无线接收灵敏度原理分析与算法.docx
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1、接收灵敏度原理算法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
2、满足误码率小于102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。38X1023 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的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 (3X105)-3=9.2从以上公式可以看出为提高接收机灵
3、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.n /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为0。 01时,噪声门限(S/N)o为6dB,对于上述例子来说,其噪声门限还有可以再开发的潜力. J 46312图1 n /4DQPSK的误比特率性能及频差Af引起的相位漂移A0=2nAfT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Af引起
4、的相位的漂移A0=2nAfT。当AOn/4, 将会引起系统的错误判决.因此系统设计必须保证A0h/4。当AO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Af=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dBuv来表示的。这两者有什么关系呢? dBm是功率的
5、单位,而dBuv是电势的单位。 信号电势Es与信号功率Si的关系为:Es =(3)我们所用的系统的阻抗一般为Rs=50 Q,当信号功率Si用dBm表示,信号电势Es用dBuv表示, 则有20lgEs=113+10lgSi举例来说,灵敏度-106dBm,也就是7dBuv.式(2)、(4)是我们经常能用到的应该记住,熟练换算。 .功率灵敏度 (dBm dBmV dBuV)dBm=10log (Pout/1mW),其中Pout是以mW 为单位的功率值dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电
6、压值换算关系:Pout=VOutxVout/RdBmV=10log (R/0.001)+dBm, R 为负载阻抗dBuV=60+dBmV应用举例无线通信距离的计算这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系 指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传 播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。Lfs (dB) =32。44+20lgd(km)+20lgf (MHz)式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算.由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和
7、 传播距离d有关,当f或d增大一倍时,Lfs将分别增加6dB.下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗Los = 32。44 + 20lg d (Km) + 20lg f (MHz)Los是传播损耗,单位为dBd是距离,单位是Kmf是工作频率,单位是MHz下面举例说明一个工作频率为433。92MHz,发射功率为+ 10dBm (10mW),接收灵敏度为一105dBm的系统在自由空间的传播距离:1.由发射功率+10dBm,接收灵敏度为一105dBmLos= 115dB2。由 Los、f计算得出d =30公里这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无 线通信要受到各种外界因素的
8、影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上 述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为:d =1。7公里结论:无线传输损耗每增加6dB,传送距离减小一倍GPS接收机的灵敏度分析(2012-3-22 14:35)1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展,业界对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高,高灵 敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定 位和跟踪,大大拓展了 GPS的使用范围。作为GPS接收机最为重要的性能指标之一, 高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。对于GPS
9、接收系统而言,灵敏 度指标包括多个场景下的指标,分别为:跟踪灵敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。 目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下的接收机,同时,初始启动的灵敏 度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm和148dBm以下。GPS接收机首先需要 完成对卫星信号的捕获,完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度;在捕获之后 能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度.为了实现定位,GPS 接收机还需要解调GPS卫星发送的导航电文,相应的,解调导航电文所需要的最低 信号强度为初始启动灵敏度.根据上述定义可知,跟踪灵敏度最高,捕获灵敏度次之, 初始启动灵敏度最差.2 GP
10、S接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看,GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定:一是接收机前端整 个信号通路的增益及噪声性能,二是基带部分的算法性能.其中,接收机前端决定了接 收信号到达基带部分时的信噪比,而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。2。1接收机前端电路性能对灵敏度的影响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 = ()=()忌7心0 淄 18241R按照GPS系统设计指标,L1频段的C/A码信号的发射EIRP(Effec
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