GPS接收机的灵敏度分析
(2011-12-13 12:27:44)
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摘要：GPS接收机的灵敏度是影响GPS应用范围的非常关键的指标，目前业界纷纷推出高灵敏度的GPS接收系统，使得GPS的室内定位成为可能，大大拓展了GPS的应用场景。本文对GPS接收机的灵敏度性能进行原理性分析，并给出了设计高灵敏度GPS接收模块的建议。
关键词：GPS高灵敏度接收机设计
1 GPS接收机的灵敏度定义
随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。
作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。
GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。
2 GPS接收模块的灵敏度性能分析
从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响
GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：
（1）
按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：
（2）
GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1频段C/A信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。
GPS信号被天线接收下来后，假如天线有源，则经过滤波器和低噪放，再通过电缆接到接收机部分，接收机内同样经过一级低噪放和一级滤波器，再进射频
前端模块进行下变频和模数转换处理。
天线的有源部分主要是用来补偿从天线到接收模块之间的电缆损耗，假如天线和接收模块之间的插极小，则可以使用无源天线。
GPS接收机前整个特性可以由整个接收机的G/T值来表征。设GPS接收机的射频前端可以分为n级，第i级的增益、噪声系数、等效噪声温度分别为G i、NF i、Te i，则GPS接收机的总的等效噪声温度为：
（3）
其中，G a为天线增益，T a为天线噪声温度。天线的噪声温度和天线大小、信号频率、天线方向图、摆放位置等都有关系，一般GPS天线噪声温度为Ta=100K。根据系统的G/T值即可以得到在一定输进信号功率下的接收载噪比：
其中，k=1.38e-23，为Bolzmann常数。
下表给出了采用有源天线的场景下常见的GPS接收模块前端载噪比计算：
表1有源天线场景下GPS接收单元前端载噪比计算
从上表可以很明显的看出，影响系统载噪比的最主要因素是天线本身的增益和噪声温度，在天线无源部分性能确定的条件下，天线有源部分则决定了整个系统的载噪比变化，而后级的链路增益和噪声系数对系统载噪比基本没有贡献。
实际电路设计中，由于电磁干扰的存在，每一级都有可能引进新的噪声，后级的性能也会对系统载噪比产生重要影响。因此，需要重点考虑电磁干扰对系统性能带来的损失。有源天线的主要目的是补偿天线至接收机的电缆损耗，对于天线和接收机比较接近的场景，天线至接收机的损耗基本可以忽略，则可以直接采用无源天线，通过进步接收机内部第一级低噪声放大器的增益和噪声系数性能，同样可以达到采用有源天线的性能。第一级的噪声系数决定了前级引进噪声的大小，而第一级的增益则决定了后级引进的噪声对系统性能的影响，第一级的增益越大，后级噪声性能对系统性能的影响越小，但同时需要考虑整个信号通路至
A/D量化部分的总体增益，以确保A/D量化对信噪比的损失最小。
下图给出了接收机前级低噪声放大器的噪声系数对系统整体载噪比的影响，图中还给出了不同增益天线的性能差异。实际中选用天线时，除天线增益外，还需要考虑天线的方向图、不圆度以及轴比、驻波系数等性能。
图2前级放大器噪声系数对载噪比的影响
接收机前A/D转换过程也会导致系统载噪比的降低，A/D量化对信噪比的影响主要和A/D量化位数有关，一般以为，1bit量化会导致1.96dB的载噪比损失，但该值的条件是中频带宽为无穷宽。A/D转换的载噪比损失还和中频带宽有关，对于中频带宽即是C/A码带宽而言，1bit量化会导致3.5dB的载噪比损失，而3bit量化带来的载噪比损失为0.7dB（[4]）。
此外，A/D转换对性能的影响还和A/D量化最大阈值和噪声的均方根（RMS）之间的比例有关。
接收机的热噪声基底为：
假设接收机带宽为GPS C/A 码的带宽2.046MHz，则热噪声基底的功率为:
该功率远大于GPS输进信号功率-130dBm，因此系统的增益控制以及A/D量化阈值主要由热噪声确定，与输进信号强度基本无关。
常用的GPS射频芯片中，A/D量化和自动增益控制部分的电路都是联合设计的，
根据A/D量化阈值的要求设置自动增益控制的控制电平。
2.2基带算法性能对灵敏度的影响
基带算法性能直接影响信号捕捉、跟踪以及解调过程对载噪比的最低要求。GPS信号是一个扩频系统，对于C/A码而言，其扩频码为码长1023的Gold码，码速率为1.023Mcps，即每1ms为一个C/A码周期。因此，可以通过进步本地码和接收信号之间的积分时间来进步接收信号的载噪比。
积分方式分为相干累积和非相干累积。相干累积是指直接用本地码和接收信号按位相乘后再累加，而非相干累积则是对相干累积的结果再进行直接相加。
相干累积结果可根据下式进行计算（[5]）：
其中，Δf为本地本振与载波之间的频率差，T为相干累积时间，CN0为到达基带时的
信号载噪比，单位为dBHz，R(τ )为C/A码的自相关函数，Δφ为初始相位差，D 为信号调制的导航电文符号，ηI和ηQ分别为I路和Q路的噪声。
由公式(6)(7)可知，相干累积结果和相干累积时长非常相关，相干累积时间越长，对输进载噪比的要求越低，其灵敏度也就越高，但累积时长过长，由于频偏Δf的影响，上式中第一项值也会越小，又会降低其灵敏度。因此，一般高灵敏度的GPS接收机都需要采用频率稳定度较高的TCXO作为本振，以降低本地频率和载波频率之间的偏差。一般而言，高灵敏度的基带算法对本振的稳定度要求在
8ppm左右，该稳定度包括校正偏差、老化以及温度补偿稳定度，对于频率校正稳定度为2ppm、老化稳定度为5ppm的TCXO而言，一般要求其温度补偿稳定度在0.5ppm以内。
非相干累积结果为，通过公式(6)(7)还可以看出，当采用非相干累积时，由于ηI和ηQ的存在，其信噪比会比相干累积有所降低。
下图给出了不同频率偏移情况下相干累积结果随相干时长变化的情况。由图中可以看出，当频偏较小的情况下，可以选择较长的相干时长以达到较高的相干累积结果。
图3相干时长与相干累积结果的关系
2.3高接收灵敏度的GPS接收机设计
根据本文前述内容的分析可知，要设计高接收灵敏度的GPS接收机，需要从以下几个方面着手：
1、要有好的抗干扰和隔离设计，由于GPS信号属于弱信号，信号强度在
-130dBm左右，因此射频通道内任何一级引进的干扰都有可能极大地影响系统的接收信噪比，因此，需要从电路设计上做到抗干扰和隔离，尤其是地线的设计，差的地线设计可以使系统信噪比降低6dB以上；
2、需要最小化接收机噪声，即尽可能进步系统的G/T值，这可以从尽量降低前级噪声系数、前级增益等方面进行，但同时还需要考虑系统的动态范围，全通道增益不能过大；
3、要有好的基带算法，包括对信噪比要求极低的捕捉、跟踪算法，这一点目前在业界很多GPS基带芯片内都已经实现；
4、需要高稳定度的本振，这也是好的基带算法能够工作的必要条件。
3总结
随着GPS应用范围的不断扩展，业界对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高。GPS接收机的灵敏度主要受两个部分的限制：一是接收机前端电路包括天线部分的设计，二是接收机基带算法的设计。其中，接收机前端电路决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。本文针对上述两个方面的原理分别进行了阐述，并给出了高灵敏
度接收机设计的建议。
参考文献
[1]. M. Braasch and F. van Graas, “Guidance accuracy considerations for realtime GPS interferometry,” in Proc. 4th Int. ech. Meeting Satellite Division of the Institute of Navigation, Sept. 1991, pp. 373–386.
[2]. P. Nieuwjaar, “GPS signal structure,” NATO A GARD Lecture Series No. 161, The NAVSTAR GPS System, Sept.1988.
