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無線接收機作為無線通信系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。評價一個無線接收機好壞的關(guān)鍵參數(shù)有：接收靈敏度，相鄰/相間信道選擇性，單頻鈍化，干擾阻塞，動態(tài)范圍等等。?很難說出哪個指標最為關(guān)鍵，但是靈敏度確實是接收機一項最為重要的指標。
我們今天一起來學習一下?接收機靈敏度這個指標。
靈敏度定義
無線接收機的靈敏度定義為能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求錯誤率所需要的最小信噪比的最弱射頻信號功率。這里的錯誤率包括誤碼率或者誤幀率。接收機的靈敏度也隨著具體的信號調(diào)制和特性，信號傳播信道和其他的噪聲電平而改變。不同通信系統(tǒng)對接收靈敏度的要求也不一樣。?
通常無線接收機的靈敏度要求如下表所示：
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| Bluetooth:?-70 dBm to -100 dBm Wi-Fi:?-40 dBm to -80 dBm Cellular:?up to -120 dBm LoRa:?up to -130 dBm? GNSS:?-140 to -165 dBm ZigBee:?-85 to -92 dBm |
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看上去是不是也還好，但是如果把上面的dBm轉(zhuǎn)換成mW，你就能真正感受到無線接收機的厲害了。即使以毫瓦為單位，前面還得加好多零?？赡苡胐Bm 習慣了，即使做了好多年接收機的同學，可能也沒意識到原來接收機竟然這么牛x， 真是一點點的風吹草動，都能了如指掌啊。
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| Bluetooth:?0.0000001mW?to 0.0000000001 mW Wi-Fi:?0.0001 mW to 0.00000001?mW Cellular:?up to 0.000000000001mW LoRa:?up to 0.0000000000001 mW GNSS:?0.00000000000001mW to 3.1622776602e-17 mW ZigBee:?3.1622776602e-9 mW?to 6.3095734448e-10mW |
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最牛逼的還是衛(wèi)星導航系統(tǒng)，竟然能夠做到-165dBm，這個值可是非常接近底噪了。
靈敏度計算 接收機的靈敏度公式可以通過接收機的噪聲系數(shù)來推導。那什么是噪聲系數(shù)呢？ 在解釋噪聲系數(shù)之前，我們先來熟悉一個名詞：載噪比CNR，射頻和模擬基帶信號的的電平和噪聲的比值稱為載噪比，以此將其和數(shù)字基帶信號的信噪比SNR做區(qū)分。 噪聲系數(shù)就是輸入載噪比和輸出載噪比之比。 公式如下：
上面公式中，Ps就是接收機輸入端期望的信號功率；PNi 就是接收機噪聲頻帶BW內(nèi)的集成熱噪聲功率。? 在共軛匹配下，集成熱噪聲功率PNi可以表示為：
上式中的k 就是著名的玻爾茲曼常數(shù)，
而 T0 就是室溫， T0=290K。 這樣我們就可以反推得到接收機輸入端的信號功率 Ps
假定根據(jù)靈敏度電平能夠得到定義的錯誤率所需要的最小輸出信噪比為（C/N）min，?那么就可以得到：
轉(zhuǎn)換為射頻中最常用的dB形式（Smin（dBm））就是，
進一步化簡就得到了這個熟悉的靈敏度公式：
式中?
對于給定的通信系統(tǒng)，載波帶寬BW是一個已知值，不同載波帶寬BW，對應的熱噪聲功率如下表所示：
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| 載波帶寬BW | 熱噪聲功率 | 注釋 |
|---|---|---|
| 1 Hz | -174 dBm | ? |
| 10 Hz | -164 dBm | ? |
| 100 Hz | -154 dBm | ? |
| 1kHz | -144 dBm | ? |
| 10 kHz | -134 dBm | FM信道的無線對講機 |
| 100 kHz | -124 dBm | ? |
| 180 kHz | -121.45 dBm | 一個LTE資源塊 |
| 200 kHz | -121 dBm | GSM信道 |
| 1 MHz | -114 dBm | 藍牙信道 |
| 2 MHz | -111 dBm | 商業(yè)GPS信道 |
| 3.84 MHz | -108 dBm | UMTS信道 |
| 6 MHz | -106 dBm | 模擬電視信道 |
| 20 MHz | -101 dBm | WLAN802.11信道 |
| 40 MHz | -98 dBm | WLAN802.11n40 MHz 信道 |
| 80 MHz | -95 dBm | WLAN802.11ac80 MHz 信道 |
| 160 MHz | -92 dBm | WLAN802.11ac160 MHz 信道 |
| 1 GHz | -84 dBm | 超寬信道 |
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除了載波帶寬BW這個已知項之外，最小載噪比CNR，在無線通信標準中都有明確的定義，這樣接收機的靈敏度和噪聲系數(shù)NF 就是直接相關(guān)參量了。 比如，對于一個CDMA制式的移動無線接收機，已知當誤幀率為0.5%時的最大 CNR min 等于1dB，接收機載波帶寬為1.25MHz。這個無線接收機的靈敏度就是：
如果接收機的噪聲系數(shù)NF =6dB，那么這個移動接收機的靈敏度就是-108.9dB。 也就是說，靈敏度的設計直接就轉(zhuǎn)換成了噪聲系數(shù)的設計，而噪聲系數(shù)又是由接收鏈路中一連串的器件決定的。比如天線的損耗，濾波器的插入損耗IL，低噪聲放大器LNA的增益，等等。 ?
所以為了提高接收機的靈敏度，就變成了如何降低接收鏈路的噪聲系數(shù)NF了。
審核編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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