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

1. 噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)（Noise Figure）是用來衡量射頻部件對小信號(hào)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(shù)公式：

F=（Si/Ni）/（So/No）

噪聲系數(shù)的對數(shù)表示方式為NF=10lgF。

系統(tǒng)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(xiàn)恒大于1，故噪聲系數(shù)對數(shù)值NF恒大于0dB。

級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)公式：
                                                                                                       

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

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

2. 噪聲系數(shù)與靈敏度

接收機(jī)的靈敏度（Sensitivity）反映了它接收小信號(hào)的能力，是接收機(jī)性能的重要指標(biāo)。接收機(jī)靈敏度的提高意味著保證相同通信質(zhì)量發(fā)射機(jī)的功率可以降低。如果靈敏度提高3dB，發(fā)射機(jī)可以降低3dB功率，原來發(fā)射80W的，現(xiàn)在只需要發(fā)射40W了，改善非常明顯。

GNSS測試涉及的靈敏度指標(biāo)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(jī)能定位接收的最小信號(hào)功率。跟蹤靈敏度，指在定位后逐漸降低GNSS信號(hào)強(qiáng)度直到無法定位時(shí)信號(hào)的功率。

接收機(jī)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(hào)帶寬，單位為Hz；

SNR是解調(diào)信噪比，單位為dB。

系統(tǒng)的帶寬是固定的（如GPS系統(tǒng)帶寬為2.046MHz），越寬靈敏度就越低。SNR是信號(hào)解調(diào)所需的最小信噪比，由解調(diào)算法所決定。NF是接收機(jī)的總噪聲系數(shù)，因此降低NF可以直接提高接收機(jī)的靈敏度。

一般在手機(jī)設(shè)計(jì)中，2G/3G/4G/5G 與 GPS共用同一個(gè)接收機(jī)，而接收機(jī)會(huì)靠近主天線。為了進(jìn)一步加強(qiáng) GPS 與其他 RF 功能的隔離度，避免 GPS 信號(hào)被其他 RF 信號(hào)干擾，會(huì)將 GPS 天線位置，遠(yuǎn)離 2G/3G/4G/5G 的主天線。也就是說，GPS天線會(huì)離接收機(jī)很遠(yuǎn)，如下圖。

由上文級聯(lián)的噪聲系數(shù)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天線到接收機(jī)的較長走線會(huì)極大提高接收路徑整體的噪聲系數(shù)，而LNA后方的噪聲系數(shù)則可以忽略不計(jì)。

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(shù)對靈敏度的影響，以降低接收路徑整體的噪聲系數(shù)，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(shù)。這意味著eLNA擺放時(shí)應(yīng)盡量靠近GPS天線，方能最大程度的降低接收路徑整體的噪聲系數(shù)，提升靈敏度。

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