灵敏度

讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[]

问题:我们经常看到某些GPS芯片

商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[]

1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响 []

2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平 []

3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度 []

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这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5

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jinfoxhe:

R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益.

2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB.

3 见1.

snow99:

好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像

GPS RF BW: 2.046 MHz

Modulation: BPSK

Process Gain: 46 d

Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz

Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)

Receiver NF: 3 dB (Typical)

Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm

这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间

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Arm720:

楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解:

1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度 2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求

芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了! 那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗

Arm720:

看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄!

不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了!

以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言:

1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带

宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益.

2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB.

3 见1.

今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这

个理论值是衡量实际系统能够工作的重要依据.

比如,接收系统的灵敏度理论值为-150dBm (该值仅为了举例),如果你在室内测量到的GPS信号为-145dBm,说明你的系统在室内也能工作.

上面是个人理解,望大家指正.

看来Sow99兄对GPS有丰富的经验,可否大致说明一下这些指标的设计思路啊

snow99:

我现在不做GPS, 只有一点简单的了解, 这方面也是一知半解.

上面给出来的公式有点问题

GPS RF基本参数

RF BW: 2.046 MHz

Data Rate: 50 bps

PN Rate: 1.023 Mbps

Data repeat: 1 ms

Process Gain (per data) = 10*LOG(1.023 Mbps / 50 bps) = 43 dB

Required Eb/N0 由基带处理器决定 --- 基带并行相关器数目N和积分时间T, 一般来说, N和T越大, Required Eb/N0 就越低. N增加表示系统复杂度增加, T增加表示启动时间变长.

抄一下灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 +

Eb/N0+NF

比如说SiRF最新的产品有-159DBM的灵敏度, 并且冷启动时间是三十几秒, 说明它有很大数量的相关器, 实际上这个数字 N > 200000

在CDMA/WCDMA/GSM手机上的GPS接收可以由网络协助完成(SA),因此不需要太复杂的基带处理器,并且所需C/N很低,比如17DB-HZ (CDMA/WCDMA)

Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB

灵敏度S= -111 + Eb/N0+NF=-111-46+NF=-157+NF

NF是接收机从天线到基带的级联噪声系数

snow99:

这是GPS接收所需C/N与相关器数目N和积分时间T的曲线

snow99:

注意C/N的单位是dB-Hz, Eb/N0 (dB) = C/N - 10log(RF BW)

GPS RF BW: 2.046 MHz

伽利略系统 RF BW: 4.092 MHz

Arm720:

snow99兄,感谢你的精辟分析!版主该给snow99兄加分了吧!

从你的分析,我发现了一个很奇怪的现象:GPS在信号功率小于噪声功率,系统也能正确解码,分析如下:

GPS系统灵敏度:S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF.也就是说如果GPS接收器系统的灵敏度比-111dBm还要小,意味着 Eb/N小于0,也就是信号功率小于噪声功率,换句话就是信号淹没在噪声中,也能正确解码.分析到这儿,我又有点糊涂了:

1) 如果GPS接收信号的功率为-130dBm,比-111dBm小,但是并不意味着信号功率小于噪声功率呀.

2) 上面这种情况,如何分析灵敏度,GPS信号功率,信号比之间的关系

snow99兄,这个信噪比的要求感觉太小了吧:Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB

jinfoxhe:

GPS在信号功率小于噪声功率,系统也能正确解码

对的, 这就是扩频带来的好处,提高了系统的灵敏度.缺点就是需要更大的带宽

Arm720:

本论坛的高人比较多啊!

不知噪声功率一般是多少,也就是环境噪声的功率,另外如何计算从天线进入到系统的噪声

功率这个问题搞清楚了就能详细分析信号功率,噪声功率和信噪比之间的关系了;然后分析