WCDMA靈敏度公式詳解

1、上行靈敏度公式：Sin(dBm)=NF(dB)+KTBRF(dBm)+Eb/No(dB)-PG(dB)Sin=可獲得的輸入信號功率(W)Nin=可獲得的輸入熱噪聲功率(W)=KTBRF其中：K=波爾茲曼常數(shù)=1.381X10-23W/Hz/K,T=290K，室溫Sout=可獲得的輸出信號功率(W)Nout=可獲得的輸出噪聲功率(W)G=設(shè)備增益(數(shù)值)F=設(shè)備噪聲系數(shù)(數(shù)值)PG=BRF/RbitWCDMA規(guī)定用戶數(shù)據(jù)速率Rbit等于12.2kbpsF的定義如下：F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)=(Sin/Nin)x(Nout/Sout)用輸入噪聲Nin表示Nout：Nout=(

2、FXNinXSout)/Sin其中Sout=GXSin得到：Nout=FxNinxG調(diào)制信號的平均功率定義為S=Eb/T,其中Eb為比特持續(xù)時間內(nèi)的能量，單位為W-s,T是以秒為單位的比特持續(xù)時間。調(diào)制信號平均功率與用戶數(shù)據(jù)速率的關(guān)系按下面的式子計算：1/T=用戶數(shù)據(jù)比特率，Rbit單位Hz,得出Sin=EbXRbit根據(jù)上述方程，以Eb/No表示的設(shè)備輸出端信噪比為:Sout/Nout=(SinxG)/(NinxGxF)=Sin/(NinxF)=(EbxRbit)/(KTBRFxF)=(Eb/KTF)X(Rbit/BRF),其中KTF表示1比特持續(xù)時間內(nèi)的噪聲功率(No)。因此,Sout/N

3、out=Eb/NoxRbit/BRF在射頻頻帶內(nèi)，BRF等于擴頻系統(tǒng)的碼片速率W,處理增益(PG=W/Rbit)可以定義為：PG=BRF/Rbit所以，Rbit/BRF=1/PG，由此得輸出信噪比：Sout/Nout=Eb/NoX1/PG。注意：對于沒有擴頻的系統(tǒng)(W=Rbit),Eb/No在數(shù)值上等于SNR。接收機靈敏度方程對于給定的輸入信號電平，為了確定SNR，用噪聲系數(shù)方程表示Sin：F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)或F=(Sin/Nin)X(Nout/Sout)Sin=FxNinx(Sout/Nout)Sin又可以表示為：Sin=FxKTBRFxEb/Nox1/PG用一種

4、更加常用的對數(shù)形式表示,對每一項取以10為底的對數(shù)再乘10得到單位dB或dBm。于是噪聲系數(shù)NF(dB)=10Xlog(F)，由此得出下面的接收機靈敏度方程：Sin(dBm)=NF(dB)+KTBRF(dBm)+Eb/No(dB)-PG(dB)數(shù)字實例下面是擴頻WCDMA蜂窩系統(tǒng)基站接收機的例子。盡管接收機靈敏度方程對各種電平的輸入信號都是正確的，對于給定的Eb/No、本范例在滿足誤碼率百分比(BER)的最小靈敏度下選擇了最大輸入信號功率。這個實例的條件為：對于速率為12.2kbps、功率-121dBm的數(shù)字語音信號，最大規(guī)定輸入信號電平必須滿足系統(tǒng)的最小規(guī)定靈敏度。對于QPSK調(diào)制信號，在E

5、b/No值為5dB時可以獲得規(guī)定的誤碼率BER(0.1%)。射頻帶寬等于碼片速率，即3.84MHz。KTBRF(log)=10 xlog(1.381x10-23W/Hz/Kx290Kx3.84MHzx1000mW/W)=-108.13dBm.規(guī)定的用戶數(shù)據(jù)速率Rbit等于12.2kbps,PG為PG=Rchip/Rbit=314.75numeric或25dBlog。將這些值帶入并利用等式:Sout/Nout=Eb/NoXRbit/BRF得到輸出信噪比為：dB-25dB=-20dB。這表示擴展了帶寬的擴頻系統(tǒng)實際是在負值SNR下工作。為了得到滿足最小規(guī)定靈敏度的最大接收機噪聲系數(shù)(表示為NFma

6、x),使用接收機靈敏度方程:Sin(dBm)=NF(dB)+KTBRF(dBm)+Eb/No(dB)-PG(dB)下面的步驟和圖2給出了得到NFmax的具體方法：步驟1：對于WCDMA系統(tǒng)，在預(yù)期的靈敏度下最大規(guī)定射頻輸入信號為-121dBm。步驟2：減去5dB的Eb/No值,得到在用戶頻帶內(nèi)允許的最大噪聲電平為-126dBm(12.2kHz)。步驟3：加上25dB的處理增益，得到在射頻載波帶寬內(nèi)的最大允許噪聲電平為-101dBm。步驟4：從射頻輸入噪聲中減去最大允許噪聲電平得到NFmax=7.1dB。注意：如果在接收機設(shè)計中使用了更高效的檢測器，使對Eb/No值的要求僅為3dB而不是5dB，

