接收灵敏度和噪声系数-PPT.ppt

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1、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

2、 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

3、率谱密度之比。接收机解调门限的定义3Eb/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

4、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 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 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。7SAW Filter 可 以 抑 制 带

5、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在Layout 时，其 接 收 路 径 走 线 尽可 能 短，线 宽 尽 可 能 宽，这 样 才

6、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大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流 大家有疑问的，

7、可以询问和交流10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。11由Shannon

8、 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。12R 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13由 上 图 可 知，当WCDMA 的 接 收 信 号 展 频 后，会 额 外再 获 得2

9、5dB 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。14GPS 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 dB15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L

10、1 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。16GPS 接受灵敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dB

11、m+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17B9839 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=1.6918S(dBm

12、)=-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_req19W CDMA 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

13、 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 20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 dB21