目前主流接收机噪声测试方案分析

接收机射频热噪声分析摘要：本文首选介绍了电路噪声理论基础，通过建立了接收机射频通道的简化模型，推导了射频通道的噪声系数表达式，并分析了接收机射频通道的热噪声特性。

关键词：射频热噪音分析在电子系统中，噪声被用来描述附加在电信号上面的、任何不希望出现的扰动。

在无线电通信、雷达和导航系统中，信号传递过程的各个环节，都会附加各种各样的噪声。

这些噪声对通信、雷达和导航系统的性能起着制约作用。

实现低噪声设备的前提是发展电路噪声理论，设计低噪声电路及器件。

目前随着集成电路一类器件的发展及应用，对复杂电路的噪声分析计算以及设计，已经越来越具有重要性。

1接收机射频热噪声概述1.1热噪声含义在实际接收机系统中，由于自然或者人为的原因，存在各种起伏不定的随机的电压或者电流波动，这些波动叠加在有用信号上面会对系统的信息传递产生影响。

而这些随机的波动往往是人们不希望出现的，因此被称为噪声。

接收机输出的信号上面叠加的噪声一部分是在进入接收机前就已经具有的，称为外部噪声，另一部分是接收机内部产生的，称为内部噪声。

外部噪声是信号在传输介质中传播时引入的噪声，包括人为噪声、大气噪声和空间噪声等。

内部噪声是由接收机自身引入的，如电阻中的自由电子热运动引起的热噪声，晶体管中的载流子随机产生、复合和扩散引起的散弹噪声等，也称之为起伏噪声。

其中，热噪声是由于导体内部自由电子和振动粒子的热相互作用而产生的。

热相互作用导致电阻两端电子到达速度随机变化，因此电阻两端的电位差也随机变化，在某个值附近上下波动。

电子设备的电阻总会产生热噪声。

1.2热噪声特征1928年J.B.Johnson首先研究了热噪声，所以热噪声也被称为约翰逊噪声。

由于热噪声的频率可以覆盖全部频段，并且在整个频域的功率谱密度为一恒定值，因此也被称为白噪声。

一个阻值为R的电阻，在噪声频带宽度B内，产生的电压均方值是：一个实际电阻可以等效为一个理想电阻和一个电压源串联的形式，如图一（a）所示，其中R是无噪声的理想电阻，用戴维南定理可以将该电路变换为一个电阻和一个电流源并联的形式，如图一（b）所示。

关键词: noise factor, noise figure, noise-figure analysis, receivers,cascaded, Friis equation, direct conversion, zero-IF, low-IF, Y-factor,noise temperature, SSB, DSB, mixer as DUT, mixer noise figure, noisefolding, Boltzmann constant设计指南5594现代无线电接收机的系统噪声系数分析Charles Razzell, 执行总监© Apr 16, 2014, Maxim Integrated Products, Inc.摘要：噪声系数的一般概念很好理解，并被系统和电路设计人员广泛采用，尤其被产品定义和电路设计者用来表示噪声性能，以及预测接收系统的总体灵敏度。

引言当信号链中存在混频器时，噪声系数分析就会产生原理性问题。

所有实数混频器均折叠本振(LO)频率附近的RF频谱，产生输出，其中包括两个边带频率的叠加，合成公式为f OUT = |f RF - f LO|。

在外差式结构中，可能认为其中之一是杂散频率，而另一成分才是有用的，因此需要采用镜像抑制滤波或镜像消除方法来大幅消除这些响应中的一种响应。

在直接转换接收机中，情况则不同：两个边带(f RF = f LO 的上边带和下边带)均被转换并用于预期信号，所以其实是混频器的双边带应用。

业内经常使用的各种定义解释噪声折叠的不同程度。

例如，传统的单边带噪声系数F SSB，假设允许来自于两个边带的噪声折叠至输出信号，但只有一个边带对表示预期信号有用。

如果两处响应的转换增益相等，这就自然造成噪声系统增大3dB。

相反，双边带噪声系数假设混频器的两处响应包含有预期信号，则噪声折叠(以及对应的信号折叠)不影响噪声系数。

双边带噪声系数被应用于直接转换接收机以及射电天文接收机。

接收机噪声系数测试方法（实用版4篇）篇1 目录1.引言2.噪声系数的定义和重要性3.传统噪声系数测量方法的局限性4.多通道射频接收机测量噪声系数的方法5.结论篇1正文接收机噪声系数测试方法是一种用于评估射频接收机性能的重要技术手段。

噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。

因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。

一、引言射频接收机广泛应用于通信、广播、导航等领域，其性能指标直接影响到整个系统的性能。

噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。

因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。

二、噪声系数的定义和重要性噪声系数（Noise Figure，NF）是指接收机前端放大器在输入信号一定时，输出信号噪声功率与输入信号噪声功率之比。

噪声系数越小，表示接收机前端放大器的噪声性能越好，灵敏度和信噪比越高。

因此，噪声系数是评估接收机性能的重要参数之一。

三、传统噪声系数测量方法的局限性传统的噪声系数测量方法主要包括噪声源法、噪声桥法和反射法等。

这些方法在测量低噪声系数的接收机时存在一定的局限性，主要表现在以下几个方面：1.测量范围有限：传统方法的测量范围通常在 100 MHz 以下，对于高频噪声系数的测量能力较弱。

2.测量精度受限：传统方法的测量精度受到噪声源、测试环境和被测器件等因素的影响，难以实现高精度测量。

3.测量时间较长：传统方法的测量时间通常较长，不利于高效、快速地评估接收机性能。

四、多通道射频接收机测量噪声系数的方法针对传统噪声系数测量方法的局限性，研究人员提出了多种针对多通道射频接收机的噪声系数测量方法。

这些方法主要利用多通道切换、噪声注入和数字信号处理等技术来实现高精度、高效率的噪声系数测量。

1.多通道切换测量法：通过设计多个射频开关，实现不同通道之间的切换，从而在不同通道切换的过程中测量噪声系数。

噪声系数测量的三种方法本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。

这三种方法的比较以表格的形式给出。

前言在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。

本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。

噪声指数和噪声系数噪声系数有时也指噪声因数(F)。

两者简单的关系为：NF = 10 * log10 (F)定义噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为：从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数（噪声因数）公式。

下表为典型的射频系统噪声系数：Category MAXIMProductsNoiseFigure*ApplicationsOperatingFrequencySystemGainLNA MAX2640 0.9dB Cellular, ISM 400MHz ~1500MHz15.1dBLNA MAX2645 HG: 2.3dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz HG: 14.4dB LG: 15.5dB WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz LG: -9.7dBMixer MAX2684 13.6dB LMDS, WLL 3.4GHz ~ 3.8GHz 1dB Mixer MAX9982 12dB Cellular, GSM 825MHz ~ 915MHz 2.0dB ReceiverSystemMAX2700 3.5dB ~ 19dB PCS, WLL 1.8GHz ~ 2.5GHz <80dBReceiver System MAX210511.5dB~15.7dBDBS, DVB950MHz ~2150MHz<60dB*HG=高增益模式，LG=低增益模式噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。

从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽范围的噪声系数(接收机系统)。

GNSS接收机内部噪声水平检测方法研究作者：胡宁高知明周勇来源：《中国测试》2017年第04期摘要：GNSS接收机的定位精度在进行性能评估时必须进行内部噪声水平检测必不可少。

该文利用多载体导航信号模拟器仿真导航信号，作为高精度的标准信号源，在对多台GNSS接收机内部噪声水平检测时播发同一信号源，运用零基线法对GNSS接收机鉴定。

通过检测实例表明，利用多载体导航信号模拟器进行接收机内部噪声水平检测合理、可信，检测速度快速有效且符合接收机内部噪声水平检测要求。

关键词：GNSS接收机；内部噪声水平；零基线法；多载体导航信号模拟器文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2017）04-0028-050 引言GNSS泛指全球卫星导航系统，常见系统有GPS、BDS、GLONSS和GALILEO卫星导航系统，随着全球卫星导航系统的快速发展，卫星产品产业化不断加快，市场对GNSS接收机的需求也日益增大，同时对GNSS接收机的性能要求也越来越高。

GNSS接收机的性能好坏直接影响着全球卫星导航系统的应用和发展，因此对GNSS接收机进行检测并做出合理的评估对全球卫星导航系统的建设和发展有着十分重要的意义[1]。