7、在接收機NFmax為7.1dB的條件下，接收機靈敏度可以達到-123dBm。另外，由于降低了對于Eb/No值的要求，在滿足最大規(guī)定輸入信號為-121dBm的同時，高達9.1dB的NFmax值也是可以承受的。小結(jié)使用從噪聲系數(shù)的定義推導(dǎo)出來的接收機靈敏度方程，設(shè)計者可以在擴頻鏈路預(yù)算中權(quán)衡和確定接收機的參數(shù)，它對任意輸入信號電平都可行，從而使這個方程在確定系統(tǒng)靈敏度方面非常實用。Sin(dBm)=NF(dB)+KTBRF(dBm)+Eb/No(dB)-PG(dB)關(guān)于Ec/No、Eb/Nt和Eb/No的意思E是Energy（能量）的簡稱，c是Chip（碼片）指的是1.2288Mcps中的Chip

8、,Ec是指一個chip的平均能量，注意是能量，其單位是焦耳。I是Interfece（干擾）的簡稱，o是OtherCell的簡稱，Io是來自于其他小區(qū)的干擾的意思，當(dāng)然為了相除它也是指能量。Eb/Nt，其中b是指Bit，N是指Noise，t是指total。Eb中文是平均比特能量（一般來說，一個Bit是有很多個chip組成的，所以它的能量=NXEc）,Nt指的是總的噪聲，包括白噪聲、來自其他小區(qū)的干擾，本小區(qū)其他用戶的干擾，來自用戶自身多徑的干擾。Eb/No,這個No是指白噪聲的功率譜密度，其單位是W/Hz，No是Noise的簡稱。C/N：Carrier-to-noiseratio載波功率（Car

9、rier）與噪聲功率之（Noise）比。也通常稱為信號功率與信道噪聲之比。在CDMA和TDMA中C/N也指信號功率（Carrier）與干擾（Interference）之比C/I。這里寫英文的目的是為了區(qū)分噪聲和干擾的區(qū)別。實際上最正確的表達式應(yīng)該是C/（I+N），但通常我們根據(jù)實際情況的不同（是噪聲noise起主導(dǎo)還是干擾interferce起主導(dǎo)）近似地表代為C/N或者C/I。Eb/No：Energyperbittonoisepowerdensity每bit能量與噪聲功率密度之比（不是噪聲功率），這個值正如大家說的是解擴之后的signal-to-(noise+interference)rat

10、io。這個值直接反映了誤碼率的大小。比如說，反向鏈路要求Eb/No大致為7dB左右，如果處理增益大致為20dB,則C/(I+N)可以低至到-13dB.C/N與Eb/No的關(guān)系：從系統(tǒng)的性能來講，我們所最感興趣的是Eb/No,而不是C/N。那么怎么把二者之間建立起聯(lián)系呢？首先看Eb:Eb等于載波功率C(空中信號功率，單位W)與每bit碼元持續(xù)時間T的乘積。Eb=C*T這樣Eb的單位就是焦耳了，是能量Energy的單位.而碼元速率R=1/T，那么上式可以寫為：Eb=C/R再看No：No是噪聲功率密度，單位是瓦特每赫茲，W/HZ，這也是它為什么被稱為“密度”。為了得到總的噪聲功率N,必須用No噪聲功

11、率密度乘以頻帶寬度w(HZ)，這樣：N=No*w=No=N/w(這里的w是頻帶寬度，不是單位瓦特)那么：Eb/No=(C/R)/(N/w)=(C/N)*(w/R)=載干比*處理增益；C/N反映了信號傳輸時有用信號功率和噪聲功率的比值，由于CDMA系統(tǒng)獨特的調(diào)制方式,假如空中信號中包含了20個人的信號，對于每一個人來說其他19個人信號都是他的干擾，導(dǎo)致有用信號被淹沒在噪聲中。這也是載干比為什么是負值。但是經(jīng)過解擴解調(diào)，我們可以從這樣惡劣的信號中提取出自己有用的信號，這時的信噪比Eb/No才是真正有意義的。WCDMA擴頻應(yīng)用在物理信道上。它包括兩個操作。第一個是信道化操作，它將每一個數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換為

12、若干碼片，因此增加了信號的帶寬。每一個數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換的碼片數(shù)稱為擴頻因子。第二個是擾碼操作，在此將擾碼加在擴頻信號上。在信道化操作時，I路和Q路的數(shù)據(jù)符號分別和OVSF碼相乘。擾碼是在解擴之后。我們來分析一下C/I和Eb/No公式概念：信干比(SIR=C/I):定義為：(RSCP/ISCP)X(SF/2)。SIR：signalingintertracerate(信噪比)，他代表著小區(qū)的正交性，并為了實現(xiàn)功率控制而不斷進行測量。SIR的測量應(yīng)當(dāng)在無線鏈路合并之后的DPCCH上進行。而DPCCH含有TPC不斷進行功率控制(1500次/秒),因此我推斷SIR(C/I)它是在擴頻后，解擴前。(WCDMA叫SIRCDMA叫C/I)其中：RSCP=接收信號碼功率(ReceivedSignalCodePower),一個碼上導(dǎo)頻比特的接收功率。ISCP=干擾信號碼功率(InterferenceSignalCodePower),在導(dǎo)頻比特上測量的接收信號上的干擾。SF=擴頻因子(SpreadingFactor)。SIR=RSCP/ISCP=C/I=Carry/interferenceEc/No:定義為：=RSCP/RSS