接收靈敏度

接收靈敏度是檢驗基站接收機接收微弱信號的能力,它是制約基站上行作用距離的決定性技術指標,也是RCR STD-28協議中,空中接口標準要求測試的技術指標之一。合理地確定接收靈敏度直接地決定了大基站射頻收發信機的性能及其可實現性。它是對CSL系統的接收系統總體性能的定量衡量。接收靈敏度是指在確保誤比特率(BER)不超過某一特定值的情況下,在用戶終端天線端口測得的最小接收功率,這裏BER通常取爲0.01。接收機的接收靈敏度可以用下列推導得出:

根據噪聲係數的定義,輸入信噪比應爲:

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

其中NF爲噪聲係數,輸入噪聲功率Ni=kTB。當(S/N)o爲滿足誤碼率小於10-2時,即噪聲門限,則輸入信號的功率Si即爲接收靈敏度:

Si=kTBNFSYS(S/N)o                                                           (1)

其中:

k:波爾茲曼常數(1.38×10-23 J/K);

T:絕對溫度(K);

B:噪聲帶寬(Hz);

NFSYS:收信機噪聲係數;

(S/N)o:噪聲門限。

k、T爲常數,故接收機靈敏度以對數形式表示,則有:

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

舉例來說,對於一個噪聲係數爲3dB的PHS系統,其帶寬計爲300KHz,如果系統靈敏度爲-107dBm,則該系統的噪聲門限爲:

(S/N)o=174-107-10lg(3×105)-3=9.2

從以上公式可以看出爲提高接收機靈敏度也即使Si小,可以從兩個方面着手,一是降低系統噪聲係數,另一個是使噪聲門限儘可能的小。

π/4DQPSK有三種解調方式:基帶差分檢測、中頻差分檢測、鑑頻器檢測。可以證明[1]三種非相干解調方式是等價的,我們以基帶差分檢測爲例進行分析。在具有理想傳輸特性的穩態高斯信道,基帶差分檢測的誤比特率曲線表示於圖1實線[2]所示,由圖可以查出在誤比特率BER爲0.01時,噪聲門限(S/N)o爲6dB,對於上述例子來說,其噪聲門限還有可以再開發的潛力。


圖1  π/4DQPSK的誤比特率性能及頻差Δf引

起的相位漂移Δθ=2πΔfT對誤比特率的影響

對於基帶差分檢測來說,收發兩端的頻差Δf引起的相位的漂移Δθ=2πΔfT。當Δθ>π/4,將會引起系統的錯誤判決。因此系統設計必須保證Δθ<π/4。當Δθ取不同值時,誤比特率的曲線如圖1所示。從圖中可以看出,當Δf=0.0025/T時,即頻率偏差爲碼元速率的2.5%時,在一個碼元內將引起90的相差。在誤比特率爲10-4時,該相差將引起1dB的性能惡化。

所以說,爲了獲得較高的接收機靈敏度一方面可以從降低低噪放的噪聲係數上考慮,另一方面提高本地振盪器頻率精度對改善系統的靈敏度也是很重要的。

接收機靈敏度有兩種表示方法,我們常用的是用dBm表示,而在協議中接收機靈敏度的表示單位通常是用dBμv來表示的。這兩者有什麼關係呢?dBm是功率的單位,而dBμv是電勢的單位。信號電勢Es與信號功率Si的關係爲:

                                         (3)

我們所用的系統的阻抗一般爲Rs=50Ω,當信號功率Si用dBm表示,信號電勢Es用dBμv表示,則有

20lgEs=113+10lgSi                                     (4)

舉例來說,靈敏度-106dBm,也就是7dBμv。

式(2)、(4)是我們經常能用到的應該記住,熟練換算。 

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