靈敏度和噪聲系數(shù)

1、信納比： SINAD=(S+N+D)/(N+D)S是信號(hào)功率 N是噪聲功率D是失真功率它們是噪聲系數(shù)和靈敏度都是衡量接收機(jī)對(duì)微弱信號(hào)接收能力的兩種表示方法，可以相互換算的。1. 定義(1)噪聲系數(shù)Nf是指：接收機(jī)輸出端測(cè)得的噪聲功率與把信號(hào)源內(nèi)阻作為系統(tǒng)中 唯一的噪聲源而在輸出端產(chǎn)生的熱噪聲功率之比(兩者應(yīng)在同樣溫度下測(cè)得)。噪聲系數(shù)常用的定義是：接收機(jī)輸入端信噪比與其輸出端信噪比之比。即：Nf=(Pc 入/Pn入)-(Pc 出/Pn 出)噪聲系數(shù)也可用dB表示：Nf(dB) = 10lgNf 靈敏度是指：用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試音調(diào)制時(shí)，在接收機(jī)輸出端得到規(guī)定的信納比(S+N+D / N+D或信噪比(S+

2、N+/ N)且輸出不小于音頻功率的50%青況下，接收機(jī)輸入端 所需要的最小信號(hào)電平(一般情況下，信納比取12dB,而信噪比取20dB)。這個(gè) 最小信號(hào)電平可以用電壓 Umin(卩v或dBy v)表示，也可以用功率P(mw)或 P(dBm) 表示。需要注意的是：(A) 用電壓Umin表示靈敏度時(shí)，通常是指電動(dòng)勢(shì)(即開路電壓)，而不是接收機(jī)兩 端的電壓。在匹配時(shí)，Ur= Umin/ 2 Ur= (dB 卩 v) = Umin(dB 卩 v)-6讀數(shù)指示是否是開路電壓，可在測(cè)完靈敏度后，把接收機(jī)斷開 (即信號(hào)源開路)， 看信號(hào)源讀數(shù)是否改變，若不變就是開路電壓(電動(dòng)勢(shì))，若變大了近一倍就是端 電壓。

3、(B) 用功率表示靈敏度時(shí)，卻是接收機(jī)(負(fù)載Rr)所得到的功率，所以Pmi n= UrA2 / Rr = Umi nT/ 4Rr Pmin(dBm)= Ur(dB 卩 v)-107 = Umin(dBy v)-6-107=Umin(dBy v)-113即用dBm表示的靈敏度等于用dBy v表示的靈敏度減去113分貝 Pmin(dBw)= Umin(dBy v)-143例：已知某接收機(jī)靈敏度為0.5卩v，阻抗為50Q o求：用功率表示靈敏度應(yīng)為多少？Pmin= (0.5 X 10-6)八2 /(4 X 50) = 0.125 X 10-14(W)Pmi n(dBm)= -149dBw= -119

4、dBm又 0.5卩v用分貝表示為20lg0.5 = -6dB卩v Pmi n(dBm)= -6-113 = -119(dBm) = -149dBw2. 靈敏度與噪聲系數(shù)的相互換算按定義，結(jié)合實(shí)際測(cè)量，得輸入電動(dòng)勢(shì)表示的靈敏度為：Umin= e= 4KTBR Nf C/ N 式中，R為接收機(jī)輸入阻抗(50 Q) , Nf為接收機(jī)噪聲系數(shù)：B為噪聲帶寬，它近 似等于接收機(jī)中頻帶寬(對(duì)于超高頻話機(jī)B= 16KHz); C/N為限幅器輸入端門限 載噪比(其典型值為12dB); K為波爾茲曼常數(shù)(1.37 X10-23J /K); T為信號(hào)源 的絕對(duì)溫度(K)，對(duì)于常溫接收機(jī)，T= 290°

5、Ko當(dāng)C/N(dB) = 12dB時(shí)，C/N= 101.2 = 15.8 o在常溫情況下，由上式可得：Umin(卩 v) = e=(卩 v) =4X 1.37 x 10-23X 290X 16X 103X 15.8 x 50x Nfx 106=0.448 Nf (卩 v)例如：當(dāng) Nf(dB) = 3dB時(shí)，Nf = 2，e = 0.63 卩 v當(dāng) Nf(dB) = 6dB 時(shí)，Nf = 4，e = 0.89 卩 v如用dB i v表示：Umin(dBi v) = e(dB i v) = Nf(dB) + C/ N(dB)-18.96=Nf(dB) + 12-18.96 = Nf(dB)-6.