[3]. Anonymous, Interface Control Document ICD-GPS-200, Arinc Research Corporation, Fountain Valley, CA, July1991.
[4]. Machael S. Braasch, A. J. Van Dierendonck, GPS Receiver Architectures and Measurements,Proceedings of The IEEE, Vol. 87, No. 1, January 1999 [5]. Bradford W. Parkinson, James J. Spilker Jr., Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1996(end)
本资料来源于：
https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,/view/a48d224ac850ad02de804129.html
以下是少有的有水平的讨论，作为补充。
GPS信号功率2008-06-16 10:15
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讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
问题:我们经常看到某些GPS芯片
商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一
级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5
2
jinfoxhe:
R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益.
2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB.
3 见1.
snow99:
好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像
GPS RF BW: 2.046 MHz
Modulation: BPSK
Process Gain: 46 d
Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz
Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)
Receiver NF: 3 dB (Typical)
Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm
这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间
https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,]
Arm720:
楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解:
1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求
芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了!
那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗
Arm720:
看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄!
不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了!
以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言:
1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益.
2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调
Eb/N0为4-5dB.
3 见1.
今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调
需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这个理论值是衡量实际系统能够
工作的重要依据.
比如,接收系统的灵敏度理论值为-150dBm (该值仅为了举例),如果你在室内测量到的GPS信号为
-145dBm,说明你的系统在室内也能工作.
上面是个人理解,望大家指正.
看来Sow99兄对GPS有丰富的经验,可否大致说明一下这些指标的设计思路啊
snow99:
我现在不做GPS, 只有一点简单的了解, 这方面也是一知半解.
上面给出来的公式有点问题
GPS RF基本参数
RF BW: 2.046 MHz
Data Rate: 50 bps
PN Rate: 1.023 Mbps
Data repeat: 1 ms
Process Gain (per data) = 10*LOG(1.023 Mbps / 50 bps) = 43 dB
Required Eb/N0 由基带处理器决定--- 基带并行相关器数目N和积分时间T, 一般来说, N和T越大, Required Eb/N0 就越低. N增加表示系统复杂度增加, T增加表示启动时间变长.
抄一下灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF
比如说SiRF最新的产品有-159DBM的灵敏度, 并且冷启动时间是三十几秒, 说明它有很大数量的相关器, 实际上这个数字N > 200000
在CDMA/WCDMA/GSM手机上的GPS接收可以由网络协助完成(SA),因此不需要太复杂的基带处理器,并且所需C/N很低,比如17DB-HZ (CDMA/WCDMA)
Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB
灵敏度S= -111 + Eb/N0+NF=-111-46+NF=-157+NF
NF是接收机从天线到基带的级联噪声系数
snow99:
这是GPS接收所需C/N与相关器数目N和积分时间T的曲线
snow99:
注意C/N的单位是dB-Hz, Eb/N0 (dB) = C/N - 10log(RF BW)
GPS RF BW: 2.046 MHz
伽利略系统RF BW: 4.092 MHz
Arm720:
snow99兄,感谢你的精辟分析!版主该给snow99兄加分了吧!
从你的分析,我发现了一个很奇怪的现象:GPS在信号功率小于噪声功率,系统也能正确解码,分析如下: GPS系统灵敏度:S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF.也就是说如果GPS接收器系统的灵敏度比-111dBm还要小,意味着Eb/N小于0,也就是信号功率小于噪声功率,换句话就是信号淹没在噪声中,也能正确解码.分析到这儿,我又有点糊涂了:
1) 如果GPS接收信号的功率为-130dBm,比-111dBm小,但是并不意味着信号功率小于噪声功率呀.
2) 上面这种情况,如何分析灵敏度,GPS信号功率,信号比之间的关系
snow99兄,这个信噪比的要求感觉太小了吧:Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB
jinfoxhe:
GPS在信号功率小于噪声功率,系统也能正确解码
对的, 这就是扩频带来的好处,提高了系统的灵敏度.缺点就是需要更大的带宽
Arm720:
本论坛的高人比较多啊!
不知噪声功率一般是多少,也就是环境噪声的功率,另外如何计算从天线进入到系统的噪声功率这个问题
搞清楚了就能详细分析信号功率,噪声功率和信噪比之间的关系了;然后分析和灵敏度之间的关系
Arm720:
前面有一个问题没有描述清楚:
1) 如果GPS接收信号的功率为-130dBm,比-111dBm小,也就是信噪比为负值,信号功率小于噪声功率,但是此时并不意味着信号功率就小于噪声功率.这就是互相矛盾的地方.那位朋友能说说您的理解和看法
今天网上找到一片文章,详细讨论噪声系数的,正在研究中,初步的研究结果是:
1)射频系统讨论的噪声是热噪声,也就是这种噪声不是从环境噪声中来,是由电路自身产生的噪声,与外部
环境无关;据我的理解如果是从外部环境中来,应该称之为干扰!
2)NF (Noise Factor)噪声系数,与信噪比无关,NF描述的是信号在系统热噪声的影响下,对信号影响的描述.
对噪声,灵敏度的研究在继续中,希望这几天就有结果,大家也一起来讨论!
据我的理解,如果你研究射频,不研究噪声,系统灵敏度度,就不能把握射频系统的设计和全面分析,但是对这种研究比较枯燥;因为没有实物,又不能测量,唯一能做的就是呆板枯燥的公式分析.
Submarine:
扩频系统的灵敏度S=KTB+Eb/No+NF-Gp,其中Gp为扩频增益.这个和一般的灵敏度计算公式有点不同,就是最后的扩频增益的差别.扩频增益为扩频数据率/基带数据率.
tina_whj:
据我的理解,如果你研究射频,不研究噪声,系统灵敏度度,就不能把握射频系统的设计和全面分析,但是对这种研究比较枯燥;因为没有实物,又不能测量,唯一能做的就是呆板枯燥的公式分析.
强烈赞同,刚开始学习射频知识,感觉特迷茫
Arm720:
我的研究轨迹,共楼上的朋友作参考.我接触射频时,能感到的问题是匹配,集中精力攻关匹配方面的问题,同时做仿真方面的准备;然后遇到的问题是系统的性能分析,也就是灵敏度吧,现在集中分析灵敏度和噪声问题;可能接下来碰到的问题就是电路实现方面的,要研究微带线,天线方面的内容.
好,下面继续噪声方面的讨论
感谢submarine朋友对灵敏度给出新的公司描述!正好手上有一篇介绍CDMA的灵敏度文档,确实是如此,但是对于噪声功率,有一个问题一直都想不通.噪声功率的公式为:(是热噪声的功率)
Pnoise = KTB (K: 波尔兹曼常数1.38x10的-23次方;T:开氏温度=摄氏温度+273.15,此处
T=290;B:equivalent noise bandwidth--不知道怎么翻译,我的理解是带宽) ----- 问题就在这个带宽B 上面
单位HZ噪声功率= 4.002x10的-21次方瓦特. Pnoise(dBm) = -174dBm .------ 这就是-174dBm 的来历.
问题(1)就是: 带宽越宽,噪声功率越大;你系统的带宽越宽,系统的噪声功率越大,这和实际不符;在实际系统中应该是噪声能量大,而不是功率大,功率应该是不变的吧.
在看看灵敏度的公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽. 实际上
10*log(BW)就是上面公式中的参数B部分;问题(2)得出的结果是系统带宽越宽,灵敏度越低,这是个非常奇怪的结论.
Jinfoxhe:
带宽越宽,噪声功率越高.这是没错的,其实你说的噪声功率和噪声能量是一回事.
S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF,这是对射频(中频)而言.没有考虑基带的处理增益,如果是扩频系统,Gp会带来灵敏度的提高.
'问题(2)得出的结果是系统带宽越宽,灵敏度越低,这是个非常奇怪的结论'这个结论很正常.
woshi622:
这里有个问题我不太明白
S=-174dBm+10*log(扩频后带宽)+Eb/N0+NF-Gp
此处的Gp=10*log(扩频后速率/扩频前速率).
