接收靈敏度指標(biāo)分析

1、接收靈敏度指標(biāo)分析本文對接收機(jī)設(shè)計(jì)、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(yàn)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 RCR STD-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(shí)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

2、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(shí)，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)（ 1.38×10-23 J/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。k、T為常數(shù)，故接收機(jī)靈敏度以對數(shù)形式表示，則有：Si=-17

3、4dBm+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(jì)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(3×105)-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 。 /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(jià)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

4、示于圖1實(shí)線 2 所示，由圖可以查出在誤比特率 BER為0.01時(shí)，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。圖1/4DQPSK 的誤比特率性能及頻差f 引起的相位漂移 =2fT 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 =2fT 。當(dāng) > /4，將會引起系統(tǒng)的錯誤判決。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須保證 </4。當(dāng) 取不同值時(shí)，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(shí)，即頻率偏差為碼元速率的2.5%時(shí)，在一個碼元內(nèi)將引起 90的相差。在誤比特率為 10-4 時(shí)，該相差將引起 1dB的性能惡化

5、。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 dBv 來表示的。這兩者有什么關(guān)系呢？ dBm是功率的單位， 而dBv是電勢的單位。信號電勢 Es與信號功率 Si的關(guān)系為：Es 4RsSi(3)我們所用的系統(tǒng)的阻抗一般為 Rs=50，當(dāng)信號功率 Si用dBm表示，信號電勢 Es用 dB v表示，則有20lgEs=113+10lgSi(4)舉例來說，靈敏度 -106dBm，也就是 7dBv。式（ 2）、（

6、 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=10lgP2/P1=20lgU2/U1=20lgI2/I1 。分貝制單位在電磁場強(qiáng)計(jì)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 70dbV時(shí)，其輸出電平為 100dbV，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(shí)可用分貝表示電

7、壓或電場強(qiáng)的絕對值， 此參考電平通稱為 0db。如定義 1V=0dbV、1mW=0dbm、1mV=0dbmV 。例如，現(xiàn)有一個信號A 其電平為3dbV，換算成電壓的表示方式為：3=20lgA/1 V、A=2V，即這個 3dbV的信號電壓為 2V。3、用分貝表示電壓或場強(qiáng)的誤差大小 ,如 30±3db。 通常 db 是表征電路損耗、增益的量值； dbmV 和 dbV是表征信號的相對電平值，由于 1mV=1000V,所以有 0dbmV=60lg10=60dbV。例如，信號電平是70dbV，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

8、=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=10lgx,x=7.9mW 。功率與電平的換算（ dbm 與 dbV的換算）： 在很多情況下，我們手里都只有一臺場強(qiáng)計(jì)，它的量值單位通常是dbV，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(shí)，其端電壓輸出應(yīng)為 U=50P-E2×1000000=223606.7978V, 用分貝表示是： 20lg223606.7978=107db V。也就是說 0dbm 的 50 歐信

9、源的輸出電平為107dbV。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=157dbV。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=17dbV。當(dāng)需要表示系統(tǒng)中的一個功率（或電壓）時(shí)，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10 lg( P / P0 ) = 20 lg( U / U0 )顯然，基準(zhǔn)功率（即 P=P0）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

10、，功率為P時(shí)，對應(yīng)的電平為10 lg （P/1W），單位記為 dBW（分貝瓦）。例如功率為 1W時(shí)，電平為 0dBW；功率為 100W 時(shí)，電平為 20dBW；功率為 100mW時(shí)，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 = U2/Z = 0.12 /75 = 1.3× 10(-4) W對應(yīng)的電平為10lg( 1.3× 10(-4) / 1 ) = -38.75dbW若以 1mW為基準(zhǔn)功率時(shí)，則功率為P時(shí)對應(yīng)的電平為10

11、lg （P/1mW），單位記為 dBmW（分貝毫瓦）。例如功率為 1W時(shí)，電平為 30dBm；功率為 1mW時(shí)，電平為 0dBm；功率為 1uW時(shí)，電平為 -30dBm；電壓為 1mV時(shí)，對應(yīng)的功率P = U2/Z = 0.0012 /75 = 1.3× 10(-8) W =1.3× 10(-5) mW對應(yīng)的電平為10lg( 1.3× 10(-5)mW /1mW) = -48.75 dbm若以 1mV作為基準(zhǔn)電壓，則電壓為 U時(shí)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(shí)，對應(yīng)的電平為 60dBmV；電壓為 1uV時(shí)

12、，對應(yīng)的電平為 -60 dBmV ；功率為 1mW時(shí)，電壓U = sqr( P*Z ) = sqr(75*10(-3) V = 274 mV對應(yīng)的電平為20lg(274mv/1mv) = 48.75 dbmv若以 1uV 為基準(zhǔn)電壓，則電壓為 U時(shí)對應(yīng)的電平為 20lg （U/1uV），單位記為 dBuV（分貝微伏）。例如電壓為 1mV時(shí)，電平為 60dBuV ；電壓為 100mV 時(shí)，電平為 100dBuV ；功率為1mW時(shí)，電壓U = 274 mV = 2.74× 10(-5) uV對應(yīng)的電平為20lg(2.74× 10(-5) / 1 ) = 108.75 dbuV電平的四個單位 dBW、dBm、dBmV、dBV 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(shí)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(shí)用第一列數(shù) -138.75 ，即用原來的數(shù)加 -138.75 得-23.75 ，說明 115dBV 相當(dāng)于 -23.75dBW；類似地， 115dBuV相當(dāng)于 115-108.75=6.25dBm；相當(dāng)于 115-60=5