GNSS技術(shù)干貨（36）：GPS測試中不可忽視的噪聲系數和靈敏度--云帆興燁

發(fā)表日期：2024/08/15 瀏覽次數：

1. 噪聲系數






噪聲系數（Noise Figure）是用來(lái)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。
    


    噪聲系數公式：

    F=（Si/Ni）/（So/No）

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噪聲系數的對數表示方式為NF=10lgF。

系統不可避免會(huì )引入一些噪聲，輸入信噪比始終大于輸出信噪比，F恒大于1，故噪聲系數對數值NF恒大于0dB。


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


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


2. 噪聲系數與靈敏度







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(zhù)保證相同通信質(zhì)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(lái)發(fā)射80W的，現在只需要發(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(wú)法定位時(shí)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。

系統的帶寬是固定的（如GPS系統帶寬為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，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(gè)接收機，而接收機會(huì )靠近主天線(xiàn)。為了進(jìn)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(huì )將 GPS 天線(xiàn)位置，遠離 2G/3G/4G/5G 的主天線(xiàn)。也就是說(shuō)，GPS天線(xiàn)會(huì )離接收機很遠，如下圖。

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由上文級聯(lián)的噪聲系數公式可知，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(xiàn)到接收機的較長(cháng)走線(xiàn)會(huì )極大提高接收路徑整體的噪聲系數，而LNA后方的噪聲系數則可以忽略不計。

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 后端噪聲系數對靈敏度的影響，以降低接收路徑整體的噪聲系數，提升靈敏度。


同時(shí)，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。這意味著(zhù)eLNA擺放時(shí)應盡量靠近GPS天線(xiàn)，方能最大程度的降低接收路徑整體的噪聲系數，提升靈敏度。

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關(guān)于噪聲系數的含義及噪聲系數與靈敏度的關(guān)系就介紹到這里，下期我們接著(zhù)為大家介紹噪聲系數與C/N0的關(guān)系，敬請關(guān)注。