：擴(kuò)頻增益 = B / R  (R = 用戶數(shù)據(jù)波特

31、率)實(shí)際上Sout/Nout = Eb/N0 - Gp (dB)  ； 推導(dǎo)一下這個(gè)公式?；仡櫼幌翬nergy = Power * T -> Power = Energy * 1/T -說(shuō)明 1/T 就是數(shù)據(jù)波特率也就是Sout = Eb * R ； Nout = F*KTB - 注意輸出噪聲有一個(gè)噪聲系數(shù)FSout/Nout = Eb * R / (F*KTB) = (Eb/F*KT) * (R/B) = Eb/N0 * 1/Gp再寫一個(gè)比較全的靈敏度公式作細(xì)化分析：Sin  = F * KTB * SNR = F * KTB * Eb/N0 *

32、 R/B (mW)  ->這個(gè)公式的含義就非常清楚了，擴(kuò)頻帶寬 B 給約掉了。結(jié)論：1）擴(kuò)頻對(duì)系統(tǒng)靈敏度沒(méi)有任何的影響 - B給約掉了2）擴(kuò)頻提高了抗干擾能力；通過(guò) R/B 看出 - 為什么使用擴(kuò)頻通訊的原因3）編碼算法能有效提高系統(tǒng)靈敏度 -> 這就是無(wú)線通訊為什么人們孜孜不倦的研究高增益的編解碼算法的原因；因?yàn)榫幗獯a是有效降低Eb/N0，提高系統(tǒng)靈敏度，擴(kuò)大覆蓋的半徑；今天恍然大悟。到此為止，研究基本告一段落。還有下面的問(wèn)題沒(méi)有細(xì)化研究：1）Eb 和 BER之間的關(guān)系，這個(gè)非常的復(fù)雜，與具體的編解碼算法相關(guān)。 不做細(xì)化研究。感謝各位朋友的熱心支持，給出研究方

33、向，靈敏度研究暫告一段落，下面步入微帶線和天線的研究，歡迎交流！  Arm720:本來(lái)以為到此研究就結(jié)束了，但是在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中還是會(huì)碰到不少的問(wèn)題。擴(kuò)頻系統(tǒng)靈敏度公式1：Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + Eb/No (dB) - Gp (dB) - 這個(gè)公式描述的是系統(tǒng)在理想情況下的靈敏度理論值，也就是你設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)的極限值，為實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)測(cè)作參考，很重要的。系統(tǒng)實(shí)測(cè)的靈敏度和這個(gè)值作比較，就能發(fā)現(xiàn)你的系統(tǒng)是否優(yōu)良，同時(shí)也指導(dǎo)你找出原因。實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，你的電路系統(tǒng)幾乎是達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)的，因?yàn)閷?shí)際電路中，由于PCB布線，屏蔽，等各方面的原因，

34、引入干擾，降低系統(tǒng)了的信噪比，降低了靈敏度。那么再提出一個(gè)問(wèn)題：電路實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，有哪些手段去提高設(shè)計(jì)電路的靈敏度？我先說(shuō)一下我的想法，希望各位朋友參與和提供實(shí)踐上的指導(dǎo)。1）提高實(shí)際電路的靈敏度，關(guān)鍵點(diǎn)在第一級(jí)的LNA和輸入匹配電路的設(shè)計(jì)2）LNA輸入匹配的關(guān)鍵在于最低噪聲系數(shù)匹配，匹配方法為Gt增益圓，NF噪聲圓，穩(wěn)定圓，找合適的GamaS (不多討論匹配細(xì)節(jié))上面是傳統(tǒng)的匹配步驟，我個(gè)人感覺(jué)忽略了一個(gè)很重要的考慮因數(shù)，就是對(duì)靈敏度的考慮，我們?cè)侔呀邮盏降男盘?hào)功率在細(xì)化的分為幾個(gè)部分：Paten：天線接收的信號(hào)功率       Ps

35、ignal：天線信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配后的輸出信號(hào)功率，也就是LNA之前的信號(hào)功率Psig_reflect ：不完全匹配從LNA反射回的功率    Psig_LNA ：LNA接收到的信號(hào)功率他們之間的關(guān)系為：Psignal = Paten * aFactor (衰減因子) = Psig_LNA + Psig_reflect  - 這個(gè)公式對(duì)分析靈敏度很重要實(shí)際上對(duì)系統(tǒng)有效解碼的信號(hào)是Psig_LNA -> 這個(gè)為提高電路系統(tǒng)靈敏度提供了理論依據(jù)；要知道電路系統(tǒng)實(shí)際接收到的信號(hào)的從天線接收到的信號(hào)，提高靈敏度的途徑就是有效降低 天線信號(hào)功率

