接收靈敏度和噪聲系數(shù)課件

接受靈敏度接受靈敏度，指的是在SNR能接受的情況下，其接收機(jī)能接收到的最小訊號。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqNT0

：噪聲基底BW：接收信號帶寬NF：接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req：接收機(jī)的解調(diào)門限接受靈敏度接受靈敏度，指的是在SNR能接受的情況下，其接收1第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲，靈敏度會與溫度有關(guān)，-174dBm/Hz是指在常溫25攝氏度時(shí)的熱噪聲。高溫時(shí)熱噪聲會加大，導(dǎo)致靈敏度變差。反之，低溫時(shí)熱噪聲會減小，導(dǎo)致靈敏度變好。接收機(jī)的熱噪聲基底為：其中K是波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K；T0為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，T0=290K。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲，靈敏度會與溫度有關(guān)，-174dBm/H2第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req在一定的誤碼率BER前提下，接收機(jī)接收到的信號應(yīng)不低于接收機(jī)解調(diào)門限，接收機(jī)才能正確解調(diào)接收到的信號。接收機(jī)解調(diào)門限表示為Eb/Nt，是指每比特能量與噪聲功率譜密度之比。接收機(jī)解調(diào)門限的定義第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(3Eb/Nt_req是有用信號平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密度的比值，又稱為解調(diào)門限，是衡量數(shù)字調(diào)制和編碼方式品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)。

Eb/Nt_req的值取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和解調(diào)算法。有以上可知道，NF越低，帶寬越窄，解調(diào)門限越低，其靈敏度就越好。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqEb/Nt_req是有用信號平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密4噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其輸出訊號的SNR下降多寡，也就是說其噪聲對系統(tǒng)的危害程度，示意圖與定義如下:

噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其輸出訊號5

接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知，越前面的階級，對于噪聲系數(shù)的影響就越大

接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知，越前面的階級，對于噪聲系數(shù)的影響就6

從天線到LNA，包含ASM、SAWFilter、以及接收路徑走線，這三者的Loss總和，對于接收機(jī)整體的NoiseFigure，有最大影響，若這邊的Loss多1dB，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，就是直接增加1dB，因此挑選ASM時(shí)，要盡量挑選InsertionLoss較小的。從天線到LNA，包含ASM、SAWFilter、以及接收路7SAWFilter可以抑制帶外噪聲，因此原則上須在LNA輸入端，添加SAWFilter，避免帶外噪聲劣化接收機(jī)整體性能。假設(shè)SAWFilter的InsertionLoss為1dB，LNA的Gain為10dB，若將SAWFilter擺放在LNA之前，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，便是直接增加1dB，但若放在LNA之后，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，只增加了1/10=0.1dBSAWFilter可以抑制帶外噪聲，因此原則上須在LNA8在Layout時(shí)，其接收路徑走線盡可能短，線寬盡可能寬，這樣才能將其InsertionLoss降低，甚至必要時(shí)，可以將走線下層的GND挖空，如此便可以在阻抗不變的情況下，進(jìn)一步拓展線寬，使其InsertionLoss更為降低LNA輸入端的Loss，除了InsertionLoss，也包含了MismatchLoss，因此之所以做接收路徑的匹配，主要也是為了降低MismatchLoss，以便進(jìn)一步降低NoiseFigure，達(dá)到提升靈敏度之效。在Layout時(shí)，其接收路徑走線盡可能短，線寬盡可能寬，這9帶寬由前述靈敏度公式可知，其靈敏度與帶寬有關(guān)，帶寬越寬，其靈敏度就越差。WCDMA的帶寬為5MHz，GSM的帶寬為200KHz，因此理論上，WCDMA的靈敏度會較差，但實(shí)際上在量測時(shí)會發(fā)現(xiàn)，WCDMA的靈敏度普遍都比GSM來得好，而對于WCDMA靈敏度的規(guī)范，也比GSM的-102dBm來的嚴(yán)格。這主要與WCDMA的展頻機(jī)制有關(guān)，WCDMA為了使訊號不易被干擾與擷取，因此采用了展頻技術(shù)。帶寬由前述靈敏度公式可知，其靈敏度與帶寬有關(guān)，帶寬越寬，其靈10由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后，其信道容量也提升了，連帶提高了DataRate。另外，由于原始數(shù)據(jù)的ChipRate，會在展頻后大大提升，使得訊號會額外獲得增益，進(jìn)而再提高SNR，該增益稱為處理增益，ProcessingGain，GP。由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后，其信道容11R是原始資料的ChipRate，RC是展頻后的ChipRate，R與RC