内部噪声水平的好坏是评价GNSS接收机性能的重要指标，GNSS接收机内部噪声水平（receiver interior noise level）是GNSS接收机信号通道间的偏差，延迟锁相环、码跟踪环的偏差，以及钟差等引起的测距和测相误差的综合反映[2]。

GNSS接收机的内部噪声水平检测方法有超短基线法和零基线法，这两种检测方法主要依据BD 420009——2015《北斗/全球卫星导航系统（GNSS）测量型接收机通用规范》与CH 8016——1995《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》。

通常GNSS接收机内部噪声水平检测需要特定的检测场地，对于同批号待检数量较多的接收机，由于条件的限制使得接收机检测环境有所差异且效率较低。

接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数是评估接收机的性能指标之一，用于衡量接收机对于输入信号噪声的抑制能力。

现阐述几种常用的接收机噪声系数测试方法。

1. 差模法通过把差模信号与互模信号进行比较，来计算接收机的噪声系数。

差模法由于其测量方法简单易行，被广泛应用于接收机噪声系数的测试。

2. 自相关法自相关法是通过信号与其自身相互比较，从而计算出接收机的噪声系数。

这种方法对于噪声系数测量具有较高的精度和可靠性。

基于相关器的自相关法基于相关器的自相关法是将接收机信号与其输入信号进行相关操作，得到相关功率，进而计算出噪声系数。

基于功率谱的自相关法基于功率谱的自相关法是通过信号的功率谱密度来计算接收机的噪声系数。

这种方法相对简单，并且适用于单频信号和宽带信号。

3. 热噪声法热噪声法是通过测量接收机的输出噪声功率和输入信号功率之比，来计算接收机的噪声系数。

这种方法在实际应用中被广泛采用，尤其适用于高频接收机的噪声系数测试。

电压法电压法通过测量接收机输出的噪声电压和输入信号的噪声电压之比，来计算接收机的噪声系数。

带宽法带宽法通过测量接收机输出的噪声功率和输入信号的功率之比以及输入信号的带宽，来计算接收机的噪声系数。

4. 效果评估方法除了上述的测试方法外，还可以通过评估接收机的性能指标来间接评估接收机的噪声系数。

例如，接收机的灵敏度、选择性、抗干扰能力等指标都与噪声系数有一定的相关性。

以上是几种常用的接收机噪声系数测试方法，不同的方法适用于不同的场合和需求。

在进行测试时，需要根据具体情况选择合适的方法，并结合其他评估指标来全面评估接收机的性能表现。

5. 精确度评估方法在进行接收机噪声系数测试时，除了选择合适的测试方法外，还需要考虑测试的精确度。

以下是几种常用的精确度评估方法：相对精确度评估法相对精确度评估法是通过比较测试结果与参考值之间的差异，来评估测试的精确度。

可以使用统计方法来计算与参考值之间的误差，例如均方根误差、绝对相对误差等。

接收机噪声系数测试方法接收机的噪声系数是衡量其信号接收能力的重要指标之一、噪声系数表示接收机输入信号与输出信号之间的信噪比损失。

噪声系数越小，接收机的信噪比损失越小，其性能越好。

为了保证接收机的正常工作，需要定期对其噪声系数进行测试。

接收机的噪声系数测试可通过外参考源法或内参考源法来进行。

一、外参考源法：使用外部噪声源作为参考源来测试接收机的噪声系数。

一般情况下，可以使用陶瓷电阻、热电偶和大气热噪声等作为外参考源。

1.陶瓷电阻法：陶瓷电阻法是一种常用的测试方法，其原理是使用陶瓷电阻作为产生噪声的源，通过测量输出信号的功率和输入信号的功率来计算噪声系数。

测试步骤如下：1）将陶瓷电阻与接收机的输入端相连接；2）打开接收机，通过调节陶瓷电阻的阻值，使得接收机输出的信号功率达到最大；3）测量陶瓷电阻的阻值、接收机输出信号的功率和输入信号的功率；4）根据功率的大小计算噪声系数。

2.热电偶法：热电偶法是利用热电偶作为外参考源，通过测量输出信号的功率和热电偶的温度来计算噪声系数。

测试步骤如下：1）将热电偶与接收机的输入端相连接；2）打开接收机，通过调节热电偶的温度，使得接收机输出的信号功率达到最大；3）测量热电偶的温度、接收机输出信号的功率和输入信号的功率；4）根据功率和温度的大小计算噪声系数。