那么一算的话S==-174dBm+10*log(扩频前带宽)+Eb/N0+NF
此时的扩频又有什么意义
还有,这里应该要加入天线的增益吧,望解答
everyday:
以下是引用woshi622在2006-4-27 10:02:00的发言:
S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF
此处的Eb/N0应该已经包含了扩频增益.
还有,这里应该要加入天线的增益吧,望解答
这个灵敏度是做天线以后的计算公式.如果你要从天线端算,应该加天线的增益,但是天线的增益并不是每个方向都是一样的.所以一般公式都没有加.
Ayuyu:
通常我们说的的噪声基低-174dBm,其实它是常温下热噪声功率谱密度,准确的单位应该是dBm/Hz.是单位Hz上的热噪声功率.所以带宽越宽,频域积分的功率就越大,但是常温下热噪声的功率谱密度是不变的. SNR就是信噪比比.就是信号和噪声功率比,它等于Eb*R/(N0*B),R是数据比特速率,B是信号占用带宽而不是RF/IF通道的带宽.在扩频系统中通常和扩频信号的chip rate取同样的值.
Eb/N0的概念是每比特能量和噪声功率谱密度的比值.如果只考虑热噪声,系统容量(数据比特速率)和它占用的带宽比值趋于零,那么Eb/N0有个理论极限值就是香农极限-1.6dB. 从香农公式R=B*log2(1+SNR)可看出,传输的数据速率一定,信号的功率一定,增大传输信号占用带宽,可以降低系统对SNR的要求也就是降低对Eb/N0的要求.扩频系统就是采用增大信号占用带宽的方法来降低系统对SNR的要求.
GPS也是扩频系统.
灵敏度实际上就是指能够满足指定Eb/N0的最小信号功率.如果数据比特速率R一定,增大信号占用带宽B,此时带宽内的噪声功率N0*B增加,到了一个程度可以使得SNR<0dB,就是说在这个带宽内信号功率Eb*R小于噪声功率N0*B,信号淹没在噪声里,但是Eb/N0仍然可以被保证,也就是说系统可以正常工作. 所以SNR LNA到ADC之间的放大倍数为124dB
Arm720:
woshi622朋友,我在逐渐写出我最近想到和碰到的问题,我现在对于你的问题也没有定量的研究,我也想知道,如果你近期有研究成果,欢迎发表!
我最近较忙,没有时间做研究和仿真了,只能业余时间研究一下;扩频带宽和灵敏度之间的关系,应该有一个曲线来描述,曲线拐点就是最优的值.
希望大家一起来研究,各位朋友的观点和意见能起到抛砖引玉和指引方向的目的,我就是沿着这个方向研究的,但是更进一步的理解还是需要个人去找参考书来加深学习.
这个论坛很好,资料很多,一起讨论的朋友也热心和多呀.
woshi622:
通过我对一些扩频项目标书的研究,发现扩频增益并不能直接影响接收灵敏度的,改变的只是信号在传输时对一些特定信号的抗干扰能力,如一些窄带功率很大的信号
Cmin=C/No+Rb-Gviterbo+L-G/T-K(L为解扩损耗)
如有不对,希望能够指正
ayuyu:
其实最有意义的是SNR或Eb/N0.灵敏度并没有多少意义
Arm720:
同意前面woshi622 和ayuyu兄的观点,扩频不能带来灵敏度上的任何提高,只能增强系统的抗干扰能力---- 没有见到权威资料描述0,欢迎讨论!
扩频系统灵敏度公式1:Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + Eb/No (dB) - Gp (dB)
扩频系统灵敏度公式2:Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + SNR(dB) ---> SNR = Sout/Nout (dB) 实际上公式2才是灵敏度的表达式,为什么要转化为Eb/N0的形式原因在于BER (Bit Error Rate)是通过比特能量Eb来衡量和计算的.
先解释一下各个部分的含义:
NF:噪声系数K,T:波尔兹曼常数和开氏温度(此处=290K)
B :扩频带宽Eb : 每比特信号能量N0:噪声功率谱密度(注意有所不同) = F*KT --- 多一个噪声系数F Gp:扩频增益= B / R (R = 用户数据波特率)
实际上Sout/Nout = Eb/N0 - Gp (dB) ; 推导一下这个公式.
回顾一下Energy = Power * T -> Power = Energy * 1/T --说明1/T 就是数据波特率
也就是Sout = Eb * R ; Nout = F*KTB --- 注意输出噪声有一个噪声系数F
Sout/Nout = Eb * R / (F*KTB) = (Eb/F*KT) * (R/B) = Eb/N0 * 1/Gp
再写一个比较全的灵敏度公式作细化分析:
Sin = F * KTB * SNR = F * KTB * Eb/N0 * R/B (mW) ->这个公式的含义就非常清楚了,扩频带宽B 给约掉了.
结论:
1)扩频对系统灵敏度没有任何的影响--- B给约掉了
2)扩频提高了抗干扰能力;通过R/B 看出--- 为什么使用扩频通讯的原因
3)编码算法能有效提高系统灵敏度---> 这就是无线通讯为什么人们孜孜不倦的研究高增益的编解码算
法的原因;因为编解码是有效降低Eb/N0,提高系统灵敏度,扩大覆盖的半径;今天恍然大悟.
到此为止,研究基本告一段落.还有下面的问题没有细化研究:
1)Eb 和BER之间的关系,这个非常的复杂,与具体的编解码算法相关. 不做细化研究.
感谢各位朋友的热心支持,给出研究方向,灵敏度研究暂告一段落,下面步入微带线和天线的研究,欢迎交流! Arm720:
本来以为到此研究就结束了,但是在实现过程中还是会碰到不少的问题.
扩频系统灵敏度公式1:Sin (dBm) = NF (dB) + KTB(dBm) + Eb/No (dB) - Gp (dB) ----- 这个公式描述的是系统在理想情况下的灵敏度理论值,也就是你设计的电路系统的极限值,为实际设计和调测作参考,很重要的.系统实测的灵敏度和这个值作比较,就能发现你的系统是否优良,同时也指导你找出原因.
实际实现过程中,你的电路系统几乎是达不到这个指标的,因为实际电路中,由于PCB布线,屏蔽,等各方面的原因,引入干扰,降低系统了的信噪比,降低了灵敏度.
那么再提出一个问题:电路实现过程中,有哪些手段去提高设计电路的灵敏度我先说一下我的想法,希望各
位朋友参与和提供实践上的指导.
1)提高实际电路的灵敏度,关键点在第一级的LNA和输入匹配电路的设计
2)LNA输入匹配的关键在于最低噪声系数匹配,匹配方法为Gt增益圆,NF噪声圆,稳定圆,找合适的GamaS (不多讨论匹配细节)
上面是传统的匹配步骤,我个人感觉忽略了一个很重要的考虑因数,就是对灵敏度的考虑,我们再把接收到的信号功率在细化的分为几个部分:
Paten:天线接收的信号功率Psignal:天线信号经过匹配后的输出信号功率,也就是LNA之前的信号功率
Psig_reflect :不完全匹配从LNA反射回的功率Psig_LNA :LNA接收到的信号功率
他们之间的关系为:Psignal = Paten * aFactor (衰减因子) = Psig_LNA + Psig_reflect ---- 这个公式对分析灵敏度很重要
实际上对系统有效解码的信号是Psig_LNA -----> 这个为提高电路系统灵敏度提供了理论依据;要知道电路系统实际接收到的信号的从天线接收到的信号,提高灵敏度的途径就是有效降低天线信号功率和LNA 吸收信号功率(有时也叫源信号资用功率) 的差值:
1) 降低从天线信号功率的衰减因子--- 和匹配电路相关
2) 降低LNA输入系统的反射功率--- 也许NF匹配就确定了LNA的反射功率,是否有新型电路结构能降低VSWR,又能降低信号的反射功率.