分別為12.2Kbps與3.84Mcps，帶入上式

R是原始資料的ChipRate，RC是展頻后的Chip12由上圖可知，當(dāng)WCDMA的接收信號展頻后，會額外再獲得25dB的Gain，提高SNR，進(jìn)而提高靈敏度，因此雖然WCDMA的帶寬較寬，但實(shí)際上在量測時(shí)，其靈敏度普遍都比GSM得好。由上圖可知，當(dāng)WCDMA的接收信號展頻后，會額外再獲得2513GPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號是從距地面20000km的LEO（LowEarthOrbit，低軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星上發(fā)送到地面上來的，其L1頻段（fL1=1575.42MHz）自由空間衰減為：F=20Log(λ/4πR)

=20Log(0.19/4π*2*107)=-182.4dBGPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號是從距地面20000km14按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，L1頻段的C/A碼信號的發(fā)射為P=26.8dBw，大氣層衰減為A=2.0dB,則GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號到達(dá)地面的強(qiáng)度為：PC/A=P-F-A=26.8-182.4-2.0=-157.6dBwGPSICD（InterfaceControlDocument，接口控制文檔）中給出的GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號強(qiáng)度最小值為-160dBw，和上述結(jié)果一致。在實(shí)際場景中，由于衛(wèi)星仰角的不同、以及受樹木、建筑物等的遮擋，L1頻段C/A信號到達(dá)地面的強(qiáng)度可能會低于160dBw。按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，L1頻段的C/A碼信號的發(fā)射為P=215GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req

KBT：帶寬內(nèi)接收機(jī)底部噪聲功率K：波爾茲曼常數(shù)B：接收信號帶寬T：絕對溫度NF：接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req：接收機(jī)的解調(diào)門限GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+16B9839的插入損耗是1.4dB,對于無源器件其插入損耗就是噪聲系數(shù)。BGU7005的增益為16.5，噪聲系數(shù)為1.3，SAFFB1G58FA0F0A的插入損耗為0.8dB,把上面的數(shù)下面的公式，得到接受系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為1.69。=1.4+(1.3-1)/1+0.8/16.5=1.69

B9839的插入損耗是1.4dB,對于無源器件其插入損耗就是17S(dBm)=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+C/N0+NF根據(jù)高通的GPS的解調(diào)門限是11.7dB/HZ，現(xiàn)用芯片的C/N0是9，B=2.046MHZ再把NF=1.69帶入下式可得其靈敏度為-164.31dBmC/N0=10log(BW)+Eb/Nt_reqS(dBm)=-174dBm+10log(BW)+N18WCDMA噪聲系數(shù)的計(jì)算根據(jù)WCDMA規(guī)范，在采用BPSK數(shù)據(jù)調(diào)制及12.2Kbps全速率語音編碼和靜態(tài)高斯噪聲信道傳輸條件下，滿足輸入信號為S=-121dBm時(shí)FER=0.01要求的最低Eb/N0為5.1dB，在此基礎(chǔ)上增加2dB的設(shè)計(jì)余量，則要求Eb/N0>7.1dB。由擴(kuò)頻系統(tǒng)方程，Eb/N0=Eb/Nt+Gp（dB）其中，Gp為系統(tǒng)擴(kuò)頻增益Gp=10Log(BW/RINFO)=10Log(3.84Mcps/12.2Kbps)=25dB則解調(diào)門限為Eb/Nt=-17.9dBWCDMA噪聲系數(shù)的計(jì)算根據(jù)WCDMA規(guī)范，在采用BPSK數(shù)19為了得到在滿足FER=0.01條件下接收機(jī)輸入靈敏度為-121dBm，接收機(jī)射頻模擬前端的最大噪聲系數(shù)為：Nf=Pmin-(-174)-10logBW-Eb/Nt=-121+108.15+17.9=5.05dB按照3GPP規(guī)范要求，我們所設(shè)計(jì)的接收機(jī)射頻模擬前端的靜態(tài)噪聲系數(shù)必須滿足Nf<5.05dB為了得到在滿足FER=0.01條件下接收機(jī)輸入靈敏度為-1220接受靈敏度接受靈敏度，指的是在SNR能接受的情況下，其接收機(jī)能接收到的最小訊號。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqNT0

