WCDMA基站灵敏度分析.doc

WCDMA基站灵敏度分析WCDMA基站灵敏度分析新手学习中.希望大家多多帮助。在现代移动通信系统中，无论是哪种制式，接收机（receiver）都是必不可少的，扮演着非常重要的角色。就目前扩频通信系统中，接收机的性能起着至关重要的作用，而其灵敏度（sensitivity）参数无疑是其中最重要的一项，它不但能够影响网络的质量，还能影响网络的覆盖和容量。因此，分析接收机的灵敏度有着非常重要的意义。 一、接收机噪声分析 所谓灵敏度，直接从字面上的意义，就是接收微弱信号的能力。要接收微弱的信号，一般的想法是设法将信号能量放大，也就是提高增益（Gain），以接收更微弱的信号，但是增益高的接收机，其灵敏度不一定高，这就是一般容易误解的地方。 我们首先来分析一下噪声（Noise）的问题。 1、接收机的信噪比 收音机就是典型的接收机，打开收音机，当没有信号进来时，通常都可以听到细小的“沙沙”声，这就是噪声的声音。当有信号进来时，强度够的话，这种“沙沙”声就几乎听不到。可是如果信号微弱的话，我们会把收音机的音量开大，想更清楚地听到信号，这一来，“沙沙”声也就相对变大。如果信号更微弱的话，纵然将接收机的音量开到最大，也只是徒然提高“沙沙”声而已，还是听不清楚。 可见要清楚地接收到微弱信号，问题并不是在将音量（增益）开得多大，如果纯粹想提高增益的话，就会变得非常简单，一直加放大器就是，由此可见，单纯提高增益是没有意义。其关键是信号和噪声相对的强度，是否信号有足够的强度，不被噪声所遮盖。 这种信号强度和噪声强度的对比就叫“信号噪声比”（SignaltoNoiseRatio）或者简称S/N比；当然，S/N比在习惯上也经常以dB为单位来表示。 从接收机声频输出端（如扬声器）所听到的噪声。可以区分为两类。第一类是伴随着信号从天线端接收进来的外部噪声。对于此类噪声称之为背景噪声，一般是很难去掉的。第二类是与外部环境完全无关的内部噪声，即使将输入端的信号降低到零，仍可听到的噪声，这完全是接收机本身所产生的内部噪声。 第二类噪声就直接影响接收机的性能，即和接收机的灵敏度密切相关。 2、接收机的噪声指数 描述一个系统（如接收机）内部噪声大小，可以用噪声系数（NoiseFactor）F来表示，或者取其对数值，变成噪声指数（NoiseFigure）NF。 NF10logF=10log(Sin/Nin)10log(Sout/Nout) 由于接收机内部噪声的加入，会使得输出端的信号噪声比降低，所以噪声系数值一定大于，而噪声指数NF值则大于0dB。 对于一个可以分成几级串接起来的系统，其整体的噪声系数，可以由各级的增益和噪声系数计算出来。由于第一级的噪声会经过每一级的放大，所以影响整体的噪声系数最显著。第二级则不必经过第一级的放大，影响次之，越到后级，其影响程度越不显着。通常的计算，只须考虑到第二级就足够的了，以后的各级的影响非常小，几乎可以忽略不计。 以一般常见的接收机来说，天线输入端之后就是射频(RF)放大级，再进入混波（Mixer）级、中频（IF）放大级。混波级为平衡式混波器，所以不但没有增益，反而有损失，但没有噪声。整个接收机噪声系数： F1+(F2-1)/(GL) 因为有射频放大级的增益，使整个噪声指数才增加的并不多。当然，提高射频放大级的增益，是可以降低整体接收机的噪声系数，但是提高到某个程度以后，效果就不明显了。相反地，太高的射频放大级增益，也会造成混波级的问题。所以，射频放大级的增益目的，是为了建立起整体的噪声系数，增益不必要求太高，大约在几十个dB左右即可。射频放大级主宰了整体的噪声系数，如何选用低噪声的元件、如何去设计偏压电路、尽量降低射频放大级的噪声，与接收机的性能密切相关。 二、接收机灵敏度方程 在一般的通信系统（如CDMA系统）中，能够解调的Eb/N0是确定的，因此计算接收机的灵敏度实际就是推导出灵敏度和信噪比、系统噪声的关系。 下面首先对推导中使用到的参数意义做一个说明： Sin=可获得的输入信号功率(W)，可以认为是调制信号的平均功率Sin=EbRb 其中，Eb为比特持续时间内的能量，Rb数据速率 Nin=可获得的输入热噪声功率(W)=KTBRF其中： K=波尔兹曼常数= 1.38110-23 W/Hz/K T=290K，室温 BRF=射频载波带宽(Hz)= 扩频系统的码片速率 Sout=可获得的输出信号功率(W) Nout=可获得的输出噪声功率(W) G=设备增益(数值) F=设备噪声系数(数值) 计算步骤如下： （1）用Eb/No表示输出端信噪比Sout/Nout 由噪声系数F=(Sin/Nin)/(Sout/Nout)，可以得到： Sout/Nout=(SinG/NinG)/F =Sin/（NinF） =(EbRb)/(KTBRFF) =(Eb/KTF)(Rb/BRF) =(Eb/No)/Gp 其中No=KTF，表示一比特持续时间内的噪声功率，GpBRF/Rb为系统的处理增益。 （2）计算出Sin 再由噪声系数方程，得到： SinFNin（Sout/Nout） =FKTBRF(Eb/No)/Gp （3）最后得出灵敏度S 在一个给定的接收机系统中，能够解调的最低Eb/No是一定的，噪声系数也是一定的，处理增益也可以通过系统计算出来，接收机的灵敏度就是在系统能够解调的前提下，接收机能够接收到的最小的功率。对（2）中的Sin取对数，得到： S（dBm）NF（dB）KTBRF（dBm）Eb/No（dB）Gp（dB） 上式即为接收机灵敏度方程。 三、WCDMA通信系统接收机(基站)灵敏度计算 WCDMA作为第三代移动通信最重要的标准之一，其基站设备的性能直接关系到网络的覆盖和质量，射频带宽等于码片速率，即3.84MHz，对于速率为12.2kbit/s、QPSK调制信号，在Eb/No值为5dB时可以获得规定的误码率BER(0.1%)。 可以计算得到： KTBRF（dBm）10log(1.38110-23W/Hz/K290K3.84MHz1000mW/W) 108dBm。 Gp（dB）BRF/Rb25dB 于是，基站灵敏度： S（dBm）NF108525 NF128dB 因此对给定的S121dB情况下，系统的噪声指数NF必须小于7dB。 另外，不妨再计算一下输出的信噪比Sout/Nout(Eb/No)/(BRF/Rb)20dB，进一步说明扩展了带宽的扩频系统实际是在负的信噪比下工作。 四、华为Node-B灵敏度分析 HUAWEI的WCDMA系统基站BTS3812，对Eb/No值的要求是5dB，在接收机最大NF为7dB的条件下，接收机灵敏度可以达到-121dBm。 S（dBm）NF108Eb/NoGp 121dBm 五、结论 使用从噪声系数的定义推导出来的接收机灵敏度方程，设计者可以在扩频链路预算中权衡和确定接收机参数，它对任意输入信号电平都可行，从而使这个方程在确定系统灵敏度方面非常实用。 Sin(dBm)=NF(dB)+KTBRF (dBm) + Eb/No (dB) - PG (dB) 接收机的灵敏度这一参数在未来的WCD