接收灵敏度指标分析

接收灵敏度指标分析

摘要: 本文对接收机设计、测试一些会遇到的问题比如噪声系数对接收机灵敏度的影响;本振频率误差与接收机灵敏度的影响;接收机灵敏度的两种表达方法有何联系等进行了一些较为接近理论的分析。由于本人理论水平的限制一定会有很多理解不正确的地方,不当之处还请大家讨论。

接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力,它是制约基站上行作用距离的决定性技术指标,也是 RCR STD-28 协议中,空中接口标准要求测试的技术指标之一。合理地确定接收灵敏度直接地决定了大基站射频收发信机的性能及其可实现性。它是对 CSL 系统的接收系统总体性能的定量衡量。接收灵敏度是指在确保误比特率( BER )不超过某一特定值的情况下,在用户终端天线端口测得的最小接收功率,这里 BER 通常取为 0.01 。接收机的接收灵敏度可以用下列推导得出:

根据噪声系数的定义,输入信噪比应为:

(S/N)i=NF(S/N)o

其中 NF 为噪声系数,输入噪声功率 Ni=kTB 。当 (S/N)o 为满足误码率小于 10-2 时,即噪声门限,则输入信号的功率 Si 即为接收灵敏度:

Si=kTBNFSYS(S/N)o                                                           1

其中:

k :波尔兹曼常数( 1.38 × 10-23 J/K );

T :绝对温度( K );

B :噪声带宽( Hz );

NFSYS :收信机噪声系数;

(S/N)o :噪声门限。

k T 为常数,故接收机灵敏度以对数形式表示,则有:

Si=-174dBm+10lgB + NFSYS +(S/N)o                                        2

举例来说,对于一个噪声系数为 3dB PHS 系统,其带宽计为 300KHz ,如果系统灵敏度为 -107dBm ,则该系统的噪声门限为:

(S/N)o =174-107-10lg(3 × 105)-3=9.2

从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使 Si 小,可以从两个方面着手,一是降低系统噪声系数,另一个是使噪声门限尽可能的小。

π /4DQPSK 有三种解调方式:基带差分检测、中频差分检测、鉴频器检测。可以证明 [1] 三种非相干解调方式是等价的,我们以基带差分检测为例进行分析。在具有理想传输特性的稳态高斯信道,基带差分检测的误比特率曲线表示于图 1 实线 [2] 所示,由图可以查出在误比特率 BER 0.01 时,噪声门限 (S/N)o 6dB ,对于上述例子来说,其噪声门限还有可以再开发的潜力。

1  π /4DQPSK 的误比特率性能及频差Δ f

起的相位漂移Δθ =2 πΔ fT 对误比特率的影响

对于基带差分检测来说,收发两端的频差Δ f 引起的相位的漂移Δθ =2 πΔ fT 。当Δθ > π /4 ,将会引起系统的错误判决。因此系统设计必须保证Δθ < π /4 。当Δθ取不同值时,误比特率的曲线如图 1 所示。从图中可以看出,当Δ f=0.0025/T 时,即频率偏差为码元速率的 2.5% 时,在一个码元内将引起 90 的相差。在误比特率为 10-4 时,该相差将引起 1dB 的性能恶化。

所以说,为了获得较高的接收机灵敏度一方面可以从降低低噪放的噪声系数上考虑,另一方面提高本地振荡器频率精度对改善系统的灵敏度也是很重要的。

接收机灵敏度有两种表示方法,我们常用的是用 dBm 表示,而在协议中接收机灵敏度的表示单位通常是用 dB μ v 来表示的。这两者有什么关系呢? dBm 是功率的单位,而 dB μ v 是电势的单位。信号电势 Es 与信号功率 Si 的关系为:

                                           (3)

我们所用的系统的阻抗一般为 Rs=50 Ω,当信号功率 Si dBm 表示,信号电势 Es dB μ v 表示,则有

20lgEs=113+10lgSi                                                                                        (4)

举例来说,灵敏度 -106dBm ,也就是 7dB μ v

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