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GNSS技術干貨:GPS測試中不可忽視的噪聲系數(shù)和靈敏度--云帆興燁

發(fā)表日期:2024/08/15 瀏覽次數(shù):

1. 噪聲系數(shù)








噪聲系數(shù)(Noise Figure)是用來衡量射頻部件對小信號的處理能力,定義為單元輸入信噪比(Si/Ni)和輸出信噪比(So/No)的比值。
    


    噪聲系數(shù)公式:

    F=(Si/Ni)/(So/No)

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噪聲系數(shù)的對數(shù)表示方式為NF=10lgF。

系統(tǒng)不可避免會引入一些噪聲,輸入信噪比始終大于輸出信噪比,F(xiàn)恒大于1,故噪聲系數(shù)對數(shù)值NF恒大于0dB。


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    級聯(lián)網絡的噪聲系數(shù)公式:
     1723686944368668.png                                                                                                      


其中NF表示級聯(lián)的噪聲系數(shù),NF1、NF2 … NFn表示各級的噪聲系數(shù),G1、G2 …Gn等表示各級的增益??梢钥闯?,級聯(lián)的噪聲系數(shù)主要受第一級的噪聲系數(shù)NF1影響。


對于無源器件,一般噪聲系數(shù)等于它的插入損耗(Insertion Loss),即NF=IL。


2. 噪聲系數(shù)與靈敏度







接收機的靈敏度(Sensitivity)反映了它接收小信號的能力,是接收機性能的重要指標。接收機靈敏度的提高意味著保證相同通信質量發(fā)射機的功率可以降低。如果靈敏度提高3dB,發(fā)射機可以降低3dB功率,原來發(fā)射80W的,現(xiàn)在只需要發(fā)射40W了,改善非常明顯。

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GNSS測試涉及的靈敏度指標主要有捕獲靈敏度(Acquisition Sensitivity)和跟蹤靈敏度(Tracking Sensitivity)。捕獲靈敏度,指GNSS接收機能定位接收的最小信號功率。跟蹤靈敏度,指在定位后逐漸降低GNSS信號強度直到無法定位時信號的功率。



    接收機靈敏度公式:

    S=-174+10lg(BW) +NF+SNR

-174是自然界的熱噪聲,單位是dBm;

BW是信號帶寬,單位為Hz;

SNR是解調信噪比,單位為dB。


系統(tǒng)的帶寬是固定的(如GPS系統(tǒng)帶寬為2.046MHz),越寬靈敏度就越低。SNR是信號解調所需的最小信噪比,由解調算法所決定。NF是接收機的總噪聲系數(shù),因此降低NF可以直接提高接收機的靈敏度。



一般在手機設計中,2G/3G/4G/5G 與 GPS共用同一個接收機,而接收機會靠近主天線。為了進一步加強 GPS 與其他 RF 功能的隔離度,避免 GPS 信號被其他 RF 信號干擾,會將 GPS 天線位置,遠離 2G/3G/4G/5G 的主天線。也就是說,GPS天線會離接收機很遠,如下圖。

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由上文級聯(lián)的噪聲系數(shù)公式可知,LNA 前端的 Insertion Loss,也就是上式的 NF1對接收路徑整體的 Noise Figure影響最大。故GPS天線到接收機的較長走線會極大提高接收路徑整體的噪聲系數(shù),而LNA后方的噪聲系數(shù)則可以忽略不計。


因此我們必須再添加 eLNA (External LNA),一方面減小 NF1,另一方面減弱 eLNA 后端噪聲系數(shù)對靈敏度的影響,以降低接收路徑整體的噪聲系數(shù),提升靈敏度。



同時,eLNA之所以能優(yōu)化靈敏度,主要是降低了eLNA之前接收路徑的噪聲系數(shù)。這意味著eLNA擺放時應盡量靠近GPS天線,方能最大程度的降低接收路徑整體的噪聲系數(shù),提升靈敏度。

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關于噪聲系數(shù)的含義及噪聲系數(shù)與靈敏度的關系就介紹到這里,下期我們接著為大家介紹噪聲系數(shù)與C/N0的關系,敬請關注。