：噪聲基底BW：接收信號帶寬NF：接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req：接收機(jī)的解調(diào)門限接受靈敏度接受靈敏度，指的是在SNR能接受的情況下，其接收21第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲，靈敏度會與溫度有關(guān)，-174dBm/Hz是指在常溫25攝氏度時(shí)的熱噪聲。高溫時(shí)熱噪聲會加大，導(dǎo)致靈敏度變差。反之，低溫時(shí)熱噪聲會減小，導(dǎo)致靈敏度變好。接收機(jī)的熱噪聲基底為：其中K是波爾茲曼常數(shù)，K=1.3810-23J/K；T0為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，T0=290K。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req第一項(xiàng)是所謂的熱噪聲，靈敏度會與溫度有關(guān)，-174dBm/H22第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req在一定的誤碼率BER前提下，接收機(jī)接收到的信號應(yīng)不低于接收機(jī)解調(diào)門限，接收機(jī)才能正確解調(diào)接收到的信號。接收機(jī)解調(diào)門限表示為Eb/Nt，是指每比特能量與噪聲功率譜密度之比。接收機(jī)解調(diào)門限的定義第三項(xiàng)NF是接收機(jī)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，BW是系統(tǒng)的信道帶寬。S(23Eb/Nt_req是有用信號平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密度的比值，又稱為解調(diào)門限，是衡量數(shù)字調(diào)制和編碼方式品質(zhì)因素的標(biāo)準(zhǔn)。

Eb/Nt_req的值取決于該系統(tǒng)的調(diào)制方式和解調(diào)算法。有以上可知道，NF越低，帶寬越窄，解調(diào)門限越低，其靈敏度就越好。S(dBm)=NT0(dBm)+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_reqEb/Nt_req是有用信號平均比特能量與噪聲和干擾功率譜密24噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其輸出訊號的SNR下降多寡，也就是說其噪聲對系統(tǒng)的危害程度，示意圖與定義如下:

噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)衡量的是當(dāng)一個(gè)訊號進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其輸出訊號25

