接收器灵敏度定义的接收器可以接收且可以正常工作的最低级别的强度。
接收机灵敏度跟很多东西有关,如噪声系数、信号带宽、解调信噪比等,灵敏度一般来说越高(数值越低),说明其接收微弱信号的能力越强,但也带来容易被干扰的毛病,对于接收机来说,灵敏度只要能满足使用要求即可,过高的追求灵敏度最终可能是费力不讨好。
式是-174nf10LGB10LGSNR(nf噪声系数、b信号带宽、SNR解调信噪比)(NF噪声系数(一般为10 )、b信号带宽,单位为Hz、SNR解调信噪比,单位为dB ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。
如果设解调带宽为10kHz、噪声系数为10dB、解调带宽为12dB,则接收机的灵敏度可以计算为-112dBm
如图所示,NF噪声系数是设备(单层设备、多级设备或整个接收机)输入端的信噪比和该设备输出端的信噪比。 信噪比[SNR]由均方根信号与均方根噪声之比表示,因为噪声在不同时间点以不可预见的方式变化。
在扩频数字通信接收机中,链路的测量参数Eb/No (每位能量与噪声功率谱密度之比)和实现某个期望的接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系从标准噪声系数f的定义中导出。 CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机和其他扩频系统的射频工程师可以使用导出的接收机灵敏度方程进行设计,设计者通过将扩频链路的预算与任何输入信号电平进行权衡来获得接收机参数
由噪声系数f导出Eb/No关系
根据定义,f是设备(单层设备、多层设备或整个接收机)输入端的信噪比和该设备输出端的信噪比(图1 )。 信噪比[SNR]由均方根信号与均方根噪声之比表示,因为噪声在不同时间点以不可预见的方式变化。
图1
以下是图1中使用的参数的定义,也在灵敏度方程式中使用:
Sin=获得的输入信号功率(w ) )
Nin=得到的输入热噪声功率(w )=KTBRF在这里:
K=含蓄的眼睛常数=1.381 10-23 W/Hz/K、
T=290K,室温
BRF=射频载波带宽(Hz )=扩频系统的码片速率
Sout=得到的输出信号功率(w ) (输出) (输出) (输出) ) (输出) (输出) ) ) (输出) ) (输出) (输出) (输出) ) ) ) ) (输出) )
Nout=得到的输出噪声功率(w ) )。
G=设备增益(数值) () ) ) ) ) ) ) ) ) )。
F=设备噪音系数(数值) () ) ) ) ) ) ) )。
的定义如下
f=(=(正/负/)/(负/负) )正(负/负) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。
用输入噪声Nin表示Nout :
nout=(fninsout )/Sin在此,Sout=G Sin
获得:
Nout=F Nin G
调制信号的平均功率被定义为S=Eb/T,其中Eb是比特持续时间内的能量,单位是ws,t是秒单位的比特持续时间。
调制信号平均功率与用户数据速率的关系通过以下公式计算:
1/T=用户数据的比特率、Rbit单位Hz、Sin=Eb Rbit
根据上述方程式,以Eb/No表示的设备输出端的信噪比如下:
输出/输出=(正弦g )/(正弦gf )=
正弦波/(正弦波)=
(以太网比特)/)/(千兆以太网F )=
(Eb/KTF ) )(Rbit/BRF )、
这里,KTF表示1比特持续时间内的噪声功率(No )。
因此,
Sout/Nout=Eb/No Rbit/BRF
在射频频带内,BRF等于扩频系统的码片速率w,处理增益(PG=W/Rbit )可以定义如下:
PG=BRF/Rbit
因此,Rbit/BRF=1/PG,需要输出信噪比。
sout/nout=乙/否1 /毫克。
注意:在无扩频系统(W=Rbit )中,Eb/No在数值上与SNR相等。
接收机的灵敏度方程式
对于给定的输入信号电平,用噪声系数方程式表示Sin以确定SNR :
f=(正/负/)/(负/负)或f=)正/负(负/负) ) )。
输入=输入输出(输出/输出) ) )。
Sin也可以表示如下。
sin=fkt BRFEB /否1/pg
用更一般的对数形式表示,每个项目取以10为底的对数,乘以10得到单位dB或dBm。 于是,噪声系数nf(db )=10 log (F ) f,从而得到以下接收器灵敏度方程式。
sin(DBM )=nf ) d
B) + KTBRF (dBm) + Eb/No (dB) - PG (dB)数字实例
下面是扩频WCDMA蜂窝系统基站接收机的例子。尽管接收机灵敏度方程对各种电平的输入信号都是正确的,对于给定的Eb/No、本范例在满足误码率百分比(%BER)的最小灵敏度下选择了最大输入信号功率。这个实例的条件为:
对于速率为12.2kbps、功率-121dBm的数字语音信号,最大规定输入信号电平必须满足系统的最小规定灵敏度。对于QPSK调制信号,在Eb/No值为5dB时可以获得规定的误码率BER (0.1%)。射频带宽等于码片速率,即3.84MHz。KTBRF(log) = 10 × log(1.381 × 10-23 W/Hz/K × 290K × 3.84MHz × 1000mW/W) = -108.13dBm.规定的用户数据速率Rbit等于12.2kbps,PG为PG = Rchip / Rbit = 314.75numeric或25dBlog。将这些值带入并利用等式:Sout / Nout = Eb/No × Rbit / BRF得到输出信噪比为:5dB - 25dB = -20dB。这表示扩展了带宽的扩频系统实际是在负值SNR下工作。为了得到满足最小规定灵敏度的最大接收机噪声系数(表示为NFmax),使用接收机灵敏度方程:
Sin (dBm) = NF (dB) + KTBRF (dBm) + Eb/No (dB) - PG (dB)
下面的步骤和图2给出了得到NFmax的具体方法:
步骤1:对于WCDMA系统,在预期的灵敏度下最大规定射频输入信号为-121dBm。
步骤2:减去5dB的Eb/No值,得到在用户频带内允许的最大噪声电平为-126dBm (12.2kHz)。
步骤3:加上25dB的处理增益,得到在射频载波带宽内的最大允许噪声电平为-101dBm。
步骤4:从射频输入噪声中减去最大允许噪声电平得到NFmax = 7.1dB。
注意:如果在接收机设计中使用了更高效的检测器,使对Eb/No值的要求仅为3dB而不是5dB,在接收机NFmax为7.1dB的条件下,接收机灵敏度可以达到-123dBm。另外,由于降低了对于Eb/No值的要求,在满足最大规定输入信号为-121dBm的同时,高达9.1dB的NFmax值也是可以承受的。
小结
使用从噪声系数的定义推导出来的接收机灵敏度方程,设计者可以在扩频链路预算中权衡和确定接收机的参数,它对任意输入信号电平都可行,从而使这个方程在确定系统灵敏度方面非常实用。
Sin (dBm) = NF (dB) + KTBRF (dBm) + Eb/No (dB) - PG (dB)