36、和 LNA吸收信號(hào)功率(有時(shí)也叫源信號(hào)資用功率) 的差值：1） 降低從天線信號(hào)功率的衰減因子 - 和匹配電路相關(guān)2） 降低LNA輸入系統(tǒng)的反射功率 - 也許NF匹配就確定了LNA的反射功率，是否有新型電路結(jié)構(gòu)能降低VSWR，又能降低信號(hào)的反射功率。 Arm720:希望各位朋友能提供LNA輸入級(jí)，在實(shí)踐上靈敏度的指導(dǎo)和理論驗(yàn)證。在電路實(shí)現(xiàn)上，對(duì)LNA輸入級(jí)有哪些方法能達(dá)到下面的目的：1）降低匹配系統(tǒng)衰減因子   2）既有較低的NF系數(shù)，又有較低的VSWR（較低的反射功率） awp666:可以通過(guò)選擇合適的工作點(diǎn)來(lái)選擇你需要的NF,如果是VSWR則需要通過(guò)匹

37、配電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，NF與Gain是不能同時(shí)滿足的，因此你需要計(jì)算出你認(rèn)為合適的值，然后選擇好LNA的工作點(diǎn)。在SMith原圖上，把這個(gè)工作點(diǎn)通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)回圓心，看看需要什么電路形式，進(jìn)一步用優(yōu)化的方式使整個(gè)通帶都滿足你的要求。  Arm720:多謝版主！一般情況下LNA設(shè)計(jì)中，NF，VSWR，增益是互相矛盾的；好的NF，增益又低了，VSWR也大了，總之既要得到好的NF，就不可能得到好的VSWR和增益；在電路中提高系統(tǒng)靈敏度，通過(guò)分析實(shí)際上要達(dá)到的目的是降低NF，同時(shí)又降低VSWR；主要是低的VSWR，信號(hào)功率損失反射損失低，那么進(jìn)入LNA進(jìn)行放大的信號(hào)功率增加，達(dá)到提高

38、系統(tǒng)靈敏度的目的；感覺(jué)我們?cè)贜F匹配中，很少考慮VSWR對(duì)系統(tǒng)靈敏度的影響。實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，有沒(méi)有一些新穎的電路結(jié)構(gòu)，做到NF也低，VSWR也低？傳統(tǒng)的靈敏度描述再修改一下：降低NF 和 LNA的VSWR，是提高電路系統(tǒng)靈敏度的有效方式。對(duì)于 VSWR 對(duì)靈敏度的定量影響還要繼續(xù)研究一下，希望有朋友能提供實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。 多謝！  woshi622:有很多書上是在接收靈敏度公式里并沒(méi)有出現(xiàn)KTB，而是用10LgK+G/T（接收機(jī)品質(zhì)因素）來(lái)表示，ARM兄我知道你理論清晰且加資料多，能幫我解釋下G/T么？Arm720:寫個(gè)全的靈敏度公式吧，局部沒(méi)法分析啊，你在哪本書上看

39、過(guò)？ 可以用圖片的形式把靈敏度的描述這個(gè)部分貼出來(lái)，我試著分析一下。 Arm720:  靈敏度的理論研究就到此為止吧，對(duì)于實(shí)際電路提高靈敏度的方式，另起一貼討論吧。實(shí)踐方面的挑戰(zhàn)還是比較多的，也很有樂(lè)趣，雖然前期看了很多資料，但是分析起來(lái)還是感覺(jué)到力不從新啊。  woshi622:Cmin=Eb/No+Rb（信息速率）-G(譯碼增益)+L(解擴(kuò)損耗)-G/T-10LgKG/T為接收機(jī)品質(zhì)因素，那份資料上沒(méi)有寫推導(dǎo)方法，大概是與天線和接收機(jī)有關(guān) Everyday:對(duì)于GPS的靈敏度，我想說(shuō)明一下。現(xiàn)在業(yè)界SIRF算是GPS的老大，它的t

