接收灵敏度和噪声系数课件.ppt

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1、接受灵敏度接受灵敏度接受灵敏度,指的是在SNR 能接受的情况下,其接收机能接收到的最小讯号。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqNT0:噪声基底BW:接收信号带宽NF:接收机噪声系数Eb/Nt_req:接收机的解调门限第一项是所谓的热噪声,灵敏度会与温度有关,-174dBm/Hz 是指在常温25摄氏度时的热噪声。高温时热噪声会加大,导致灵敏度变差。反之,低温时热噪声会减小,导致灵敏度变好。接收机的热噪声基底为:其中K是波尔兹曼常数,K=1.38 10-23J/K;T0为标准噪声温度,T0=290K。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW

2、)+NF(dB)+Eb/Nt_req第三项NF是接收机系统的噪声系数,BW是系统的信道带宽。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req在一定的误码率BER前提下,接收机接收到的信号应不低于接收机解调门限,接收机才能正确解调接收到的信号。接收机解调门限表示为Eb/Nt,是指每比特能量与噪声功率谱密度之比。接收机解调门限的定义Eb/Nt_req是有用信号平均比特能量与噪声和干扰功率谱密度的比值,又称为解调门限,是衡量数字调制和编码方式品质因素的标准。Eb/Nt_req的值取决于该系统的调制方式和解调算法。有以上可知道,NF越低,带宽越窄,解调门限越低,其灵

3、敏度就越好。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req噪声系数噪声系数衡量的是当一个讯号进入一个系统时,其输出讯号的SNR 下降多寡,也就是说其噪声对系统的危害程度,示意图与定义如下:接收机整体的噪声系数接收机整体的噪声系数可知,越前面的阶级,对于噪声系数的影响就越大 从天线到LNA,包含ASM、SAW Filter、以及接收路径走线,这三者的Loss总和,对于接收机整体的Noise Figure,有最大影响,若这边的Loss 多1 dB,则接收机整体的Noise Figure,就是直接增加1 dB,因此挑选ASM时,要尽量挑选Insertion Lo

4、ss 较小的。SAW Filter 可以抑制带外噪声,因此原则上须在LNA 输入端,添加SAW Filter,避免带外噪声劣化接收机整体性能。假设SAW Filter 的Insertion Loss 为1 dB,LNA 的Gain 为 10 dB,若将SAW Filter 摆放在LNA 之前,则接收机整体的Noise Figure,便是直接增加1 dB,但若放在LNA 之后,则接收机整体的Noise Figure,只增加了1/10=0.1 dB在Layout 时,其接收路径走线尽可能短,线宽尽可能宽,这样才能将其Insertion Loss 降低,甚至必要时,可以将走线下层的GND 挖空,如此

5、便可以在阻抗不变的情况下,进一步拓展线宽,使其Insertion Loss 更为降低LNA 输入端的Loss,除了Insertion Loss,也包含了Mismatch Loss,因此之所以做接收路径的匹配,主要也是为了降低Mismatch Loss,以便进一步降低Noise Figure,达到提升灵敏度之效。带宽带宽由前述灵敏度公式可知,其灵敏度与带宽有关,带宽越宽,其灵敏度就越差。WCDMA 的带宽为5 MHz,GSM 的带宽为200 KHz,因此理论上,WCDMA的灵敏度会较差,但实际上在量测时会发现,WCDMA 的灵敏度普遍都比GSM 来得好,而对于WCDMA 灵敏度的规范,也比GSM

6、 的-102 dBm 来的严格。这主要与WCDMA 的展频机制有关,WCDMA 为了使讯号不易被干扰与撷取,因此采用了展频技术。由Shannon theorem 得知当带宽拓展后,其信道容量也提升了,连带提高了Data Rate。另外,由于原始数据的Chip Rate,会在展频后大大提升,使得讯号会额外获得增益,进而再提高SNR,该增益称为处理增益,Processing Gain,GP。R 是原始资料的Chip Rate,RC 是展频后的Chip Rate,R 与RC 分别为12.2Kbps 与3.84Mcps,带入上式由上图可知,当WCDMA 的接收信号展频后,会额外再获得25dB 的Gai

7、n,提高SNR,进而提高灵敏度,因此虽然WCDMA 的带宽较宽,但实际上在量测时,其灵敏度普遍都比GSM得好。GPSGPS接受灵敏度的计算接受灵敏度的计算GPS 信号是从距地面20000km 的LEO(Low Earth Orbit,低轨道卫星)卫星上发送到地面上来的,其L1 频段(fL1=1575.42MHz)自由空间衰减为:F=20Log(/4R)=20Log(0.19/4*2*107)=-182.4 dB按照GPS系统设计指标,L1频段的C/A码信号的发射为P=26.8dBw,大气层衰减为A=2.0dB,则GPS 系统L1 频段C/A 码信号到达地面的强度为:PC/A=P-F-A =26

8、.8-182.4-2.0 =-157.6dBwGPS ICD(Interface Control Document,接口控制文档)中给出的GPS 系统L1 频段C/A 码信号强度最小值为-160dBw,和上述结果一致。在实际场景中,由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡,L1 频段C/A 信号到达地面的强度可能会低于160dBw。GPS接受灵敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+Eb/Nt_req =-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req KBT:带宽内接收机底部噪声功率K:波尔兹曼常数B:接收信号带宽T:绝对温度NF:接收机噪声系数Eb

9、/Nt_req:接收机的解调门限B9839的插入损耗是1.4dB,对于无源器件其插入损耗就是噪声系数。BGU7005的增益为16.5,噪声系数为1.3,SAFFB1G58FA0F0A的插入损耗为0.8dB,把上面的数下面的公式,得到接受系统的噪声系数为1.69。=1.4+(1.3-1)/1+0.8/16.5=1.69S(dBm)=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+C/N0+NF根据高通的GPS的解调门限是11.7dB/HZ,现用芯片的C/N0是9,B=2.046MHZ再把NF=1.69带入下式可得其灵敏度为-164.31dBmC/N0=10l

10、og(BW)+Eb/Nt_req则解调门限为Eb/Nt=-17.9dBWCDMAWCDMA噪声系数的计算噪声系数的计算根据WCDMA规范,在采用BPSK数据调制及12.2Kbps全速率语音编码和静态高斯噪声信道传输条件下,满足输入信号为S=-121dBm时FER=0.01要求的最低Eb/N0为5.1dB,在此基础上增加2 dB的设计余量,则要求Eb/N07.1dB。由扩频系统方程,Eb/N0=Eb/Nt+Gp (dB)其中,Gp为系统扩频增益Gp=10Log(BW/RINFO)=10Log(3.84Mcps/12.2Kbps)=25dB 为了得到在满足FER=0.01条件下接收机输入灵敏度为-121dBm,接收机射频模拟前端的最大噪声系数为:Nf=Pmin-(-174)-10logBW-Eb/Nt =-121+108.15+17.9=5.05 dB按照3GPP规范要求,我们所设计的接收机射频模拟前端的静态噪声系数必须满足Nf5.05 dB

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