Arm720:
希望各位朋友能提供LNA输入级,在实践上灵敏度的指导和理论验证. 在电路实现上,对LNA输入级有哪些方法能达到下面的目的:
1)降低匹配系统衰减因子2)既有较低的NF系数,又有较低的VSWR(较低的反射功率)
awp666:
可以通过选择合适的工作点来选择你需要的NF,如果是VSWR则需要通过匹配电路来实现.不过,NF与Gain是不能同时满足的,因此你需要计算出你认为合适的值,然后选择好LNA的工作点.在SMith原图上,把这个工作点通过匹配网络转回圆心,看看需要什么电路形式,进一步用优化的方式使整个通带都满足你的要求.
Arm720:
多谢版主!
一般情况下LNA设计中,NF,VSWR,增益是互相矛盾的;好的NF,增益又低了,VSWR也大了,总之既要得到好的NF,就不可能得到好的VSWR和增益;
在电路中提高系统灵敏度,通过分析实际上要达到的目的是降低NF,同时又降低VSWR;主要是低的VSWR,信号功率损失反射损失低,那么进入LNA进行放大的信号功率增加,达到提高系统灵敏度的目的;感觉我们在NF匹配中,很少考虑VSWR对系统灵敏度的影响.
实际电路实现中,有没有一些新颖的电路结构,做到NF也低,VSWR也低
传统的灵敏度描述再修改一下:降低NF 和LNA的VSWR,是提高电路系统灵敏度的有效方式.
对于VSWR 对灵敏度的定量影响还要继续研究一下,希望有朋友能提供实践方面的经验数据等. 多谢! woshi622:
有很多书上是在接收灵敏度公式里并没有出现KTB,而是用10LgK+G/T(接收机品质因素)来表示,
ARM兄我知道你理论清晰且加资料多,能帮我解释下G/T么
Arm720:
写个全的灵敏度公式吧,局部没法分析啊,你在哪本书上看过可以用图片的形式把灵敏度的描述这个部分
贴出来,我试着分析一下.
Arm720:
灵敏度的理论研究就到此为止吧,对于实际电路提高灵敏度的方式,另起一贴讨论吧.实践方面的挑战还是比较多的,也很有乐趣,虽然前期看了很多资料,但是分析起来还是感觉到力不从新啊.
woshi622:
Cmin=Eb/No+Rb(信息速率)-G(译码增益)+L(解扩损耗)-G/T-10LgK
G/T为接收机品质因素,那份资料上没有写推导方法,大概是与天线和接收机有关
Everyday:
对于GPS的灵敏度,我想说明一下.
现在业界SIRF算是GPS的老大,它的tracking灵敏度可以做到-159dBm.对应的C/No为13dB-Hz.
在GPS中C/No用的很多.能介绍一下C/No与Eb/No之间的关系吗
Arm720:
手上没有C/N0表示系统灵敏度的资料,就连分析Eb/N0都找了很久,可能是我找的领域不对;射频的书籍是不会详细描述到Eb/N0和C/N0这一步,哪位朋友有这方面电子文档,如果方便,发一份到我邮箱里面吧,先谢过!
SiRF芯片-159dBm的灵敏度确实高,但是不知是在多少误码率的情况下得到的他们的文档资料都是保密的,据我了解,SiRF芯片运动轨迹的漂移比较大,误码率高是主要原因吧,虽然有些地方能接受到信号,但是解码不稳定,导致静态漂移也大.
我的分析不一定对,但是他的资料是绝对不开放的,很难进一步的了解他们的产品.
Everyday:
的确在LNA的设计中NF和Gain时相互矛盾的,但是在实际的应用中只要你选用的IC能够达到你的要求就OK了.例如:在GPS的LNA设计时一般的要求时NF15dB.一般来说,你选用的管子或者片子都能达到这样的要求.
在GPS实际的应用中,还要考虑功耗,layout面积,匹配是否方便,一致性问题等等.功耗是一个相当关键的指标,你设计的LNA除了NF,Gain就是Ic了.比如现在我们设计的一款GPS LNA,达到了NF17dB,而工作电流为3mA(2.7V).S11,S22解码器--Et-->前向纠错(FEC)--Edec-->RS译码--Eb-->解码输出用户传输数据
Es :单位符号能量Et:单位比特信号能量
Edec:输入RS译码器单位比特能量Eb:用户速率单位比特能量
从Eb/N0反推C/N的过程比较复杂,可以看出与具体的编解码算法相关.---转换过程很复杂,部分内容还需要在详细研究一下.
Arm720:
研究过程中的一个难点一直没有搞明白. 就是C/N = Es/N0. 不知道这个是如何推导和计算出来的还有就是载波到底是调制前的还是调制后的
在数字通讯中,为调制信号和载波信号相乘后输出,那么电路系统接收到的调制后(也就是相乘)的信号,包含载波和符号信号.
根据付立叶变换,时域两信号相乘,在频域的表现两信号频域的卷积,频谱上的表现为fc+fs, fc-fs ; 也就是接收信号不会出现载波信号,而是出现两个频率的信号.
那位大侠能帮助解释一下C 的详细含义,到底是载波还是信号(包含载波和符号), 以及C/N 是如何与Es/N0相等
它的定义影响到功率和能量方面的分析. 多谢!
Ayuyu:
研究问题就要这股劲,我喜欢!
这里我有些看法供你参考;
1.基带信号经调制器后,载波信号会被抑制,在-25dBc到-50dBc之间,所以载波基本不影响信噪比的计算,这个调制信号通常是双边带信号.
2.C/N and C/N0是卫星通信中常用术语,通常指的是信噪比和信号对噪声功率谱密度之比,由于数据经调制后输出的是速率为Rs调制符号,Es/N是解调器输出的信噪比,就是单位符号能量对噪声功率比,可以用矢量信号分析仪很容易测得,在DSP里也可以很容计算Es/N.如果Es/N来表示C/N=Rs×Es/N,这是我们工程上常说的信噪比;考虑N=N0×B就有C/N=Rs*Es/(N0*B),若取噪声带宽与信号的带宽相同,那么
B=Rs,
所以C/N=Es/N0.
Arm720:
非常感谢ayuyu兄的鼓励和帮助!
我个人困惑的问题就在这儿:C/N=Rs*Es/(N0*B) = (Es/N0)*(Rs/B),就在Rs/B上面.拿GPS来说吧,载波频率为1.5742G,扩频带宽B为2.046M;此处的B就是2.046M,但是符号速率Rs是要小于2.046M 的
ayuyu:
那是因为在基带调制器后有个基带成型滤波器(通常是升余弦一类的滤波器),使得信号占用频谱宽度加大,在这里衡量等效噪声带宽时通常取Rs同值
checkz:
公式的物理含义
灵敏度的定义是在满足系统要求时(即Eb/N0)信号的最小电平.
Eb/N0由基带部分的算法以及解调方式决定,所以对于特定的基带系统Eb/N0是一个定值.
再看NF,它是由天线到基带接口中间所有的级联电路决定的,对于特定的电路当然也是定值,
所以在以上两种条件都定下来的情况下,这个最小电平是由带宽决定的.
这个公式有两个作用
1.根据规范(规定了所需要的灵敏度,BW,Eb/N0比如GSM,灵敏度=-104dBm左
右,BW=200Khz,Eb/N0=9dB)计算出射频接收前端所需要的NF然后根据这个指标选择不同的元器件进行接收链路的预算(linkbudget)
2.根据实际的射频前端系统计算出灵敏度这和1是个相反的过程.
例如GSM系统BW是200K
S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF
鄙人的一点粗见,不到之处敬请之处.
Yshzhang:
参照WCDMA的算法,这个真实一点
WCDMA通信系统接收机(基站)灵敏度计算
WCDMA作为第三代移动通信最重要的标准之一,其基站设备的性能直接关系到网络的覆盖和质量,射频带宽等于码片速率,即3.84MHz,对于速率为12.2kbit/s,QPSK调制信号,在Eb/No值为5dB时可以获得规定的误码率BER(0.1%).