6、96即在T= 290° K, B= 16X 103Hz, R= 50Q時(shí)，靈敏度的分貝數(shù)等于噪聲系數(shù)分 貝數(shù)減去6.96，其單位是dBi voWCDMA BTS接收機(jī)靈敏度和整機(jī)噪聲系數(shù)的理論計(jì)算1 概述靈敏度是衡量接收機(jī)在一定條件下能夠接收小信號(hào)的能力，它和諸多因素有關(guān)。例如，在不同的誤碼率、信納比、信噪比等條件及不同的接收環(huán)境(靜態(tài)、多徑信道模型)情況下靈敏度概念和數(shù)值可能各不相同。靜態(tài)參考靈敏度是指接收機(jī)在靜態(tài)理想傳播環(huán)境(相當(dāng)于有用信號(hào)直接輸入接收機(jī)，沒(méi)有任何外界干擾)下，錯(cuò)誤比特率小于某一規(guī)定值時(shí)接收機(jī)可以接收最小有用信號(hào)的能力。它是各種傳播條件中最高的靈敏度，也就是說(shuō)在任

7、何情況下的接收機(jī)靈敏度數(shù)值都不可能超過(guò)靜態(tài)參考靈敏度。通常所講的基站靈敏度一般是指它的靜態(tài)參考靈敏度。2接收機(jī)靈敏度計(jì)算基站接收機(jī)系統(tǒng)可以分為射頻濾波、LNA、混頻、中頻濾波、放大、 A/D變換、DSP處理、解調(diào)等幾部分組成，如圖1所示。田I怪牧忙血理妝用進(jìn)入接收機(jī)輸入端的信號(hào)有兩種，有用信號(hào)Pmin和熱噪聲信號(hào) Pnoise,由于接收機(jī)通道中電路本身也會(huì)產(chǎn)生噪聲Nf，因而在解調(diào)處有用信號(hào)和噪聲信號(hào)的比例為：Eb/Nt=Pmi n-P noise-Nf(1)其中Eb/Nt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， 相當(dāng)于模擬FM調(diào)制的C/I (載干比)，是衡量數(shù)字調(diào)制

8、和編碼方式品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)。 即SNR的最小值。Eb/Nt 的值取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和解調(diào)算法。Pno ise為接收機(jī)輸入口處的熱噪聲信號(hào)，又稱本底噪聲，其數(shù)值為 Pnoise=10Log(KT0 BW),其中 K是波爾茲曼常數(shù)， K=1.38X 10-23 J/K;T0為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，T0=290K。則：Pn oise=10Log(KT0)+10Log(BW)=-174dBm+10Log(BW)(2)式中BW為系統(tǒng)信道帶寬。對(duì)于 WCDMA系統(tǒng)而言，BW=3.84MHz，由式(1)、(2)可以推出 WCDMA基站接收機(jī)理論上靜態(tài)參考靈敏度Pmin為：Pmi n=-174dBm+10Log(B

9、W)+ Nf+ Eb/Nt=-108.15+ Nf+ Eb/Nt(3)如NF24L01中，C/1在2Mbps的數(shù)據(jù)輸出率時(shí)為 11dB, BW為1.8Mhz，靈敏度為-82dBm , 則根據(jù)上式可得：Nf=Pmin+174-C/l-10Log ( BW) =-82+174-11-62=18，即系統(tǒng)要求接收鏈路的Nf 要小于 18dB。靜態(tài)參考靈敏度是在靜態(tài)傳播情況下測(cè)得的數(shù)值，是衡量接收機(jī)性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。但在實(shí)際工作中，由于接收機(jī)所處的環(huán)境非常復(fù)雜，移動(dòng)通信信道不可能是一個(gè)靜態(tài)信 道，有用信號(hào)不可能無(wú)衰減、無(wú)干擾地通過(guò)空間介質(zhì)到達(dá)接收機(jī)。 事實(shí)上， 它是一個(gè)多徑衰 落信道，發(fā)射的信號(hào)要

10、經(jīng)過(guò)直射、發(fā)射、 散射等多條傳播路徑才能到達(dá)接收端，而且隨著移 動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)， 各條傳播路徑上的信號(hào)幅度、 時(shí)延及相位隨時(shí)隨地地發(fā)生變化， 因而接收信號(hào) 的電平是起伏和不穩(wěn)定的， 這些多徑信號(hào)相互疊加形成衰落； 另外除有用信號(hào)能進(jìn)入接收機(jī) 外，干擾信號(hào)(如同頻、鄰頻干擾信號(hào))也會(huì)進(jìn)入接收機(jī)，造成對(duì)有用信號(hào)的干擾。所有這 些不利因素都會(huì)降低接收機(jī)的接收效果， 為了改善接收機(jī)在多徑、 頻率干擾傳播環(huán)境的接收 能力， 使它能達(dá)到靜態(tài)信道下的接收效果， 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中采取了許多措施， 例如分集接 收、基帶跳頻、 射頻跳頻、 均衡算法等，這一系列措施都是為了保證基站接收機(jī)在復(fù)雜的多 徑、頻率干擾環(huán)境里靈

