射频 - 灵敏度

最新推荐文章于 2025-06-25 19:00:00 发布

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分类专栏： RF 文章标签：射频 RF 硬件

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本文深入解析了设备接收信号并解码的能力——灵敏度。探讨了其测量方法，影响因素及在高端通信技术中的作用。

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灵敏度是一个规格指示器，显示设备接收信号的程度，并在“令人满意的错误率”内对其进行解码。（“令人满意的错误率”的错误率应该有多低，通常由每个应用自己的规范定义）。灵敏度以功率电平（例如，-100dBm）表示。

所以灵敏度值的解释是这样的：假设您（或规范）将BER 1％设置为“满意错误率”的水平。并假设您的设备的灵敏度测量为-100 dBm。这意味着接收器功率水平降至-100 dBm，设备测量的BER低于1％，如果接收功率低于-100 dBm，则BER大于1％。

这是另一种情况。假设您有两个设备（设备A和B）。器件A的灵敏度为-100 dBm，器件B的灵敏度为-110 dBm。在这种情况下，我们可以说“设备B具有更好的灵敏度和更好的接收能力”。

如何测量灵敏度？
现在让我们考虑一下如何测量设备的灵敏度。测量灵敏度有几种不同的方法，但最常用的方法如下图所示。在这两种情况下，我们使用特定的测试设备，可以使用相同的协议与特定的DUT通信。例如，如果DUT是蓝牙设备，我们使用在蓝牙协议中工作的测试设备（例如，Anritsu MT8852），如果DUT是WCDMA设备，则支持WCDMA协议的测试设备（例如，NodeB模拟器，如Anritsu MT8820或R＆S CMW 500）

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R＆S CMW 500

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Anritsu - MD8480

使用这些设备可以有两种不同的设置来测量灵敏度。在下图左侧所示的设置中，测试设备发送测试信号（已知的比特序列），DUT将接收的比特序列与内部生成的比特序列进行比较，并计算BER（误码率）。在右侧所示的设置中，测试设备发送比特序列并且UE接收并且将接收的序列重新发送（环回）到设备，并且设备比较发送的比特序列和环回比特序列并计算BER。

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灵敏度的测量方式

通常我们无法在一个步骤中找出灵敏度，并且必须重复上述测量程序，具有不同功率水平的多个步骤。例如，您可以如上所述测量BER，功率电平为-40 dBm，并测量BER并记下该值。接下来，在功率水平-41 dBm下进行相同的测量。重复此过程一直到-110 dBm。如果绘制测试结果，您会看到右图所示的图。在此图中，您可以找到BER大于指定条件的点（功率级别），这个点的功率被称为“灵敏度”。

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灵敏度的测量方式

估计灵敏度/影响灵敏度的因素
上述方法是进行灵敏度测量的最准确方法，但要以这种方式进行测试，您必须准备好以下两项：

i）支持DUT协议栈的设备

ii）设备应该在基带，TX和RX路径方面完全实现。

有没有其他方法可以在不符合上述标准的情况下计算灵敏度（即，不进行实际测量）？

在不执行实际测量的情况下，不可能获得特定设备的精确灵敏度值，但是有一种方法可以使用如下所示的公式粗略估计该值。

（此公式仅使用RF级参数，如NF（噪声系数）和系统BW（带宽）和SNR（信噪比），您可以将此公式不仅应用于系统级别，还应用于组件级别（例如，放大器））：

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灵敏度的计算公式

如下所列，可以在上面所示的等式中看出有几个主要因素影响灵敏度。项目i），ii），iii）的效果。在最近的高端通信技术（例如，WCDMA，LTE等）中，添加了许多技术以提高灵敏度（即，降低错误率并提高通信可靠性）。这些高端通信中采用的最常用技术是自适应调制和信道编码/纠错。结果，项目iv）和v）成为敏感性能的重要因素。

i）系统带宽

ii）噪声系数

iii）SNR

iv）调制方案

v）信道编码/纠错方法

显示项目iii），iv），v）的影响的一个实例如下所示。如您所见，此图表并未直接显示灵敏度，但灵敏度与BER或BLER直接相关。您可能会说High BLER表示灵敏度较差，而低BLER表示灵敏度较高。此示例适用于LTE。 LTE中的MCS值定义了特定的调制方案和码率（即，信道编码/纠错的参数）。如您所见，如果SNR相同，低MCS显示较低的BLER。这意味着低MCS将表现出比高MCS更好的灵敏度性能。

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SNR与BLER之间的关系

灵敏度测量的条件
如上所述，有许多因素会影响灵敏度。因此，当您进行灵敏度测量时，您必须明确定义测量条件，特别是当您想要将测量值用于质量控制或与其他设备进行性能比较时。如果您正在使用众所周知/广泛使用的通信系统，Sensitity（灵敏度）的具体测量条件将在行业标准/规范中定义。例如，如果您正在使用蓝牙，则可能会从Bluetooth SIG规范中找到这些条件。如果您正在使用WLAN，则可以从IEEE规范中找到该条件。在LTE的情况下，条件在3GPP 36.521中定义。

以下是基于3GPP 36.521-7.3参考灵敏度等级的LTE的灵敏度测量条件的示例。

条件如36.521-表A.3.2-1中规定。如果我总结一下亮点，如下：

无干扰（非常好的SNR）
RB数：指定系统带宽允许的最大RB数
MCS：4 //通过非常稳健的解调条件测量灵敏度。
预期的灵敏度（通过标准）在36.521中定义 - 表7.3.5-1用于单个Rx天线情况，表7.3_1.5-1用于4个Rx天线情况。如您所见，每个系统的带宽和工作频带（载波频率）的通过标准略有不同。

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<36.521 - 表A.3.2-1：接收机要求的固定参考信道（FDD）>