可以计算得到:
KTBRF(dBm)=10log(1.381×10-23W/Hz/K×290K×3.84MHz×1000mW/W)
=-108dBm.
Gp(dB)=BRF/Rb=25dB
于是,基站灵敏度:
S(dBm)=NF-108+5-25
=NF-128dB
因此对给定的S=-121dB情况下,系统的噪声指数NF必须小于7dB.
浅谈接收设备灵敏度 灵敏度介绍及计算 接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力，我们经常谈及的某产品或者某设备的灵敏度，其实是最大可用灵敏度，即指保证接收设备正常工作所需输出信号电平或信噪比。 信噪比（S/N）是电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。信噪比的计量单位是dB，计算公式如下： S/N=10lg(PS/PN)= 20Lg(VS/VN) Ps: 信号的有效功率 Pn:噪声的有效功率 Vs:信号电压的“有效值” Vn:噪声电压的“有效值” 设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高。 信噪比是接收设备的关键指标，也是计算灵敏度的直接参数。灵敏度的计算公式如下，单位是dBm。 Si = -173.93 dBm + 10lgBW + NFSYS + (S/N) BW:信号带宽（Hz） NFSYS:收信机噪声系数 S/N:信噪比 从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使Si小，可以从以下方面着手， a)降低系统噪声系数， b)提高信噪比 c)减小信号的带宽 SX1278灵敏度的分析 我们为了计算其灵敏度，只需要测量信噪比和噪声系数即可。在SX1278的数据手册中我们查询到了以下的数据。 不同扩频因子SF下，信道的信噪比：
不同链路增益下的噪声系数 由此我们可以计算出不同带宽的灵敏度： BW=125K参考值： 计算值: RFS_L125_HF RFsensitivity, Long-Range Mode, highest LNA gain, Band1, 125kHz bandwidth SF=6-123dBm SF=7-125dBm SF=8-128dBm SF=9-130dBm SF=10-133dBm SF=11-135dBm SF=12-138dBm BW=250K参考值：
1 GPS接收机的灵敏度定义 随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。 作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。 GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。 2 GPS接收模块的灵敏度性能分析 从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。 2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响 GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为： （1） 按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为： （2） GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1频段 C/A信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。
课程名称：光纤通信 实验名称：实验3 接收机灵敏度和动态范围测量实验 姓名： 班级： 学号： 实验时间： 指导教师： 得分：
一、实验目的 1、了解和掌握光收端机灵敏度的指标要求和测试方法。 2、掌握误码仪的使用方法。 二、实验器材 主控&信号源模块 25 号光收发模块 23 号光功率计&误码仪模块 三、实验原理 光接收机的性能指标主要包括灵敏度和动态范围。 （1）灵敏度 灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示了光接收机接收微弱信号的能力，是系统设计的重要依据。光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。在测灵敏度时应注意 3 点： 1、在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为，而在420km 数字段中，则要求每个中继器的误码率为。对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。 2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。因此，要特别注意“最小”的概念。所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。 3、灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。在光纤数字传输系统中常用的 2 种码型NRZ 码和RZ 码的占空比分别为
接收灵敏度 Rx 是接收（ Receive ）的简称。无线电波的传输是“有去无回”的，当接收端的信号能量小于标称的接收灵敏度时，接收端将不会接收任何数据，也就是说接收灵敏度是接收端能够接收信号的最小门限。 接收灵敏度仍然用 dBm 表示，通常 WiFi 无线网络设备所标识的接收灵敏度（如 -83dBm) ，是指在 11Mbps 的速率下，误码率（ Bit Error Rate ）为 10 -5 (99.999%) 的灵敏度水平。 无线网络的接收灵敏度非常重要，例如，发射端的发射能量为 100mW 或 20dBm 时，如果 11Mb 速率下接收灵敏度为－ 83dBm ，理论上传输的无遮挡视距为 15Km ，而接收灵敏度为－ 77dBm 时，理论上传输的无遮挡视距仅为 15Km 的一半（ 7.5Km ），或者相当于发射端能量减少了 1/4 ，既相当于 25mW ，或 14dBm 。 因此在无线网络系统中提高接收端的接收灵敏度，相当于提高发射端的发射能量。 802.11b/g 要求的接收灵敏度如下： 调制方式 OFDM OFDM OFDM OFDM CCK CCK DQPSK DBPSK 传输速率 54 Mb/s 48 Mb/s 36 Mb/s 24 Mb/s 11 Mb/s 5.5 Mb/s 2 Mb/s 1 Mb/s 接收灵敏度 -68 -69 -75 -79 -83 -87 -91 -94 dBm (for BER = 10 -5 ) 从表中看出 802.11b/g 对不同的速率要求不同的接收灵敏度，意味着接收端的信号强度越小，速率越低，直至无法接收。 由此看到，在无线网络系统中，提高接收端的接收灵敏度与提高发射端的发射功率同等重要
接收灵敏度的定义公式 摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。 在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。 从噪声系数F推导Eb/No关系 根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。 图1. 下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们： Sin = 可获得的输入信号功率(W) Nin = 可获得的输入热噪声功率(W) = KTBRF其中： K = 波尔兹曼常数= × 10-23 W/Hz/K， T = 290K，室温 BRF = 射频载波带宽(Hz) = 扩频系统的码片速率 Sout = 可获得的输出信号功率(W) Nout = 可获得的输出噪声功率(W) G = 设备增益(数值) F = 设备噪声系数(数值) 的定义如下： F = (Sin / Nin) / (Sout / Nout) = (Sin / Nin) ×(Nout / Sout) 用输入噪声Nin表示Nout： Nout = (F × Nin × Sout) / Sin其中Sout = G × Sin 得到： Nout = F × Nin × G
最近，GPS导航系统已被全球的消费市场广泛采用。GPS不仅被用于专业或商业应用，如军事跟踪、运输车队、科技探索，而且还普遍用于许多消费类产品，如手机和个人数字助理(PDA)设备。 实际上，车载GPS导航系统近几年来已经成为美国、欧洲和日本市场上中高端汽车的标准配备。GPS售后市场同样火爆，因为车载娱乐信息系统，如具备大屏幕液晶显示器的DVD影院将很有可能带有GPS功能。 中国现在是备受关注的最重要的新兴市场之一。2005年底，中国配备GPS的汽车不到10万辆，市场渗透率不及2%，远远低于成熟市场的渗透率。预计从2006年至2009年，中国的GPS市场每年将以至少50%的增长率迅速发展。到2009年，GPS产品总销售额将为大约100亿元人民币。这就是GPS成为RF领域成长最快速的市场的原因所在。 此外，对GPS接收器灵敏度的严格要求(特别在高楼大厦林立的城市地区)也推动了外部低噪放大器(LNA)应用市场的发展。英飞凌科技公司(Infineon Technologies)的BGA615L7是为数不多的、即使在弱信号条件下也能提高接收器灵敏度并兼具优异RF性能的GPS LNA之一。 在电气特征方面，BGA615L7具有18dB的系统增益，系统噪声系数低至0.9dB。它的RF输出在内部进行了50欧姆的匹配，更重要的是，它可以承受基于人体模型的1kV静电放电(ESD)。本文将讨论利用BGA615L7来提高GPS RF系统性能。 GPS系统已得到广泛使用，但GPS应用目前还面临一些技术挑战。GPS信号的强弱取决于信号带宽和噪声基底。但无线环境非常复杂，一方面，GPS噪声基底约为111dBm/MHz且必须被防护，另一方面，来自导航卫星的弱信号易受到树叶、多通道干扰以及天气状况的影响，而且在室内还会被进一步削弱，因此单芯片GPS接收器在如此苛刻条件下，若没有外部LNA几乎无法工作。图1给出了GPS接收机系统的总体框图。 为提高GPS接收器的灵敏度，可以将单片微波集成电路(MMIC)或射频(RF)晶体管用作GPS接收器中的LNA。性能良好的RF晶体管具有非常低的噪声系数和非常高的增益，但为获得最佳RF性能，需要进行非常复杂的RF设计。 MMIC LNA的工作原理与RF晶体管相似，但它采用不同的RF设计方法。与RF晶体管LNA相比，MMIC LNA易于使用且RF设计复杂度低，外部器件数量少，能节省PCB空间并且缩短产品开发周期，因此现在MMIC以RF LNA形式广泛用于许多无线应用。 BGA615L7是一种专门为GPS设计的硅锗(SiGe)LNA MMIC，采用了英飞凌的B7HF技术。BGA615L7能经受基于人体模型的1kV静电放电，增益高达18dB，噪声系数低至0.9dB，输入三阶截止点(IIP3)在1.575GHz 处为-1dBm。此外，BGA615L7还具有预匹配输入、预匹配输出和片上关断功能，而待机电流低至3uA。BGA617L7采用小型P-TSLP-7-1无铅封装，非常适用于便携式设备和PCB空间受限的设备，如手机、PDA 和GPS模块。(以上数据的测试条件为TA=25℃，Vcc=2.8V，频率=1575MHz) 1. 低噪声系数和高增益特性
