接收靈敏度指標(biāo)分析本文對接收機(jī)設(shè)計、測試一些會遇到的問題比如噪聲系數(shù)對接收機(jī)靈敏度的影響；本振頻率誤差與接收機(jī)靈敏度的影響；接收機(jī)靈敏度的兩種表達(dá)方法有何聯(lián)系等進(jìn)行了一些較為接近理論的分析。由于本人理論水平的限制一定會有很多理解不正確的地方，不當(dāng)之處還請大家討論。接收靈敏度是檢驗基站接收機(jī)接收微弱信號的能力，它是制約基站上行作用距離的決定性技術(shù)指標(biāo)，也是RCRSTD-28協(xié)議中，空中接口標(biāo)準(zhǔn)要求測試的技術(shù)指標(biāo)之一。合理地確定接收靈敏度直接地決定了大基站射頻收發(fā)信機(jī)的性能及其可實現(xiàn)性。它是對CSL系統(tǒng)的接收系統(tǒng)總體性能的定量衡量。接收靈敏度是指在確保誤比特率(BER)不超過某一特定值的情況下，在用戶終端天線端口測得的最小接收功率，這里BER通常取為0.01。接收機(jī)的接收靈敏度可以用下列推導(dǎo)得出：根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，輸入信噪比應(yīng)為：(S/N)i=NF(S/N)o其中NF為噪聲系數(shù)，輸入噪聲功率Ni=kTB。當(dāng)(S/N)o為滿足誤碼率小于10-2時，即噪聲門限，則輸入信號的功率Si即為接收靈敏度：Si=kTBNFSYS(S/N)o(1)其中：k波爾茲曼常數(shù)(1.38X10-23J/K)；T：絕對溫度(K)；B：噪聲帶寬(Hz)；NFSYS:收信機(jī)噪聲系數(shù)；(S/N)o：噪聲門限。kT為常數(shù)，故接收機(jī)靈敏度以對數(shù)形式表示，則有：Si=-174dBm+10lgB+NFSYS+(S/N)o(2)舉例來說，對于一個噪聲系數(shù)為3dB的PHS系統(tǒng)，其帶寬計為300KHz，如果系統(tǒng)靈敏度為-107dBm,則該系統(tǒng)的噪聲門限為：(S/N)o=174-107-10lg(3X105)-3=9.2從以上公式可以看出為提高接收機(jī)靈敏度也即使Si小，可以從兩個方面著手，一是降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)，另一個是使噪聲門限盡可能的小。n/4DQPSK有三種解調(diào)方式：基帶差分檢測、中頻差分檢測、鑒頻器檢測?？梢宰C明［1］三種非相干解調(diào)方式是等價的，我們以基帶差分檢測為例進(jìn)行分析。在具有理想傳輸特性的穩(wěn)態(tài)高斯信道，基帶差分檢測的誤比特率曲線表示于圖1實線［2］所示，由圖可以查出在誤比特率BER為0.01時，噪聲門限(S/N)o為6dB，對于上述例子來說，其噪聲門限還有可以再開發(fā)的潛力。02468101214EtJNa(dB)圖1n/4DQPSK的誤比特率性能及頻差厶f引起的相位漂移△0=2n△fT對誤比特率的影響對于基帶差分檢測來說，收發(fā)兩端的頻差△f引起的相位的漂移△0=2n△fT。當(dāng)△0>n/4，將會引起系統(tǒng)的錯誤判決。因此系統(tǒng)設(shè)計必須保證<n/4。當(dāng)取不同值時，誤比特率的曲線如圖1所示。從圖中可以看出，當(dāng)△f=0.0025/T時，即頻率偏差為碼元速率的2.5%時，在一個碼元內(nèi)將引起90的相差。在誤比特率為10-4時，該相差將引起1dB的性能惡化。所以說，為了獲得較高的接收機(jī)靈敏度一方面可以從降低低噪放的噪聲系數(shù)上考慮，另一方面提高本地振蕩器頻率精度對改善系統(tǒng)的靈敏度也是很重要的。接收機(jī)靈敏度有兩種表示方法，我們常用的是用dBm表示，而在協(xié)議中接收機(jī)靈敏度的表示單位通常是用dBpv來表示的。這兩者有什么關(guān)系呢？dBm是功率的單位，而dBpv是電勢的單位。信號電勢Es與信號功率Si的關(guān)系為：Es\4RsSi⑶我們所用的系統(tǒng)的阻抗一般為Rs=50Q，當(dāng)信號功率Si用dBm表示，信號電勢Es用dBpv表示，則有20lgEs=113+10lgSi（4）舉例來說，靈敏度-106dBm，也就是7dBpv。式（2）、（4）是我們經(jīng)常能用到的應(yīng)該記住，熟練換算。在有線電視技術(shù)中我們常常遇到幾個信號參數(shù)的量值，這幾個量值是對數(shù)單位---分貝(db)。用分貝表示是為了便于表達(dá)、敘述和運(yùn)算(變乘除為加減)。分貝是表征兩個功率電平比值的單位，如A=101gP2/Pl=201gU2/Ul=201gI2/Il。分貝制單位在電磁場強(qiáng)計量測試中的用法有如下三種：1、表示信號傳輸系統(tǒng)任意兩點(diǎn)間的功率(或電壓)的相對大小。