接收灵敏度和噪声系数

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=1.3810-23J/K；T0为标准噪声温度，T0=290K。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+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、SAWFilter、以及接收路径走线，这三者的Loss总和，对于接收机整体的NoiseFigure，有最大影响，若这边的Loss多1dB，则接收机整体的NoiseFigure，就是直接增加1dB，因此挑选ASM时，要尽量挑选InsertionLoss较小的。SAWFilter可以抑制带外噪声，因此原则上须在LNA输入端，添加SAWFilter，避免带外噪声劣化接收机整体性能。假设SAWFilter的InsertionLoss为1dB，LNA的Gain为10dB，若将SAWFilter摆放在LNA之前，则接收机整体的NoiseFigure，便是直接增加1dB，但若放在LNA之后，则接收机整体的NoiseFigure，只增加了1/10=0.1dB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InsertionLoss降低，甚至必要时，可以将走线下层的GND挖空，如此便可以在阻抗不变的情况下，进一步拓展线宽，使其InsertionLoss更为降低LNA输入端的Loss，除了InsertionLoss，也包含了MismatchLoss，因此之所以做接收路径的匹配，主要也是为了降低MismatchLoss，以便进一步降低NoiseFigure，达到提升灵敏度之效。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5MHz，GSM的带宽为200KHz，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的-102dBm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Shannontheorem得知当带宽拓展后，其信道容量也提升了，连带提高了DataRate。另外，由于原始数据的ChipRate，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，ProcessingGain，GP。R是原始资料的ChipRate，RC是展频后的ChipRate，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Gain，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。GPS接受灵敏度的计算GPS信号是从距地面20000km的LEO（LowEarthOrbit，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(λ/4πR)=20Log(0.19/4π*2*107)=-182.4dB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=26.8-182.4-2.0=-157.6dBwGPSICD（InterfaceControlDocument，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_reqKBT：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/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=10log(BW)+Eb/Nt_req则解调门限为Eb/Nt=-17.9dBWCDMA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2dB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=5.05dB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Nf5.05dB