接收灵敏度和噪声系数课件

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1精选可编辑ppt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)+NF(dB)+Eb/Nt_req2精选可编辑ppt第一项是所谓的热噪声，灵敏度会与温度有关，-174dBm/H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3精选可编辑ppt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(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_req4精选可编辑pptEb/Nt_req是有用信号平均比特能量与噪声和干扰功率谱密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:5精选可编辑ppt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 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6精选可编辑ppt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 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 Loss 较小的。7精选可编辑ppt从天线到LNA，包含ASM、SAW Filter、以及接收路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 dB8精选可编辑pptSAW Filter 可以抑制带外噪声，因此原则上须在LNA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。9精选可编辑ppt在Layout 时，其接收路径走线尽可能短，线宽尽可能宽，这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 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。10精选可编辑ppt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。11精选可编辑ppt由Shannon theorem 得知当带宽拓展后，其信道容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12精选可编辑pptR 是原始资料的Chip Rate，RC 是展频后的Chip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。13精选可编辑ppt由上图可知，当WCDMA 的接收信号展频后，会额外再获得25GPSGPS接受灵敏度的接受灵敏度的计算算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 dB14精选可编辑pptGPS接受灵敏度的计算GPS 信号是从距地面20000km 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 =-157.6dBwGPS 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。15精选可编辑ppt按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射为P=2GPS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/Nt_req：接收机的解调门限16精选可编辑pptGPS接受灵敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+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=1.6917精选可编辑pptB9839的插入损耗是1.4dB,对于无源器件其插入损耗就是S(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_req18精选可编辑pptS(dBm)=-174dBm+10log(BW)+NWCDMAWCDMA噪声系数的噪声系数的计算算根 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 19精选可编辑ppt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 dB20精选可编辑ppt为了得到在满足FER=0.01条件下接收机输入灵敏度为-12