11、敏度仍能接近或達(dá)到靜態(tài)參考靈敏度的數(shù)值。3 WCDMA BTS 接收機(jī)整機(jī)靜態(tài)噪聲系數(shù)的計(jì)算WCDMA 系統(tǒng)基于直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)，具有擴(kuò)頻增益，它的解調(diào)門限(Eb/Nt )較低，可以為負(fù)值， 這樣有利于提高接收機(jī)的靈敏度， 同時(shí)也降低了對(duì)射頻前端本身的噪聲要 求。 WCDMA 系統(tǒng)中，基站和移動(dòng)臺(tái)之間的信息交換是以幀為基本單位的。每幀包含業(yè)務(wù) 信道(語(yǔ)音或數(shù)據(jù)) 、尋呼信道、導(dǎo)頻信道和同步信道的信息。因此，對(duì)于 WCDMA 基站 性能的評(píng)價(jià)都是建立在一定的幀誤碼率(FER的基礎(chǔ)上。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(yǔ)音編碼和靜態(tài)高斯噪 聲信道傳

12、輸條件下，滿足輸入信號(hào)為 Pmin=-121dBm 時(shí) FER=0.01 要求的最低 Eb/N0 為5.1dB,在此基礎(chǔ)上增加 2 dB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)(4)其中， Gp 為系統(tǒng)擴(kuò)頻增益Gp=10Log(BW/RINFO)= 10Log(3.84Mcps/12.2Kbps)=25dB(5)則解調(diào)門限為 Eb/Nt=-17.9dB由此，為了得到在滿足 FER=0.01條件下接收機(jī)輸入靈敏度為 -121dBm，接收機(jī)射頻模 擬前端的最大噪聲系數(shù)為：Nf=Pmin-(-108.15)-Eb/Nt =-121+10

13、8.15+17.9=5.05 dB 也就是說(shuō)，按照 3GPP 規(guī)范要求，我們所設(shè)計(jì)的接收機(jī)射頻模擬前端的靜態(tài)噪聲系數(shù)必須 滿足Nf<5.05 dB4 討論以上計(jì)算靜態(tài)參考靈敏度是在靜態(tài)傳播情況下測(cè)得的數(shù)值，對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)射頻前端接收機(jī)電路有一定的指導(dǎo)意義。 但如前所述， 移動(dòng)通信信道是一個(gè)多徑衰落信道， 此時(shí)接收機(jī)的解 調(diào)門限要高于靜態(tài)傳輸條件下的值。 因此， 在多徑衰落條件和滿足同樣誤碼率和接收靈敏度 的情況下，對(duì)接收機(jī)模擬前端噪聲系數(shù)的要求要高，即噪聲系數(shù)要低。對(duì)于射頻模塊， 接收機(jī)最主要的參數(shù)就是靈敏度， 所以專門針對(duì)各種模塊的靈敏度測(cè)試作了 一下總結(jié)，希望大家能有所收獲。GSM的靈敏

14、度大家都比較清楚的是-102dBm，此時(shí)的誤碼率要求是小于2.439%。但是有人清楚 GSM的靈敏度測(cè)試應(yīng)該包含CS1-CS4,MCS5-MCS9的靈敏度測(cè)試嗎？ CS1-CS4是GMSK的調(diào)制方式，而 MCS5-MCS9是8PSK的調(diào)制方式，同樣的調(diào)制方式，其編碼效率也是 不同的，也就是說(shuō) MCS9比MCS5的編碼效率是要高的，所以MCS9的靈敏度要求只有-80多（抱歉手頭沒(méi)3GPP,記不清了）。當(dāng)然，這些靈敏度測(cè)試只要一個(gè)能通過(guò)其他的就不會(huì)有 什么大問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)測(cè)試證明了射頻通路沒(méi)問(wèn)題，其他的多是芯片性能的驗(yàn)證了。編碼方式不同或者調(diào)制方式不同， 其信息量不同， 因此根據(jù)山農(nóng)公式， 其信噪