3.大气热噪声法：大气热噪声法是利用地球大气的热噪声作为外参考源，通过测量输出信号的功率和大气热噪声的温度来计算噪声系数。

测试步骤如下：1）将天线与接收机的输入端相连接；2）选取一个没有无线电源干扰的地点进行测量；3）打开接收机，测量接收机输出信号的功率和大气热噪声的温度；4）根据功率和温度的大小计算噪声系数。

使用外参考源法进行噪声系数测试的优点是测试结果准确，可靠性高。

但同时需要提前准备好相应的外参考源。

二、内参考源法：使用接收机自身内部的参考源来进行噪声系数测试，常用的内参考源包括内部噪声源、参考输入端口和本地参考振荡器等。

针对无线宽带相位噪声的测试方案这些宽带无线系统必须要有可靠的测量技术作为支持。

关键指标误差矢量幅度（EVM）是一种严格的规范，经常用于描述传输信号的调制质量。

EVM测量的是理想的参考波形与被测波形之间的差别。

如果接收机的EVM很差，它能够正确恢复传输信号的能力就会下降，这会增加蜂窝边缘的误码率（BER），导致覆盖范围缩小。

图1 上述的QPSK信号中的相位抖动降低了接收机的灵敏度造成EVM差的原因之一是发射机和接收机当中所有振荡器的相位噪声。

正交相移键控调制（QPSK）信号的相位噪声看上去像星座图的旋转（见图1），缩短了星座点之间的距离，所以对于给定的误码率，接收机就需要更高的信噪比。

因此相位噪声降低了接收机的灵敏度。

对于像LTE和WiMAX当中的正交频分复用（OFDM）信号，本振（LO）的相位噪声叠加在n个副载波上的。

这里的相位噪声有两个效果：（1）所有副载波的随机相位旋转常称为公共相位误差（CPE）；（2）载频间干扰（ICI）是由给定的副载波被n-1个相邻的带有噪声的副载波恶化而产生的。

OFDM符号包含特定的被称为“导频”的副载波，“导频”能帮助接收机跟踪到CPE，同时估计出传输信道的频率响应。

这些“导频”并不会改善ICI，但它仍然会影响EVM。

这会导致相位噪声对OFDM的影响略微不同于对传统的QPSK信号的影响，但是相位噪声仍然是信号恶化的一个重要原因。

对于64-QAM调制的OFDM来说，对发射机输出端的EVM的要求非常严格：均方根的典型值是2.7%左右。

这就是为什么本振的相位噪声和抖动对于本振锁相环（PLL）的设计很关键的原因。

要实现均方根2.7%的EVM，我们推荐将总相位抖动均方根值低于1°作为选择合成器的标准。

测量相位噪声由于相位噪声对EVM有如此重要的影响，所以在开发过程中检验本振的相位噪声性能就非常关键。

虽然低成本设备（比如用户设备或者毫微微蜂窝设备）的生产测试次数较少，不允许进行这种深入测试，但是相位噪声测量功能却有助于过程监控和排除生产问题。

ITU-R SM.1838 建议书(12/2007)测量无线电监测接收机噪声系数的测试程序SM 系列频谱管理ii ITU-R SM.1838 建议书前言无线电通信部门的职责是确保卫星业务等所有无线电通信业务合理、平等、有效、经济地使用无线电频谱，不受频率范围限制地开展研究并在此基础上通过建议书。

无线电通信部门的规则和政策职能由世界或区域无线电通信大会以及无线电通信全会在研究组的支持下履行。

知识产权政策（IPR）ITU-R的IPR政策述于ITU-R第1号决议的附件1中所参引的《ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策》。

专利持有人用于提交专利声明和许可声明的表格可从http://www.itu.int/ITU-R/go/patents/en获得，在此处也可获取《ITU-T/ITU-R/ISO/IEC的通用专利政策实施指南》和ITU-R专利信息数据库。

ITU-R 系列建议书（也可在线查询http://www.itu.int/publ/R-REC/en）系列标题BO 卫星传送BR 用于制作、存档和播出的录制；电视电影BS 广播业务（声音）BT 广播业务（电视）F 固定业务M 移动、无线电定位、业余和相关卫星业务P 无线电波传播RA 射电天文RS 遥感系统S 卫星固定业务SA 空间应用和气象SF 卫星固定业务和固定业务系统间的频率共用和协调SM 频谱管理SNG 卫星新闻采集TF 时间信号和频率标准发射V 词汇和相关问题说明：该ITU-R建议书的英文版本根据ITU-R第1号决议详述的程序予以批准。