实用文档之"接收灵敏度的定义公式" 摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。 在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA 蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接 收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。 从噪声系数F推导Eb/No关系 根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。 图1. 下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们： Sin = 可获得的输入信号功率(W) Nin = 可获得的输入热噪声功率(W) = KTBRF其中： K = 波尔兹曼常数= 1.381 × 10-23 W/Hz/K， T = 290K，室温 BRF = 射频载波带宽(Hz) = 扩频系统的码片速率 Sout = 可获得的输出信号功率(W) Nout = 可获得的输出噪声功率(W) G = 设备增益(数值) F = 设备噪声系数(数值) 的定义如下： F = (Sin / Nin) / (Sout / Nout) = (Sin / Nin) ×(Nout / Sout)
接收机灵敏度分析 时间：2010-01-19 13:05:49 来源：作者： 1 GPS 接收机的灵敏度定义 随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS 的使用范围。作为GPS 接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS 接收模块孜孜以求的目标。对于GPS 接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm 以下的接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm 和-148dBm 以下。GPS 接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度；在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。为了实现定位，GPS 接收机还需要解调GPS 卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要的最低信号强度为初始启动灵敏度。根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，初始启动灵敏度最差。 2 GPS 接收模块的灵敏度性能分析 从系统级的观点来看，GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。 2.1 接收机前端电路性能对灵敏度的影响 GPS 信号是从距地面20000km 的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1 频段（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为： 按照GPS 系统设计指标，L1 频段的C/A 码信号的发射EIRP（Effective Isotropic RadiatedPower，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS 系统L1 频段C/A 码信号到达地面的强度为： GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS 系L1 频段C/A 码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1 频段C/A 信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。 一般GPS 接收机的结构如下图所示： GPS 信号被天线接收下来后，如果天线有源，则经过滤波器和低噪放，再通过电缆接到接收机部分，接收
接收灵敏度指标分析 本文对接收机设计、测试一些会遇到的问题比如噪声系数对接收机灵敏度的影响；本振频率误差与接收机灵敏度的影响；接收机灵敏度的两种表达方法有何联系等进行了一些较为接近理论的分析。由于本人理论水平的限制一定会有很多理解不正确的地方，不当之处还请大家讨论。 接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力，它是制约基站上行作用距离的决定性技术指标，也是RCR STD-28协议中，空中接口标准要求测试的技术指标之一。合理地确定接收灵敏度直接地决定了大基站射频收发信机的性能及其可实现性。它是对CSL系统的接收系统总体性能的定量衡量。接收灵敏度是指在确保误比特率（BER）不超过某一特定值的情况下，在用户终端天线端口测得的最小接收功率，这里BER通常取为0.01。接收机的接收灵敏度可以用下列推导得出： 根据噪声系数的定义，输入信噪比应为： (S/N)i=NF(S/N)o 其中NF为噪声系数，输入噪声功率Ni=kTB。当(S/N)o为满足误码率小于10-2时，即噪声门限，则输入信号的功率Si即为接收灵敏度： Si=kTBNFSYS(S/N)o （1） 其中： k：波尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）； T：绝对温度（K）； B：噪声带宽（Hz）； NFSYS：收信机噪声系数； (S/N)o：噪声门限。 k、T为常数，故接收机灵敏度以对数形式表示，则有： Si=-174dBm+10lg B+ NFSYS+(S/N)o （2） 举例来说，对于一个噪声系数为3dB的PHS系统，其带宽计为300KHz，如果系统灵敏度为-107dBm，则该系统的噪声门限为： (S/N)o=174-107-10lg(3×105)-3=9.2 从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使Si小，可以从两个方面着手，一是降低系统噪声系数，另一个是使噪声门限尽可能的小。 π/4DQPSK有三种解调方式：基带差分检测、中频差分检测、鉴频器检测。可以证明[1]三种非相干解调方式是等价的，我们以基带差分检测为例进行分析。在具有理想传输特性的稳态高斯信道，基带差分检测的误比特率曲线表示于图1实线[2]所示，由图可以查出在误比特率BER为0.01时，噪声门限(S/N)o为6dB，对于上述例子来说，其噪声门限还有可以再开发的潜力。
工程中模态灵敏度的计算方法 灵敏度即求导信息，它是一种度量，是一种评价由于设计变量或参数的改变而引起结构特性变化的变化程度的方法。系统的灵敏度分析的主要目的是确定设计参数变更时，系统响应、特征值及特征向量等发生的变化率，因此通过灵敏度分析可得到为实现最优化所需要的设计导数。它是当前力学和结构工程领域的主要研究方向之一。例如在结构优化、可靠性评估及结构控制等工程领域，灵敏度信息即是一个主要的先决条件，通常依据灵敏度性态来确定对优化目标及状态变量影响较大的设计参数，利用程序可自动选择灵敏度高的参数进行操作。在结构系统的模型修正时，基于设计参数及矩阵元素的修正算法，可以使用无阻尼实模态的正交归一化条件作为约束求解修正量，目前也有一些文献在使用复模态的正交归一化条件来设计修正算法，这些算法经常使用各种模态参数的灵敏度信息参与修正量的求解。当前，结构安全性检测有时也依赖灵敏度信息来确定结构是否出现损伤、损伤的位置及损伤的严重程度等。 1 阻尼与模态 依据结构阻尼的性质可将振动系统分为无阻尼、比例阻尼及一般粘性阻尼三种情况。在应用灵敏度分析的相关领域中，各种阻尼情况下的模态分析是其重要的基础。 无阻尼情况下的模态被称为实模态或纯模态，特征方程的根比较容易依据方程（λ2M+K）x=0的特征值问题求解，这种问
题在数学意义上称为广义特征问题，得到实频率-ω2r=λ2r及相对应的实模态。当比例阻尼矩阵满足方程C=αM+βK （α，β 为实常数）时，比例阻尼系统具有复频率λ2r，并满足【1】 且与无阻尼系统具有相等的实模态向量。可见比例阻尼系统的数值计算量远低于一般的粘性阻尼系统。当系统的阻尼近似为一般粘性阻尼时，系统的极点与模态都是复值的，系统的特征问题为（λ2M+λC+K）x=0。这不是一般意义上的特征问题，为了将系统特征问题转化为数学意义上的特征问题，即实值矩阵的一般特征问题，常将系统方程转入状态空间形式，第一种常见的状态方程形式为Ay+By=0，其中【2】 这种类型的状态矩阵总也不是对称的，导致它的右状态向量系总也不是内部正交的，还必须要求M-1存在。但是，它的优点是振动系统的特征问题转化为一般矩阵 A 的特征问题，而不是第一种的广义特征问题。在使用两种状态方程的状态向量正交关系时，必须格外注意它们与系统的左右模态之间的关系，以及考虑系统性质矩阵是否对称等，否则极易得到错误的结论。讨论状态向量的正交性及灵敏度问题的意义在于2N 维状态向量的前N 维恰为原振动系统的模