40、racking靈敏度可以做到-159dBm。對(duì)應(yīng)的C/No為13dB-Hz.在GPS中C/No用的很多。能介紹一下C/No與Eb/No之間的關(guān)系嗎？ Arm720:手上沒(méi)有C/N0表示系統(tǒng)靈敏度的資料，就連分析Eb/N0都找了很久，可能是我找的領(lǐng)域不對(duì)；射頻的書籍是不會(huì)詳細(xì)描述到 Eb/N0和C/N0這一步，哪位朋友有這方面電子文檔，如果方便，發(fā)一份到我郵箱里面吧，先謝過(guò)！SiRF芯片 -159dBm的靈敏度確實(shí)高，但是不知是在多少誤碼率的情況下得到的？他們的文檔資料都是保密的，據(jù)我了解，SiRF芯片運(yùn)動(dòng)軌跡的漂移比較大，誤碼率高是主要原因吧，雖然有些地方能接受到信號(hào)，但是解碼不穩(wěn)定

41、，導(dǎo)致靜態(tài)漂移也大。我的分析不一定對(duì)，但是他的資料是絕對(duì)不開放的，很難進(jìn)一步的了解他們的產(chǎn)品。 Everyday:的確在LNA的設(shè)計(jì)中NF和Gain時(shí)相互矛盾的，但是在實(shí)際的應(yīng)用中只要你選用的IC能夠達(dá)到你的要求就OK了。例如：在GPS的LNA設(shè)計(jì)時(shí)一般的要求時(shí)NF<2dB，Gain>15dB。一般來(lái)說(shuō)，你選用的管子或者片子都能達(dá)到這樣的要求。在GPS實(shí)際的應(yīng)用中，還要考慮功耗，layout面積，匹配是否方便，一致性問(wèn)題等等。功耗是一個(gè)相當(dāng)關(guān)鍵的指標(biāo)，你設(shè)計(jì)的LNA除了NF，Gain就是Ic了。比如現(xiàn)在我們?cè)O(shè)計(jì)的一款GPS LNA，達(dá)到了NF<1dB ,Gain&g

42、t;17dB,而工作電流為3mA（2.7V）。S11,S22<9dB。匹配元件工只需4個(gè)。大家設(shè)計(jì)的結(jié)果也拿出來(lái)交流一下呀！   Everyday:以下是引用Arm720在2006-5-16 11:20:00的發(fā)言：手上沒(méi)有C/N0表示系統(tǒng)靈敏度的資料，就連分析Eb/N0都找了很久，可能是我找的領(lǐng)域不對(duì)；射頻的書籍是不會(huì)詳細(xì)描述到 Eb/N0和C/N0這一步，哪位朋友有這方面電子文檔，如果方便，發(fā)一份到我郵箱里面吧，先謝過(guò)！SiRF芯片 -159dBm的靈敏度確實(shí)高，但是不知是在多少誤碼率的情況下得到的？他們的文檔資料都是保密的，據(jù)我了解，SiRF芯片運(yùn)動(dòng)軌

43、跡的漂移比較大，誤碼率高是主要原因吧，雖然有些地方能接受到信號(hào)，但是解碼不穩(wěn)定，導(dǎo)致靜態(tài)漂移也大。我的分析不一定對(duì)，但是他的資料是絕對(duì)不開放的，很難進(jìn)一步的了解他們的產(chǎn)品。的確SIRF的資料少的可憐。SIRF的靈敏度實(shí)的確很恐怖，但是現(xiàn)在據(jù)說(shuō)SIRF應(yīng)用到手機(jī)里面靈敏度下降了很多了。可能是天線以及內(nèi)部抑制干擾方面，降低了其靈敏度吧。  Ayuyu:再湊個(gè)熱鬧！C/N0:就是載波功率對(duì)噪聲譜密度之比，有時(shí)也用信號(hào)對(duì)噪聲譜密度之比。Eb/N0：?jiǎn)挝槐忍啬芰繉?duì)噪聲功率譜密度之比。他們的關(guān)系式是：C/N0=Eb/N0+10log(R);R是信號(hào)的比特速率，這里是對(duì)數(shù)關(guān)系。舉例：如果

44、symbol rate是64Ksym/s的QPSK信號(hào)的C/N0是60dBHz，那么該QPSK的Eb/N0應(yīng)該是6010log(2*64000)=8.93 dB-HzQPSK一個(gè)符號(hào)是兩個(gè)比特，所以其比特速率是128kbps.  Arm720:感謝各位朋友的關(guān)心，從今天開始研究靈敏度的C/N表示，因?yàn)檫@個(gè)更具有實(shí)用價(jià)值。目前提到的公式有兩種：1）C/N0=Eb/N0+10log(R)    - ayuyu兄提供3）Cmin=Eb/No+Rb（信息速率）-G(譯碼增益）+L(解擴(kuò)損耗）-G/T-10LgK   （G/

