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[讨论] 关于灵敏度和链路预算的疑问

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[LV.6]常住居民II

发表于 2016-9-8 10:02:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 chenqizhou8 于 2016-9-8 10:06 编辑

这个问题困扰了我许久,关于灵敏度首先有如下众所周知的公式:

Sen(dBm)=-174 + NF + 10lgBW +SNRmin

但是高通电路预算,关于灵敏度的计算中,增加了进入WTR之前的链路插损,即

Sen(dBm)=-174 + NF + 10lgBW +SNRmin + LOSS

这个也能够勉强解释:即进入WTR前的灵敏度再往前推到测试端子,所需要的接收功率肯定要增加。这是测试端子出的灵敏度

那么我的问题是,当测试端子到WTR之间的链路中存在LNA呢?高通的这个链路预算公式是否还成立?如果不成立,测试端子处的灵敏度怎么估算?

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大神全图发出来看看啊,我现在在研究链路计算  发表于 2018-4-19 13:35

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2016-9-8 11:59:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 criterion 于 2016-9-8 12:07 编辑

公式一样成立啊   只是你NF跟Loss的代入值要改变
如下图 :



如果添加额外的LNA   
NF代LNA本身的NF  一般大概0.7 dB ~ 1.3 dB
Loss代LNA之前所有Loss总和
这边是只列举ASM  如果你还有添加多工器之类的  其Loss也要算进去
算出来其灵敏度会比你不加LNA来得好
这也是为啥LNA可以改善灵敏度的原因


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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-8 14:48:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 chenqizhou8 于 2016-9-9 09:25 编辑
criterion 发表于 2016-9-8 11:59
公式一样成立啊   只是你NF跟Loss的代入值要改变
如下图 :


能够召唤出C神实在是荣幸!感谢!


其实我一直是这么理解这个公式的:Sen(dBm)=-174 + NF + 10lgBW +SNRmin

对于WTR来说,公式左边是输入BB时的信号强度,即经过WTR后信号的强度是不变的;

右边的-174+10lgBW可以理解为输入WTR的热噪声强度,NF是WTR的噪声系数,所以右边前三项是加起来是经过WTR后输入BB的噪声强度。

所以:SNRmin = S - N,变形一下就得到了上述公式。

盗用一下你的图:



但是事实上按照你的说法,公式中的NF指的其实是指【从端子到BB输入出整个链路的噪声系数】,那为什么进行链路预算的时候只算了【WTR部分】?

我确认了一下链路预算的数据,如下表及手册:



望不吝赐教

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[LV.9]以坛为家II

发表于 2016-9-9 08:43:31 | 显示全部楼层
楼主看下LNA吧,LNA后端的LOSS可以忽略,前端的NF也是由LNA决定的

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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-9 09:07:32 | 显示全部楼层
zhang0fei 发表于 2016-9-9 08:43
楼主看下LNA吧,LNA后端的LOSS可以忽略,前端的NF也是由LNA决定的

WTR内部确实有LNA,“前端的NF也是由LNA决定的”怎么理解呢?

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[LV.9]以坛为家II

发表于 2016-9-9 09:20:07 | 显示全部楼层
主要是由LNA决定的,NF=NF1+(NF2-1)/G1+...
LNA的Gain G1大,后面对NF影响很小

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[LV.4]偶尔看看III

发表于 2016-9-10 13:16:33 | 显示全部楼层
chenqizhou8 发表于 2016-9-8 14:48
能够召唤出C神实在是荣幸!感谢!

『公式中的NF指的其实是指【从端子到BB输入出整个链路的噪声系数】,那为什么进行链路预算的时候只算了【WTR部分】?』





先说结论  你把高通的公式  加一个括号  就能理解了


Sen(dBm)=-174 + 10logBW +SNRmin + (NF+ LOSS)



重新Review灵敏度公式好了
你量灵敏度时  RF Cable肯定接在Connector吧
那就如下图 :





-174 dBm/Hz是常温的Thermal Noise   
但是  它指的是   当你讯号带宽为1Hz时的Noise Floor
讯号带宽越宽   其Noise Floor会越上升
因此  讯号真正的Noise Floor   要把其带宽考虑进去
也就是-174 dBm/Hz + 10log(BW) <= 这才是真正的Noise Floor



SNRmin  指的是解调最小门坎  
也就是若进入BB Chip的讯号SNR小于这个值  其BER会超过规范  无法解调


从Connector灌进去的Rx讯号   
到达BB Chip时 :

SNR > SNRmin => 可解调  但还没到极限
SNR = SNRmin => 可解调  已到极限
SNR < SNRmin => 无法解调  超过极限

因此  当SNR = SNRmin时
此时的RX讯号大小  即为灵敏度Sen(dBm)


NF指的是  信号流过去时   其SNR会下降多少
若SNR下降1 dB  其NF = 1dB
若SNR下降2 dB  其NF = 2dB




由公式可知  NF只有正的




也就是说  当信号流过任何组件或系统时   其SNR肯定只会下降  不可能上升





所以整个串起来   灵敏度公式表达的含义是

你从RF Connector灌一个RX讯号  
该RX讯号从RF Connector  一路长途跋涉   到达BB Chip时
其SNR下降的多寡   就是整体NF
而进入BB Chip后  其讯号的真正Noise Floor为-174 dBm/Hz + 10log(BW)
得知讯号真正的Noise Floor  也得知讯号的大小
那么就可以计算出SNR   此时发现  其SNR = SNRmin
因此  这个从RF Connector灌进去的RX讯号大小  即为灵敏度


那为啥高通的NF  只算了WTR部分 ?
因为你要把人家公式的Loss也考虑进去啊  
高通是为了方便读者理解   以及方便计算
所以才整体的NF拆成 :




也就是如下:




假设从Connector到WTR的Loss总和为5 dB  
表示讯号从Connector到WTR   其SNR下降5 dB

而WTR的NF为2.3 dB
表示讯号经过WTR后   其SNR下降2.3 dB

所以   讯号从Connector  一路流到BB Chip
其整体的NF = 5 dB + 2.3 dB = 7.3 dB
亦即SNR会下降7.3 dB
所以如我一开始所说  你加一个括号  就能理解了


如果不考虑这个Loss
那表示你RX讯号是直接从WTR灌进去的

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该用户从未签到

发表于 2016-9-12 10:32:29 | 显示全部楼层
criterion 发表于 2016-9-10 13:16
『公式中的NF指的其实是指【从端子到BB输入出整个链路的噪声系数】,那为什么进行链路预算的时候只算了【 ...