接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知，越前面的階級，對于噪聲系數(shù)的影響就越大

接收機(jī)整體的噪聲系數(shù)可知，越前面的階級，對于噪聲系數(shù)的影響就26

從天線到LNA，包含ASM、SAWFilter、以及接收路徑走線，這三者的Loss總和，對于接收機(jī)整體的NoiseFigure，有最大影響，若這邊的Loss多1dB，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，就是直接增加1dB，因此挑選ASM時(shí)，要盡量挑選InsertionLoss較小的。從天線到LNA，包含ASM、SAWFilter、以及接收路27SAWFilter可以抑制帶外噪聲，因此原則上須在LNA輸入端，添加SAWFilter，避免帶外噪聲劣化接收機(jī)整體性能。假設(shè)SAWFilter的InsertionLoss為1dB，LNA的Gain為10dB，若將SAWFilter擺放在LNA之前，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，便是直接增加1dB，但若放在LNA之后，則接收機(jī)整體的NoiseFigure，只增加了1/10=0.1dBSAWFilter可以抑制帶外噪聲，因此原則上須在LNA28在Layout時(shí)，其接收路徑走線盡可能短，線寬盡可能寬，這樣才能將其InsertionLoss降低，甚至必要時(shí)，可以將走線下層的GND挖空，如此便可以在阻抗不變的情況下，進(jìn)一步拓展線寬，使其InsertionLoss更為降低LNA輸入端的Loss，除了InsertionLoss，也包含了MismatchLoss，因此之所以做接收路徑的匹配，主要也是為了降低MismatchLoss，以便進(jìn)一步降低NoiseFigure，達(dá)到提升靈敏度之效。在Layout時(shí)，其接收路徑走線盡可能短，線寬盡可能寬，這29帶寬由前述靈敏度公式可知，其靈敏度與帶寬有關(guān)，帶寬越寬，其靈敏度就越差。WCDMA的帶寬為5MHz，GSM的帶寬為200KHz，因此理論上，WCDMA的靈敏度會較差，但實(shí)際上在量測時(shí)會發(fā)現(xiàn)，WCDMA的靈敏度普遍都比GSM來得好，而對于WCDMA靈敏度的規(guī)范，也比GSM的-102dBm來的嚴(yán)格。這主要與WCDMA的展頻機(jī)制有關(guān)，WCDMA為了使訊號不易被干擾與擷取，因此采用了展頻技術(shù)。帶寬由前述靈敏度公式可知，其靈敏度與帶寬有關(guān)，帶寬越寬，其靈30由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后，其信道容量也提升了，連帶提高了DataRate。另外，由于原始數(shù)據(jù)的ChipRate，會在展頻后大大提升，使得訊號會額外獲得增益，進(jìn)而再提高SNR，該增益稱為處理增益，ProcessingGain，GP。由Shannontheorem得知當(dāng)帶寬拓展后，其信道容31R是原始資料的ChipRate，RC是展頻后的ChipRate，R與RC

分別為12.2Kbps與3.84Mcps，帶入上式

R是原始資料的ChipRate，RC是展頻后的Chip32由上圖可知，當(dāng)WCDMA的接收信號展頻后，會額外再獲得25dB的Gain，提高SNR，進(jìn)而提高靈敏度，因此雖然WCDMA的帶寬較寬，但實(shí)際上在量測時(shí)，其靈敏度普遍都比GSM得好。由上圖可知，當(dāng)WCDMA的接收信號展頻后，會額外再獲得2533GPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號是從距地面20000km的LEO（LowEarthOrbit，低軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星上發(fā)送到地面上來的，其L1頻段（fL1=1575.42MHz）自由空間衰減為：F=20Log(λ/4πR)

=20Log(0.19/4π*2*107)=-182.4dBGPS接受靈敏度的計(jì)算GPS信號是從距地面20000km34按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，L1頻段的C/A碼信號的發(fā)射為P=26.8dBw，大氣層衰減為A=2.0dB,則GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號到達(dá)地面的強(qiáng)度為：PC/A=P-F-A=26.8-182.4-2.0=-157.6dBwGPSICD（InterfaceControlDocument，接口控制文檔）中給出的GPS系統(tǒng)L1頻段C/A碼信號強(qiáng)度最小值為-160dBw，和上述結(jié)果一致。在實(shí)際場景中，由于衛(wèi)星仰角的不同、以及受樹木、建筑物等的遮擋，L1頻段C/A信號到達(dá)地面的強(qiáng)度可能會低于160dBw。按照GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，L1頻段的C/A碼信號的發(fā)射為P=235GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+NF(dB)+Eb/Nt_req=-174dBm+10log(BW)+NF(dB)+Eb/Nt_req

KBT：帶寬內(nèi)接收機(jī)底部噪聲功率K：波爾茲曼常數(shù)B：接收信號帶寬T：絕對溫度NF：接收機(jī)噪聲系數(shù)Eb/Nt_req：接收機(jī)的解調(diào)門限GPS接受靈敏度的公式S(dBm)=KBT(dBm)+36B9839的插入損耗是1.4dB,對于無源器件其插入損耗就是噪聲系數(shù)。BGU7005的增益為16.5，噪聲系數(shù)為1.3，SAFFB1G58FA0F0A的插入損耗為