15、比要求也 是不同的， 所以對(duì)于靈敏度要求也是不同的。 接下來(lái)我們就來(lái)看其他的射頻模塊的靈敏度測(cè) 試的要求。先從藍(lán)牙說(shuō)起， 藍(lán)牙一共有三種調(diào)制方式， 因此可知也有三種的靈敏度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)， 就是GFSKn/4-DQPSK和8DPSK此外藍(lán)牙是 TDD的系統(tǒng)，所以還有單多時(shí)隙的測(cè)試（對(duì)應(yīng)GSM的GPRS測(cè)試，就是多時(shí)隙的，比如一般手機(jī)平臺(tái)支持到CLASS10那么測(cè)試靈敏度的時(shí)候，我們采用的 4下1上的設(shè)置），女口 DH1-DH5的測(cè)試，規(guī)范要求是-70dBm的時(shí)候，誤碼 率小于0.1%。從以上的就能看出，GSM的CS1-CS4和BT的DH1, DM1 , DH3QM3等的編碼方式，GPRS的多時(shí)隙測(cè)試

16、對(duì)應(yīng)的是藍(lán)牙的DH1,DH3,DH5, GMSK和8PSK對(duì)應(yīng)藍(lán)牙的GFSK,n /4-DQPSK和8DPSK后面的我就不一一對(duì)應(yīng)了，大家自然能看出來(lái)。繼續(xù)說(shuō)下CMMB，地面增補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)的 S波段的調(diào)制方式有 BPSK,QPSK,16QAM衛(wèi)星端的 Ku波段只有BPSK和QPSK由于我們多數(shù)CMMB接收機(jī)都是接收地面增補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，所 以應(yīng)該選用三種調(diào)制方式的信號(hào)源進(jìn)行測(cè)試。我手里并沒(méi)有CMMB 的測(cè)試規(guī)范，所以只能推斷根據(jù)不同的調(diào)制方式及速率，有不同的靈敏度要求，現(xiàn)在手機(jī)及PAD 支持的分辨率已經(jīng)達(dá)到了 1080P，所以片源就可能從 520i-1080p，數(shù)據(jù)速率肯定就會(huì)有很大的差別。對(duì) 于 工

17、 作 在 2.4G 的 WIFI ， 包 含 802.11b,g,n 幾 種 標(biāo) 準(zhǔn) 。 調(diào) 制 方 式 有 BPSK,QPSK,16QAM,64QAM速率也是從1M到幾百兆。當(dāng)然，這個(gè)和 GSM是一樣的，一種調(diào) 制方式對(duì)應(yīng)的是兩種或者兩種以上的速率， 不是一種調(diào)試方式一種速率。 具體的就要大家自 己去研究下信源信道編碼那些東東了。所以對(duì)應(yīng)的靈敏度測(cè)試就有很多種。當(dāng)然了，對(duì)于 wifi ，我們可以先測(cè)試最高速率。如果可以達(dá)標(biāo)，其他的就沒(méi)必要測(cè)試了。規(guī)范對(duì)于靈敏度 的要求也是從最低的-82dBm到-62dBm.由于比較多，我就不一一羅列了。對(duì)于TD和WCDMA的測(cè)試，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，注意以下幾點(diǎn)就

18、行了，首先就是TD的靈敏度要求是-108dBm，因?yàn)橐紤]到 TT即測(cè)試誤差是+-0.7dB,所以在-107.3以下就可以了 （對(duì)于其他的靈敏度測(cè)試都是有這個(gè)測(cè)試誤差的） 。此外 TD 規(guī)范里還提到了一個(gè) 3.84MHz 的靈敏度，這是一種目前還未被應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，估計(jì)是為了對(duì)應(yīng) W的FDD5M通信模式的TDD模式。由于其帶寬較寬，所以靈敏度規(guī)定為-105，不過(guò)它的帶寬是應(yīng)該等同于W的5M，但是噪底按1.6M的兩倍即3dB加的，這個(gè)就不清楚了。對(duì)于WCDMA,各個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的靈敏度從-103.7至-106.7不等。可以說(shuō)是從 -114至-117不等，這里就涉及到一個(gè)換算，即功率較 大的表示方式是基站下行總功率， 包含很多信息， 而功率較小的參考方式是這個(gè)用戶的數(shù)據(jù) 信道的功率。而這個(gè)DPCH的功率比lor的值為-10.3dB.比較W來(lái)看TD的靈敏度，大家就應(yīng) 該知道這個(gè)-108就是下行的信號(hào)總功率了，因?yàn)楹蛿?shù)據(jù)信道的比默認(rèn)為0dB,所以TD只有這 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。想進(jìn)一步了解的同學(xué)可以好好看看規(guī)范的定義。最后就是對(duì)應(yīng)于多頻段的射頻模塊， 靈敏度要求也是不同的， 這個(gè)就很好理解了。 比如 GSM是4個(gè)頻段，帶寬200K,