问个题外话,这些图是你自己做的吗?用的什么软件啊?谢谢

签到天数: 356 天

[LV.8]以坛为家I

发表于 2016-9-12 11:09:15 | 显示全部楼层
criterion 发表于 2016-9-8 11:59
公式一样成立啊   只是你NF跟Loss的代入值要改变
如下图 :

楼主可否分享下你的这个Excel表格呢?

签到天数: 646 天

[LV.9]以坛为家II

发表于 2016-9-12 11:26:50 | 显示全部楼层
这个帖子要收藏,我这边项目也要做链路预算,正在研究

签到天数: 78 天

[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-12 17:59:43 | 显示全部楼层
criterion 发表于 2016-9-10 13:16
『公式中的NF指的其实是指【从端子到BB输入出整个链路的噪声系数】,那为什么进行链路预算的时候只算了【 ...

C神,我觉得我应该知道自己的误区在那里了,对于你给的公式:


Sen(dBm)=-174 + 10logBW +SNRmin + (NF+ LOSS)

根据之前的错误理解,LOSS会导致signal的衰减,而NF会导致底噪的增加(误)

但实际上链路预算应该只考虑:信号从测试座跋山涉水到达BB时的变化,而底噪为-174 + 10logBW。这样应该就解释通了。

但对于噪声系数还是有一些困惑:
按照之前的说法:

总的噪声系数 = 前级loss + NF(wtr)

但是,噪声系数应该满足公式:

NF=NF1+(NF2-1)/G1+...

我想知道这两者之间是不是存在矛盾?

望指点

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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-12 18:01:10 | 显示全部楼层
zhang0fei 发表于 2016-9-9 09:20
主要是由LNA决定的,NF=NF1+(NF2-1)/G1+...
LNA的Gain G1大,后面对NF影响很小

那LNA之前的无源器件的增益需要考虑么?

签到天数: 4 天

[LV.2]偶尔看看I

发表于 2016-9-12 18:03:53 | 显示全部楼层
这年代融入手机主要零部件供应商,在这个领域里保持品质和技术的领先的话,还是能混的下去,因为手机业不管是现在还是将来,他的需求量就是不小.

签到天数: 78 天

[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-13 14:53:03 | 显示全部楼层
criterion 发表于 2016-9-10 13:16
『公式中的NF指的其实是指【从端子到BB输入出整个链路的噪声系数】,那为什么进行链路预算的时候只算了【 ...

想明白了!这次我来自问自答:这是不矛盾的!

根据 Friis formula

NF=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/G1G2

首先需要明确上面这个公式的单位不是dB而是没有量纲的,

我们知道,对于无源器件,满足NF = 1/G = LOSS(噪声系数等于插损)

那么对于多级无源器件串联的系统(假设是三级),带入Friis formula

NF(总) = NF1 + (NF2-1)/(1/NF1) + (NF3 - 1) / (1 /( NF1 *NF2) ) =NF1*NF2*NF3

装换成 dB  NF(dB) = NF1(dB) + NF2(dB) + NF3(dB)

所以可知,多级无源器件的串联,其总噪声系数 = 各级噪声系数(插损)相加.


如果链路上有一个LNA呢?

根据前面的推导,我们可以把LNA前的无源器件看做一个无源器件,

NF(总) =NF(无源) + (NF(LNA)-1)/(G(无源)) =  NF1 + (NF2-1)/(1/NF1) = NF1*NF2

NF(dB) = NF1(dB) + NF2(dB)

可知:到LNA之后的总噪声系数  = LNA的噪声系数 + LNA之前的所有插损


同样的,如果我们改变LNA和无源器件的顺序呢?

NF(总) = NF(LNA) + (NF(无源)-1)/(G(LNA))  
我们对比这个式子和上面的式子,发现,当G(LNA) = 1/NF(LNA)时,NF(总)相等。但实际上,对于LNA来说,G(LNA) > 1/NF(LNA),故上式<上上式,即解释了为什么 LNA放在前面能够减少NF(总)



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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2016-9-14 08:08:50 | 显示全部楼层
这贴里面好多高手啊

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[LV.9]以坛为家II

发表于 2016-9-14 11:27:01 | 显示全部楼层
学习了!
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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2016-9-14 15:06:22 | 显示全部楼层
学习了!~~~
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发表于 2016-9-14 21:29:18 来自手机 | 显示全部楼层
chenqizhou8 发表于 2016-9-12 18:01
那LNA之前的无源器件的增益需要考虑么?

无源器件哪来的增益?!??

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[LV.6]常住居民II

 楼主| 发表于 2016-9-18 09:07:14 | 显示全部楼层
fangzhou235 发表于 2016-9-14 21:29
无源器件哪来的增益?!??

我的当时意思是:如果套那个公式,对于一个器件都应该有自己的“NF”(噪声系数)和“G”(增益)。不过现在已经理解啦

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[LV.5]常住居民I

发表于 2016-9-26 23:27:26 | 显示全部楼层
很好的帖子
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