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接受靈敏度接受靈敏度,指的是在SNR能接受的情況下,其接收機(jī)能接收到的最小訊號(hào)。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqNT0
:噪聲基底BW:接收信號(hào)帶寬NF:接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req:接收機(jī)的解調(diào)門限接受靈敏度接受靈敏度,指的是在SNR能接受的情況下,其接收1第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲,靈敏度會(huì)與溫度有關(guān),-174dBm/Hz是指在常溫25攝氏度時(shí)的熱噪聲。高溫時(shí)熱噪聲會(huì)加大,導(dǎo)致靈敏度變差。反之,低溫時(shí)熱噪聲會(huì)減小,導(dǎo)致靈敏度變好。接收機(jī)的熱噪聲基底為:其中K是波爾茲曼常數(shù),K=1.3810-23J/K;T0為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度,T0=290K。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲,靈敏度會(huì)與溫度有關(guān),-174dBm/H2第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù),BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req在一定的誤碼率BER前提下,接收機(jī)接收到的信號(hào)應(yīng)不低于接收機(jī)解調(diào)門限,接收機(jī)才能正確解調(diào)接收到的信號(hào)。接收機(jī)解調(diào)門限表示為Eb/Nt,是指每比特能量與噪聲功率譜密度之比。接收機(jī)解調(diào)門限的定義第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù),BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(3Eb/Nt_req是有用信號(hào)平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密度的比值,又稱為解調(diào)門限,是衡量數(shù)字調(diào)制和編碼方式品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)。
Eb/Nt_req的值取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和解調(diào)算法。有以上可知道,NF越低,帶寬越窄,解調(diào)門限越低,其靈敏度就越好。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqEb/Nt_req是有用信號(hào)平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密4噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號(hào)進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí),其輸出訊號(hào)的SNR下降多寡,也就是說其噪聲對(duì)系統(tǒng)的危害程度,示意圖與定義如下:
噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號(hào)進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí),其輸出訊號(hào)5
接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知,越前面的階級(jí),對(duì)于噪聲系數(shù)的影響就越大
接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知,越前面的階級(jí),對(duì)于噪聲系數(shù)的影響就6
從天線到LNA,包含ASM、SAWFilter、以及接收路徑走線,這三者的Loss總和,對(duì)于接收機(jī)整體的NoiseFigure,有最大影響,若這邊的Loss多1dB,則接收機(jī)整體的NoiseFigure,就是直接增加1dB,因此挑選ASM時(shí),要盡量挑選InsertionLoss較小的。從天線到LNA,包含ASM、SAWFilter、以及接收路7SAWFilter可以抑制帶外噪聲,因此原則上須在LNA輸入端,添加SAWFilter,避免帶外噪聲劣化接收機(jī)整體性能。假設(shè)SAWFilter的InsertionLoss為1dB,LNA的Gain為10dB,若將SAWFilter擺放在LNA之前,則接收機(jī)整體的NoiseFigure,便是直接增加1dB,但若放在LNA之后,則接收機(jī)整體的NoiseFigure,只增加了1/10=0.1dBSAWFilter可以抑制帶外噪聲,因此原則上須在LNA8在Layout時(shí),其接收路徑走線盡可能短,線寬盡可能寬,這樣才能將其InsertionLoss降低,甚至必要時(shí),可以將走線下層的GND挖空,如此便可以在阻抗不變的情況下,進(jìn)一步拓展線寬,使其InsertionLoss更為降低LNA輸入端的Loss,除了InsertionLoss,也包含了MismatchLoss,因此之所以做接收路徑的匹配,主要也是為了降低MismatchLoss,以便進(jìn)一步降低NoiseFigure,達(dá)到提升靈敏度之效。在Layout時(shí),其接收路徑走線盡可能短,線寬盡可能寬,這9帶寬由前述靈敏度公式可知,其靈敏度與帶寬有關(guān),帶寬越寬,其靈敏度就越差。