如一個CATV放大器，當(dāng)其輸入電平為70dbyV時，其輸出電平為lOOdbyV，也就是說放大器的輸出相對于輸入來說相差30db，這30db是放大器的增益。2、在指定參考電平時可用分貝表示電壓或電場強(qiáng)的絕對值，此參考電平通稱為Odb。如定義lyV=0dbyV、1mW=0dbm、1mV=0dbmV。例如，現(xiàn)有一個信號A其電平為3dbyV，換算成電壓的表示方式為：3=201gA/lyV、A=2yV，即這個3dbyV的信號電壓為2叩。3、用分貝表示電壓或場強(qiáng)的誤差大小，如3O±3db。通常db是表征電路損耗、增益的量值；dbmV和dbyV是表征信號的相對電平值，由于1mV=1000yV,所以有0dbmV=601gl0=60dbyV。例如，信號電平是70dbyV,用dbmV表示是70-60=10dbmV；dbm和dbw是表征信號的相對功率值，由于1W=1000mW，所以有0dbW=30lg10=30dbm，例如光功率為9dbm，換算成功率的單位(瓦)有：9=101gx,x=7.9mW。功率與電平的換算(dbm與dbyV的換算)：在很多情況下，我們手里都只有一臺場強(qiáng)計，它的量值單位通常是dbyV，但在一些高頻功率放大器中往往只給出輸出信號的功率值，為此要將功率值換算成電平值，對于50歐阻抗的信號源來說，當(dāng)其輸出功率為1mW(0dbm)時，其端電壓輸出應(yīng)為U=50P-E2xl000000=223606.7978pV,用分貝表示是：201g223606.7978=107dbyV。也就是說0dbm的50歐信源的輸出電平為107dbyV。例如1：一50歐的高頻功率放大器其輸出功率為50dbm，求其輸出電平，有：107+50=157dbyV。例如2：某50歐接收設(shè)備其最小接收功率為-90dbm，求其最小接收電平，有：107-90=17dbpV。當(dāng)需要表示系統(tǒng)中的一個功率(或電壓)時，可利用電平來表示。系統(tǒng)中某一點(diǎn)的電平是指該點(diǎn)的功率(或電壓)對某一基準(zhǔn)功率(或電壓)的分貝比10lg(P/P0)=20lg(U/U0)顯然，基準(zhǔn)功率(即P=PO)的電平為零。對同一個功率，選用不同基準(zhǔn)功率P0(或電壓U0)所得電平數(shù)值不同，后面要加上不同的單位。若以1W為基準(zhǔn)功率，功率為P時，對應(yīng)的電平為10lg(P/1W)，單位記為dBW(分貝瓦)。例如功率為1W時，電平為OdBW；功率為100W時，電平為20dBW；功率為100mW時，對應(yīng)的電平為10lg(100mW/1W)=10lg(100/1000)=-10dbW已知系統(tǒng)中某點(diǎn)的電壓，也可用dBW來表示該點(diǎn)的電平。例如某輸入端的電壓為100mV，則其輸入功率P=U'2/Z=0.「2/75=1.3X10'(-4)W對應(yīng)的電平為101g(1.3X10~(-4)/1)=-38.75dbW若以1mW為基準(zhǔn)功率時，則功率為P時對應(yīng)的電平為10lg(P/1mW)，單位記為dBmW(分貝毫瓦)。例如功率為1W時，電平為30dBm；功率為1mW時，電平為OdBm；功率為1uW時，電平為-30dBm；電壓為1mV時，對應(yīng)的功率P=U'2/Z=0.00「2/75=1.3X10'(-8)W=1.3X10'(-5)mW對應(yīng)的電平為10lg(1.3X10~(-5)mW/1mW)=-48.75dbm若以1mV作為基準(zhǔn)電壓，則電壓為U時對應(yīng)的電平為20lg(U/1mV)，單位記為dBmV(分貝毫伏)。例如電壓為1V時，對應(yīng)的電平為60dBmV；電壓為1uV時，對應(yīng)的電平為-60dBmV；功率為1mW時，電壓U=sqr（P*Z）=sqr（75*10'（-3））V=274mV對應(yīng)的電平為20lg（274mv/1mv）=48.75dbmv若以luV為基準(zhǔn)電壓，則電壓為U時對應(yīng)的電平為201g（U/luV），單位記為dBuV（分貝微伏）。例如電壓為lmV時，電平為60dBuV；電壓為100mV時，電平為100dBuV；功率為1mW時，電壓U=274mV=2.74X10'（-5）uV對應(yīng)的電平為20lg（2.74X10~（-5）/1）=108.75dbuV電平的四個單位dBW、dBm、dBmV、dBuV之間有一定的換算關(guān)系，表所示左邊的原單位變換為上邊的新單位時需要增加的數(shù)值。利用表可以方便地把電平由一種單位化為另一種單位。例如要把115dBuV化為其它單位表示，可利用表中最后一行：化為dBW時用第一列數(shù)-138.75，即用原來的數(shù)加-138.75得-23.75，說明115dB”V相當(dāng)于-23.75dBW；類似地，115dBuV相當(dāng)于115-108.75=6.25dBm；相當(dāng)于1