GPS接收机的灵敏度分析 根据GPS 接收机的定位原理和GPS 接收机灵敏度分析接收机性能，发现灵敏度主要与前端电路和基带有着密切关系。据此对GPS 的天线前端电路设计滤波器和低噪声放大器，并对电路的其他方面提出要求，考虑包含处理器和大量逻辑门电路的Cyclo ne 器件，并通过配置嵌入式软核处理设计GPS 接收机。 GPS 系统在海运方面因能够提供连续、高精度的船位，在保证船舶安全经济方面和保证在计划航线上航行有着极为重要的作用。高灵敏度的GPS 接收机要求接收机在卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪。GPS 接收系统的灵敏度指标包括跟踪灵敏度、捕获灵敏度和初始启动灵敏度。目前GPS 接收机基本上可以实现跟踪灵敏度在- 160 dBm 以下，同时初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到- 142dBm 和- 148 dBm 以下。 1 GPS 接收机灵敏度分析GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定： 一是接收机前端信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比; 基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程需要最小信噪比。 GPS 卫星的导航载波信号是L 频段（L 1 ：19cm; L2 ：24 cm）的电波信号，现行GPS 工作卫星采用L 波段的三种导航信号，分别为L 1、L2、L3 ，其载波频率分别为：1 575 42、1 227 60 和1 381. 05 MHzGPS 信号是从距地面20 000 km 的卫星发送到地面，其L 1频段（f L1 = 1 575. 42 MHz）自由空间衰减为： 根据GPS 接口控制文档（interface cONt ro ldocument ，ICD）规定GPS 系统L 1频段C/ A 码信号强度的最小值为- 160 dBW，而GPS 系统设计该频段中C/ A 码信号发射的有效通量密度（effect ive isot ro pic radiated pow er，EIRP）为P=478. 63 W（26. 8 dBW）［4］，若大气层衰减为2. 0dBW，那么GPS 系统L 1 频段C/ A 码信号到达地面的强度为：
灵敏度表示与计算 灵敏度表示与计算 灵敏度是表征电声换能能力的一个指标，其定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率。可见，随着单位和负载的不同，可能有多种不同的表示方法。常见的有开路灵敏度和有载灵敏度两种。所谓开路灵敏度系指在单位声压作用下输出的电动势。换句话说，当话筒(MIC 微音器传声器)的输出端处与开路状态时，若作用在振膜上的声压为P，测得的电压为V，则开路灵敏度。 E=V/P 常用的单位为豪伏/微巴。如果以分贝（dB）表示，开路灵敏度：E（dB）=20lgV/P-20lgV(0)/P(0)分贝 必须特别加以注意的是，当以分贝表示话筒(麦克风MIC 微音 器传声器)的开路灵敏度时，必须注明其基准值。 有载灵敏度又称灵敏度的功率表示法。它是指在单位声压作用下，在传声器输出端的额定负载上输出的电功率。通常规定额定负载为600欧姆。 在上述定义中，都涉及声压的测量问题。如果采用的是声场中某点的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作用在话筒(麦克风MIC 微音器传声器)振膜上的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作
用在传声器振膜上的声压值，得出的则是声压灵敏度。在实际使用中，除非另有说明，通常说明书上给出的是声场灵敏度。 简易远距离无线调频传声器电路 寻求一种发射距离远、拾音灵敏度高、长时间工作不跑频、调试简单易制作，且成本低廉的无线是很多爱好者迫切希望的。本文介绍的单管远距离无线调频传声器即具备以上特点。 由于发射用的环形L1兼作振荡，该天线内流动的是与振荡频率同步谐振的高频电流，所以始终处于最佳发射状态。经实践，在空矿地发射距离大约100～150m（用的是TOLY1781袖珍，该机天线加长至时所能达到的接收距离）。相比之下，在工作电压、工作电流和发射频率同等的情况，L1换成普通螺旋线圈，振荡集电极接上一只5pF电容至长的拉杆天线作发射实验，前后两种发射方式的发射距离几乎相当，证明该内藏式环形天线兼作振荡线圈时的发射效率是相当高的。 内藏式环形天线采用长度160mm，1mm的漆包线制成金属圆环或方框形，嵌入机壳内。调节电容C3，使发射频率落入88～ 108MHz之间，以便用调频收音机接收。当电压在～2V之间变化时，长时间工作，本发射频率稳定不变。电池电压时，整机工作电流约。调试时，手不要靠近环形天线，安放时不要靠近金属物，以免影响振荡频率和发射距离。
讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] 问题:我们经常看到某些GPS芯片 商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] 1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响 [https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] 2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平 [https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] 3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度 [https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] [https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] 这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5 2 jinfoxhe: R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. snow99: 好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像 GPS RF BW: 2.046 MHz Modulation: BPSK Process Gain: 46 d Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)
Receiver NF: 3 dB (Typical) Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm 这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间 https://www.doczj.com/doc/d45121858.html,] Arm720: 楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解: 1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度 2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求 芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了! 那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗 Arm720: 看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄! 不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了! 以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言: 1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带 宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. 今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这
无线电接收机诸多的性能当中，「灵敏度」（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）无疑是其中最重要的一项，同时，也可能是遭遇最多误解的一项了。 曾经听说过有位ＯＭ试着要在天线和接收机的输入端之间，加装一个高增益的前置放大器，以提高灵敏度。这种作法是否正确，有待我们来探讨。 杂讯与讯号杂讯比 直接从字面上的意义，我们了解到，灵敏度是接收微弱讯号的能力。要接收微弱的讯号，一般的想法是设法将讯号储量放大，也就是提高增益（Ｇａｉｎ），以接收更微弱的讯号，所以增益高的接收机，其灵敏度一定较高。 这一段话，前半段关於灵敏度定义的部份，基本上是正确的；但後半段，增益与灵敏度关系的推论，跟实际情况却相差了十万八千里，这正是一般人对於灵敏度这项特性最人的误解。 在进入正题之前，且让我们谈谈杂讯（Ｎｏｉｓｅ）的问题。 打开接收机，当没有讯号进来时，通常都可以听到细小的「沙沙」声，这就是杂讯的声音。当有讯号进来时，强度够的话，这种「沙沙」声就几乎听不到。可是如果讯号微弱的话，我们会把接收机的音量开大，想更清楚地听到讯号，这一来，「沙沙」声也就相对变大。如果讯号更微弱的话，纵然将接收机的音量开到最大，也只是徒然提高「沙沙」声而已，讯号还是听不清楚。 可见要清楚地接收到微弱讯号，问题并不是在将音量开得多大（提高增益）。如果纯粹想提高增益的话，实在太简单了，了不起再加一级放大器就是。其关键乃是讯号和杂讯相对的强度，是否讯号有足够的强度，不被杂讯所遮盖过去。 这种讯号强度和杂讯强度的对比就叫「讯号杂讯比」（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）或者简称Ｓ／Ｎ比；当然，Ｓ／Ｎ比在习惯上，也经常以ｄＢ来表示。 从接收机声频输出端（如扬声器）所听到的杂讯。可以区分为两类。第一类是伴随着讯号从天线端接收进来的外部杂讯。对於此「天」电杂讯（或称背景杂讯），我们很难有所作为，只好听天由命了。第二类是与外部环境完全无关的内部杂讯，即使将输入端的讯号降低到零，仍可听到的杂讯，这完全是接收机本身所产生的内部杂讯。 对於第二类的内部杂讯，聪明的你，应该已经察觉到跟接收机的灵敏度一定有很密切的关系。 杂讯指数与杂讯系数 描述一个系统（如接收机）内部杂讯大小，可以用杂讯系数（ＮｏｉｓｅＦａｃｔ