WCDMA的帶寬為5MHz,GSM的帶寬為200KHz,因此理論上,WCDMA的靈敏度會(huì)較差,但實(shí)際上在量測(cè)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),WCDMA的靈敏度普遍都比GSM來得好,而對(duì)于WCDMA靈敏度的規(guī)范,也比GSM的-102dBm來的嚴(yán)格。這主要與WCDMA的展頻機(jī)制有關(guān),WCDMA為了使訊號(hào)不易被干擾與擷取,因此采用了展頻技術(shù)。帶寬由前述靈敏度公式可知,其靈敏度與帶寬有關(guān),帶寬越寬,其靈10由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后,其信道容量也提升了,連帶提高了DataRate。另外,由于原始數(shù)據(jù)的ChipRate,會(huì)在展頻后大大提升,使得訊號(hào)會(huì)額外獲得增益,進(jìn)而再提高SNR,該增益稱為處理增益,ProcessingGain,GP。由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后,其信道容11R是原始資料的ChipRate,RC是展頻后的ChipRate,R與RC
分別為12.2Kbps與3.84Mcps,帶入上式
R是原始資料的ChipRate,RC是展頻后的Chip12由上圖可知,當(dāng)WCDMA的接收信號(hào)展頻后,會(huì)額外再獲得25dB的Gain,提高SNR,進(jìn)而提高靈敏度,因此雖然WCDMA的帶寬較寬,但實(shí)際上在量測(cè)時(shí),其靈敏度普遍都比GSM得好。由上圖可知,當(dāng)WCDMA的接收信號(hào)展頻后,會(huì)額外再獲得2513GPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號(hào)是從距地面20000km的LEO(LowEarthOrbit,低軌道衛(wèi)星)衛(wèi)星上發(fā)送到地面上來的,其L1頻段(fL1=1575.42MHz)自由空間衰減為:F=20Log(λ/4πR)
=20Log(0.19/4π*2*107)=-182.4dBGPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號(hào)是從距地面20000km14按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo),L1頻段的C/A碼信號(hào)的發(fā)射為P=26.8dBw,大氣層衰減為A=2.0dB,則GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號(hào)到達(dá)地面的強(qiáng)度為:PC/A=P-F-A=26.8-182.4-2.0=-157.6dBwGPSICD(InterfaceControlDocument,接口控制文檔)中給出的GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號(hào)強(qiáng)度最小值為-160dBw,和上述結(jié)果一致。在實(shí)際場(chǎng)景中,由于衛(wèi)星仰角的不同、以及受樹木、建筑物等的遮擋,L1頻段C/A信號(hào)到達(dá)地面的強(qiáng)度可能會(huì)低于160dBw。按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo),L1頻段的C/A碼信號(hào)的發(fā)射為P=215GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req
KBT:帶寬內(nèi)接收機(jī)底部噪聲功率K:波爾茲曼常數(shù)B:接收信號(hào)帶寬T:絕對(duì)溫度NF:接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req:接收機(jī)的解調(diào)門限GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+16B9839的插入損耗是1.4dB,對(duì)于無源器件其插入損耗就是噪聲系數(shù)。BGU7005的增益為16.5,噪聲系數(shù)為1.3,SAFFB1G58FA0F0A的插入損耗為0.8dB,把上面的數(shù)下面的公式,得到接受系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為1.69。=1.4+(1.3-1)/1+0.8/16.5=1.69
B9839的插入損耗是1.4dB,對(duì)于無源器件其插入損耗就是17S(dBm)=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+C/N0+NF根據(jù)高通的GPS的解調(diào)門限是11.7dB/HZ,現(xiàn)用芯片的C/N0是9,B=2.046MHZ再把NF=1.69帶入下式可得其靈敏度為-164.31dBmC/N0=10log(BW)+Eb/Nt_reqS(dBm)=-174dBm+10log(BW)+N18則解調(diào)門限為Eb/Nt=-17.9dBWCDMA噪聲系數(shù)的計(jì)算根據(jù)WCDMA規(guī)范,在采用BPSK數(shù)據(jù)調(diào)制及12.2Kbps全速率語音編碼和靜態(tài)高斯噪聲信道傳輸條件下,滿足輸入信號(hào)為S=-121dBm時(shí)FER=0.01要求的最低Eb/N0為5.1dB,在此基礎(chǔ)上增加2dB的設(shè)計(jì)余量,則要求Eb/N0>7.1dB。由擴(kuò)頻系統(tǒng)方程,Eb/N0=Eb/Nt+Gp(dB)其中,Gp為系統(tǒng)擴(kuò)頻增益Gp=10Log(BW/RINFO)=10Log(3.84Mcps/12.2Kbps)=25dB則解調(diào)門限為Eb/Nt=-17.9dBWCDMA噪聲系數(shù)
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