GPS信号功率，信噪比和系统灵敏度讨论

zhixinluo · 发表于 2006-6-29 20:45:00

1.SNR<0,这个是扩频的特点，但是不是意味着信号比噪声小，看如下：SNR=S/N=EB/N0-Gp，具体推倒见<a href="http://www.maxim-ic.com.cn/appnotes.cfm/appnote_number/1140" target="_blank" >http://www.maxim-ic.com.cn/appnotes.cfm/appnote_number/1140</A>，所以SNR<0不奇怪，但是不要被这种表相所迷惑了其实是由于扩频导致N变大，而s变小，理所当然SNR<0,但EB/N0决不会<0,其大小是由调制方式和信道编码决定的，比如QPSK>5dB,BPSK会更差，GMSK在其当中。2为什么扩频会提高灵敏度？ SEN=-174+BW(RF)+NF+EB/N0-GP,我们假设扩频前后带宽变大10倍，也就是10dB，那么BW变大10dB，而GP也变大10dB，而Nf由LNA决定，与扩频无关，EB/N0与扩频无关，有调制解调方式决定，因此从这个式子来看，扩频是不会提高灵敏度的，这样是不是与事实不符？ 对！至少我是这么想的，原因在哪里呢，我们忽略了一个问题，就是灵敏度除了可以用这个式子来表示以为，还有一个更重要的因素－－－干扰信号，包括内部的杂散和外部的同频干扰，这些干扰对于非扩频的信号是致命的，这也是为什么GSM手机的灵敏度会受LCD,SD CARD影响的原因，但是如果在扩频系统，由于解调可以利用相关性这一非常以及十分有用的特点，将同频干扰信号影响减弱，这就是扩频系统可以提高灵敏度的真正原因，而也是CDMA优于GSM的特点之一4。[br]+3 RD币

Arm720 · 发表于 2006-6-29 22:55:00

楼上的分析非常精辟！实际上公式：SNR=-174+BW(RF)+NF+EB/N0-GP 是有一个前提条件的：就是噪声是热噪声。这个定义的应用范围挺窄的吧，在实际系统中，除了系统的热噪声之外，还有从天线进来的非期望信号，就是 zhixinluo 兄描述的干扰信号吧。也就是在实际系统中，和有用信号一起有：热噪声和非期望信号。而灵敏度需要解决问题是误码率，这个时候就很清楚了，影响误码率的因数有：热噪声和非期望信号。这个分析在实际系统分析中的含义为：理想情况，也就是不存在非期望信号，系统的SNR就是你的设计值，如果达不到你的理论值，说明有非期望信号进来，这个时候可以理解为干扰或者杂散等。 --- 这个理解应该是对的吧。而对于CDMA系统，对非期望信号进行了分析，认为同频干扰影响最大，为解决这个问题，使用相关性，也可以理解为正交基吧，来降低干扰的影响，目的就是使灵敏度向理论值靠近；在实际系统中，我们认为是提高了系统的灵敏度。 --- 这个分析也应该是对的吧？总结一下（延伸一下定义）：扩频不能提高系统灵敏度的理论值，但是能使灵敏度向理论值靠近，提高实际系统的灵敏度。 CDMA扩频系统的出发点为：解决实际应用中非期望信号对灵敏度的影响。对灵敏度的理解又深入了一步，多谢各位朋友参与！建议大家多多分析理论知识，对实践的参考意义很大，个人提高也会很快的，理论高度决定实践高度。[br]+3 RD币

七喜微波 · 发表于 2006-7-2 16:35:00

很经典，好好学习一下

七喜微波 · 发表于 2006-7-2 16:58:00

我是做接收部分的，我把我的理解说一下：对多级放大器而言，其噪声系数的计算为： NF=<st1:place w:st="on"><st1:State w:st="on">NF<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>+</st1:State></st1:place>(NF<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>-1)/G<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>+(NF<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>-1)/G<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>G<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>+…… 其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn 为第n级放大器的增益。由上两个式可见，在各种特定的通信系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，由于低噪声放大器的噪声较小，而接收系统经过合理的增益分布后，噪声系数主要由低噪声放大器决定，所以决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱回波信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的有用信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的，是提高接收机灵敏度的关键手段。[br]+3 RD币