GPS 接收机的灵敏度分析 1 GPS 接收机的灵敏度定义 随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS 的使用范围。作为GPS 接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS 接收模块孜孜以求的目标。对于GPS 接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm 以下的接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm 和-148dBm 以下。GPS 接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度；在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。为了实现定位，GPS 接收机还需要解调GPS 卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要的最低信号强度为初始启动灵敏度。根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，初始启动灵敏度最差。 2 GPS 接收模块的灵敏度性能分析 从系统级的观点来看，GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。 2.1 接收机前端电路性能对灵敏度的影响 GPS 信号是从距地面20000km 的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1 频段（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为：
计算ASK接收机的灵敏度 RFIC幅移键控(ASK)或者叫做开关键控(OOK)接收机的灵敏度对于远程无线开门系统(RKE)、轮胎压力监视系统(TPM)、家庭自动化系统以及其它应用系统的设计者来说是一项重要的规范。这类接收机一般工作在315MHz或433MHz的频段上，但是其电路对其它载波频率也是适用的。了解这种接收机一些特性在理论上的极限值对RFIC用户和设计者都是很重要的，因为这样就能确定他们在设计上的改进是不是成功的。本篇应用笔记描述了一种在已知系统噪声系数、IF带宽和基带带宽的条件下一步一步的计算ASK接收机灵敏度的方法。结果表明，接收信号强度指示(RSSI)放大器实现的对数幅度检测在输入SNR较低时降低了输出信噪比(SNR) (门限效应)，而灵敏度的提高与IF带宽与基带带宽之比的平方根成正比。 大多数现代幅移键控（ASK）接收机利用将调制的RF信号直接的或者经过一次或多次频率变换后通过一个幅度检测器对数据进行检测。幅度检测器基本上就是一个RF或IF放大器和一个RSSI（接收信号强度指示器），RSSI的输出与输入RF或IF信号功率的对数成正比。 因为RSSI检测器是一个非线性的检测器，它将改变输入信号的信噪比（SNR）。ASK 灵敏度计算的关键就在于RSSI检测器的SNR out与SNR in关系曲线。 一旦我们知道了SNR out与SNR in之间的关系，在已知噪声系数、IF带宽和数据速率的条件下可以通过如下步骤找出ASK灵敏度 1. 确定目标BER（在本例中为10-3）所需的Eb/No，然后根据Eb/No用下面的等式计算SNR。 SNR = (Eb/No) * (R/BBW) 其中R是数据速率，BBW是数据滤波器的带宽 2. 将上一步计算出来的SNR减去IF（预检波）BW与数据滤波器BW之比的dB数。例如，如果IF BW为600KHz数据滤波器BW为6kHz，这就意味着要从SNR中减去20dB。得到的结果就是RSSI检测器输出信号的SNR，这一信号还没有被数据滤波器消除其高频噪声（假设这些噪声占据了IF BW）。对于灵敏度来说，这一比例通常是以dB为单位的负值。 3. 用RSSI的SNR out与SNR in关系曲线找出RF或IF放大器和RSSI检测器输入信号的SNR。实际上就是通过这条曲线用第二步计算中得到SNR out“反向”推导SNR in。 4. 使用接收机前端SNR公式找出接收机输入端的信号水平。这就是灵敏度S S = (SNR in) * (kTBIFFS) 其中kT是在290 K的噪声谱密度(-174 dBm/Hz)，BIF是IF（预检波）BW，FS是接收机系统（不仅仅是前端）的噪声系数。 因为RSSI检测器是一个对数检测器，输入输出SNR的关系可以用一种封闭的方式表示，尽管可能看起来有点儿乱。一篇发表在IEEE学报上比较老的关于航空与电子系统的文章[1]推导出了其表达式并画出了SNR out与SNR in关系的曲线。这篇文章中的曲线非常小而且没有足够的网格线，但是可以在Excel表格中对表达式进行分析计算并画出更具体的
资料编码产品名称CDMA2000 使用对象内部工程师产品版本 编写部门无线网络系统部资料版本V1.0 CDMA2000-450MHz与GSM-900MHz共站址干 扰分析指导书 拟制：天馈组日期：2002/11/04 审核：孙璟日期：2002年11月 审核：曾淑慧日期：2003/01/07 批准：日期： 华为技术有限公司 版权所有侵权必究
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目录 第1章引言 (1) 第2章 CDMA2000－450MHz、GSM900MHz基站系统相关指标 (2) 2.1CDMA2000－450MHz 相关指标 (2) 2.2GSM 900MHz相关指标 (3) 2.2.1GSM相关指标 (3) 第3章我司CDMA2000-450MHz、GSM基站的射频前端组成方式和滤波特性 (5) 3.1CDMA2000－450MHz基站前端 (5) 3.2GSM 900MHz 基站前端 (7) 第4章干扰分析 (9) 4.1CDMA2000－450MHz和GSM900之间的干扰分析 (9) 4.1.1CDMA2000－450MHz对GSM900的干扰分析 (9) 4.1.2GSM900对CDMA2000－450MHz的干扰 (10) 第5章噪声（或干扰）对GSM、CDMA2000－450MHz接收灵敏度影响分析和计算 (12) 5.1干扰底噪分析 (12) 第6章天线安装间距的计算 (14) 6.1水平面方向天线隔离度分析 (14) 6.2垂直方向隔离度分析 (16) 6.3天线任意指向增益 (17)
关键词：杂散互调阻塞接收机灵敏度天线隔离度干扰 摘要：本文从杂散、阻塞和互调方面分析了CDMA2000－450MHz与GSM－900MHz共站址的情况下的相互干扰能力，并根据干扰分析给出了共址情况下对基站天线的安装要求。 缩略语清单：PA：功率放大器 LNA：低噪声放大器 TTA：塔顶放大器 参考资料清单：
Receiver Parameters 接收机参数 云南监测站业务室 2011年3月
Content 目录 *Receiver Parameters *接收机参数 1、Noise Figure 噪声系数 2、MDS 最小可探测信号 3、Sensitivity 灵敏度 4、IP2/IP3 二阶截获点/ 三阶截获点 5、1dB compression 1dB压缩点 6、Oscillator phase noise 振荡器相位噪声 7、2nd / 3rd IFfilter 第2/第3中频滤波器 8、Dynamic range / Spurious free dynamic range 动态范围/无杂散动态范围 * Receiver Operating Modes *接收机工作模式 1、Low noise mode 低噪声模式 2、Normal mode 常规模式 3、Low distortion mode 低失真模式
Noise 噪声 The physical causes for this effect ultimately lie in irregular electron movements. 有电流的地方就有噪声。这种现象的产生归结为电子的不规则运动。 The following principle applies: The higher the current, the more noise is generated in our receiver. 我们的接收机遵循下面的原则：电流越大，接收机产生的噪声就越大。 We must therefore try a low-current receiver design, although this very quickly conflicts with its linearity. 因此，我们将尽量采用低电流的接收机设计，尽管这与接收机的线性度形成了冲突。（接收机电流越小，接收机的线性度就越低。这就形成了一对矛盾） The requirements for "low noise" (NF) and "high linearity" (IP3) are opposite in nature. 对于低噪声（NF噪声系数）和高线性度（IP3三阶截获点）的要求在本质上是相反的，是一对矛盾关系。 Noise is understood as the inherent noise of a receiver, which reduces the original signal-to-noise ratio of an input signal. 噪声被理解为接收机的固有噪声（内部噪声），它降低了输入信号的信噪比。 Inherent noise is therefore a measure of the sensitivity of the receiver. It allows conclusions as to the minimum level the signals must have to be detectable save. 所以固有噪声（内部噪声）是衡量接收机灵敏度的尺度之一。由此得出结论：内部噪声是可靠检测小信号的关键。 The inherent noise is usually expressed as a bandwidth-independent value: Noise Figure(NF). 固有噪声通常表示为一个与带宽无关的值：噪声系数（NF）。