电子出版2011年，日内瓦ITU 2011版权所有。

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ITU-R SM.1838 建议书1ITU-R SM.1838*建议书测量无线电监测接收机噪声系数的测试程序（2007年）范围本建议书是阐述确定无线电监测接收机技术参数测试方法的系列建议书之一。

测量接收机噪声的方法是测量接收机噪声的方法是通过使用不同的技术和仪器来检测和评估接收机的噪声水平。

接收机的噪声水平是指在没有输入信号的情况下由接收机本身产生的杂散噪声电压。

这个噪声会对接收机的性能和灵敏度产生显著影响。

测量接收机噪声的方法主要包括以下几个方面：1. 热噪声测量法：热噪声是由接收机内部电阻引起的，其大小与电阻的温度和带宽有关。

测量热噪声需要使用热电偶或热噪声仪器，将其连接到接收机的输入端口。

通过测量热噪声电压或功率，可以确定接收机的噪声系数和噪声温度。

2. 恒温测量法：恒温测量法是通过控制接收机的电路温度，将其保持在恒定的温度环境下。

这样可以消除温度变化引起的噪声干扰，使得测量结果更加准确。

3. 噪声功率谱分析法：噪声功率谱分析法是通过使用功率谱仪或频谱分析仪测量接收机的噪声功率谱密度。

这个方法可以帮助确定接收机的噪声分布情况，在频域上对噪声进行分析，了解噪声的频率分布。

4. 自相关测量法：自相关测量法是通过对接收机输出的噪声信号进行自相关分析来估计噪声的统计特性。

这个方法可以得到噪声序列之间的相关性和自相关函数，从而进行噪声的特性分析。

5. 噪声指数测量法：噪声指数是用于表征接收机噪声性能的重要参数之一。

测量噪声指数可以通过使用专用的噪声源和测量仪器来进行，如使用噪声源与接收机进行连接并测量输出信号与噪声源之间的比例关系。

6. 特定频率测量法：这个方法是针对特定频率范围内的噪声进行测量。

通过使用频谱仪或频率分析仪测量接收机的输出信号在特定频率点上的噪声功率，可以得到接收机在该频率范围内的噪声性能。

在进行接收机噪声测量时，还需要注意以下几点：1. 确保测量环境的噪声水平较低，以免噪声干扰对测量结果产生影响。

2. 使用合适的测量设备和仪器，确保其能够满足测量需求。

3. 重复多次测量，进行数据的统计分析，以得到更加准确和可靠的测量结果。

4. 进行噪声源的校准，以提高测量的准确性和可重复性。

关键词噪声系数、噪声温度、超噪比、Y 系数法、冷热负载法概述：针对手机等接收机整机噪声系数测试问题，该文章提出两种简单实用的方法，并分别讨论其优缺点，一种方法是用单独频谱仪进行测试，精度较低；另一种方法是借助噪声测试仪的噪声源来测试，利用冷热负载测试噪声系数的原理，能够得到比较精确的测量结果。

Abstract ：Often we face to test noise figure of a receiver with RF input and I/Q analogue output, normal noise figure instrument is not adequate for the limited frequency range, here we introduce two methods, one is to use spectrum analyzer, another method is to use standard noise source, and use Y-coefficient method to calculate the noise figure. 问题提出下图是MAXIM 公司TD-SCDMA 手机射频单元参考设计的接收电路，该通道电压增益大于100dB ，与基带单元接口为模拟I/Q 信号，我们需要测量该通道的噪声系数。

我们现有的噪声测试仪表是HP8970B ，该仪表所能测量的最低频率为10MHz ，而TD-SCDMA 基带I/Q 信号最高有用频率成份为640KHz ，显然该仪表不能满足我们的测量需求。

AFCRxI+RxI-CLK DATA ENRX RxQ+RxQ-RxAGCVBA GND3~3.6VdcLH46B Matching图1：MAXIM 公司TD-SCDMA 手机射频接收电路下面我们将介绍两种测试方案，并讨论其测试精度，最后给出实际测试数据以做对比。