45、T為接收機(jī)品質(zhì)因素） - woshin62兄提供上面兩個(gè)公式我還沒(méi)有詳細(xì)的研究，不好分析和評(píng)論，我講一下為什么要研究C/N，以及C/N 和 Eb/N0的區(qū)別吧 。C/N描述的載波功率和噪聲功率的比值，這個(gè)公式可以近似的認(rèn)為和信噪比SNR含義相同，模擬系統(tǒng)解碼需求。 - 主要來(lái)源于對(duì)模擬系統(tǒng)分析。Eb/N0描述的是單位比特信號(hào)能量和噪聲功率普密度的比值，應(yīng)用于數(shù)字通訊系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)解碼需求。 - 數(shù)字解碼恢復(fù)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)能量的需求。對(duì)于實(shí)際的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們需要的是C/N指標(biāo)來(lái)對(duì)ADC前端進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)：如噪聲系數(shù)，放大倍數(shù)等。那么就有一個(gè)問(wèn)題： C/N 和 Eb/N0之間的關(guān)系如何？通過(guò)Eb/

46、N0如何反算和估計(jì)C/N?  - 繼續(xù)研究中。 Arm720:研究結(jié)果基本快出來(lái)了，還需要一點(diǎn)時(shí)間整理從 C/N 到 Eb/N0 的轉(zhuǎn)換過(guò)程，比較復(fù)雜。有一個(gè)概念在分析過(guò)程中需要注意一下，就是N 和 N0 的區(qū)別；N：噪聲功率=KTB； N0：噪聲功率譜密度 = KT Arm720:換算過(guò)程比較復(fù)雜，詳細(xì)分析之前，了解幾個(gè)數(shù)字通訊的概念。符號(hào)速率：用中文不知如何解釋，個(gè)人認(rèn)為就是信號(hào)的調(diào)制速率。信號(hào)速率：符號(hào)經(jīng)解碼器輸出的信號(hào)速率。對(duì)QPSK調(diào)制，1個(gè)符號(hào)解碼輸出2個(gè)比特信號(hào)。前向糾錯(cuò)：有些解碼器具有糾錯(cuò)功能，具有編碼增益，如Turbo編碼。如果輸入4個(gè)

47、比特，經(jīng)前向糾錯(cuò)后，輸出3個(gè)比特，編碼增益的=10*log(4/3)=1.25RS譯碼(Reed Solomen Decoder): 不知怎么翻譯，輸出就是我們要討論的 Eb 。數(shù)字信號(hào)的處理過(guò)程為：輸入模擬信號(hào)(C/N)-Es->解碼器-Et->前向糾錯(cuò)(FEC)-Edec->RS譯碼-Eb->解碼輸出用戶傳輸數(shù)據(jù)Es  ：?jiǎn)挝环?hào)能量                  

48、         Et：?jiǎn)挝槐忍匦盘?hào)能量Edec：輸入RS譯碼器單位比特能量  Eb：用戶速率單位比特能量從Eb/N0反推C/N的過(guò)程比較復(fù)雜，可以看出與具體的編解碼算法相關(guān)。-轉(zhuǎn)換過(guò)程很復(fù)雜，部分內(nèi)容還需要在詳細(xì)研究一下。 Arm720:研究過(guò)程中的一個(gè)難點(diǎn)一直沒(méi)有搞明白。 就是 C/N = Es/N0。不知道這個(gè)是如何推導(dǎo)和計(jì)算出來(lái)的？還有就是載波到底是調(diào)制前的還是調(diào)制后的？在數(shù)字通訊中，為調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)相乘后輸出，那么電路系統(tǒng)接收到的調(diào)制后（也就是相乘）的信號(hào)，包含載波和符號(hào)信號(hào)。根據(jù)付立葉變換，時(shí)域兩信號(hào)相乘，在頻域的表現(xiàn)兩信號(hào)頻域的卷積，頻譜上的表現(xiàn)為 fc+fs， fc-fs ；也就是接收信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)載波信號(hào)，而是出現(xiàn)兩個(gè)頻率的信號(hào)。那位大俠能幫助解釋