MiracleJ · 发表于 2010-11-23 14:30:00

以下是引用ayuyu在2006-4-27 14:10:00的发言：
通常我们说的的噪声基低－174dBm，其实它是常温下热噪声功率谱密度，准确的单位应该是dBm/Hz.是单位Hz上的热噪声功率。所以带宽越宽，频域积分的功率就越大，但是常温下热噪声的功率谱密度是不变的。SNR就是信噪比比。就是信号和噪声功率比，它等于Eb*R/(N0*B),R是数据比特速率，B是信号占用带宽而不是RF/IF通道的带宽。在扩频系统中通常和扩频信号的chip rate取同样的值。
Eb/N0的概念是每比特能量和噪声功率谱密度的比值。如果只考虑热噪声，系统容量（数据比特速率）和它占用的带宽比值趋于零，那么Eb/N0有个理论极限值就是香农极限－1.6dB. 从香农公式R＝B*log2(1+SNR)可看出,传输的数据速率一定，信号的功率一定，增大传输信号占用带宽，可以降低系统对SNR的要求也就是降低对Eb/N0的要求。扩频系统就是采用增大信号占用带宽的方法来降低系统对SNR的要求。
GPS也是扩频系统。灵敏度实际上就是指能够满足指定Eb/N0的最小信号功率。如果数据比特速率R一定，增大信号占用带宽B，此时带宽内的噪声功率N0*B增加，到了一个程度可以使得SNR<0dB,就是说在这个带宽内信号功率Eb*R小于噪声功率N0*B，信号淹没在噪声里，但是Eb/N0仍然可以被保证，也就是说系统可以正常工作。
所以SNR<0dB,对Eb/N0来说并不意味什么.
+5 RD币

由于这篇帖子太经典了，为了这个疑问我不得不再把这篇多年陈酿再度挖出来。
前面大家似乎都得出一个结论，由于扩频是用增加带宽的方法来提高扩频增益，即扩频带宽倍数与增益是抵消的，所以无法提高灵敏度；
但根据Ayuyu文中提到的香农信道定理，当扩频带宽B越大，Eb/N0就越接近于极限值-1.6dB，那么从这一点来看，扩频还是会提高灵敏度的，不知道我理解的对不对。
前面大家讨论的都是基于扩频对Eb/N0没有影响的基础上的。[em01]

zdl1986 · 发表于 2010-11-26 23:46:00

来学习学习下

livingstonefl · 发表于 2011-7-27 13:25:00

重温这个帖子，有一个地方不太明白，拿出来讨论一下，不知道snow99兄还在不在

下帖最后两步计算：

Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB

以及

灵敏度S= -111 + Eb/N0+NF=-111-46+NF=-157+NF

10log(RF BW)已经在第二个式子里使用过了（计算出-111），为什么还要在Eb/N0中再次使用10log(RF BW)呢？

这点不太明白。
但看计算结果应该是对的

以下是引用snow99在2006-4-25 9:19:00的发言：
我现在不做GPS, 只有一点简单的了解, 这方面也是一知半解.

上面给出来的公式有点问题

GPS RF基本参数

RF BW: 2.046 MHz
Data Rate: 50 bps
PN Rate: 1.023 Mbps
Data repeat: 1 ms
Process Gain (per data) = 10*LOG(1.023 Mbps / 50 bps) = 43 dB

Required Eb/N0 由基带处理器决定 --- 基带并行相关器数目N和积分时间T, 一般来说, N和T越大, Required Eb/N0 就越低. N增加表示系统复杂度增加, T增加表示启动时间变长.

抄一下灵敏度的计算公式：S=-174dBm+10*log(RF BW)+Eb/N0+NF = -111 + Eb/N0+NF

比如说SiRF最新的产品有-159DBM的灵敏度, 并且冷启动时间是三十几秒, 说明它有很大数量的相关器, 实际上这个数字 N > 200000

在ＣＤＭＡ／ＷＣＤＭＡ／ＧＳＭ手机上的ＧＰＳ接收可以由网络协助完成（ＳＡ），因此不需要太复杂的基带处理器，并且所需Ｃ／Ｎ很低，比如１７ＤＢ－ＨＺ (CDMA/WCDMA)

Required Eb/N0 = C/N - 10log(RF BW) = 17 - 63 = -46 dB
灵敏度S= -111 + Eb/N0+NF=-111-46+NF=-157+NF

NF是接收机从天线到基带的级联噪声系数

+3 RD币
+3 RD币

ymyxdspgcs · 发表于 2012-3-1 15:26:00

既学习知识，又学习这种专研精神

opera_shi · 发表于 2014-3-20 10:59:16

[em35]

lqmuzizizi · 发表于 2014-3-20 16:39:42

GPS学习一下

kk602321 · 发表于 2020-4-17 23:28:25

好帖，学习了

		自动登录	找回密码
密码			注册

[综合资料] GPS信号功率，信噪比和系统灵敏度讨论