关于灵敏度和链路预算的疑问

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-8 10:02:42

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？

criterion · 发表于 2016-9-8 11:59:23

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

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-8 14:48:06

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！[em02]

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[em02]

zhang0fei · 发表于 2016-9-9 08:43:31

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

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-9 09:07:32

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？

zhang0fei · 发表于 2016-9-9 09:20:07

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

criterion · 发表于 2016-9-10 13:16:33

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

magickit · 发表于 2016-9-12 10:32:29

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

ljykfy · 发表于 2016-9-12 11:09:15

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？

jack1_lu · 发表于 2016-9-12 11:26:50

这个帖子要收藏，我这边项目也要做链路预算，正在研究

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-12 17:59:43

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[em02]

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-12 18:01:10

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？

SEIREN · 发表于 2016-9-12 18:03:53

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.

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-13 14:53:03

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）

[em02]

SEIREN · 发表于 2016-9-14 08:08:50

这贴里面好多高手啊

ligong123456 · 发表于 2016-9-14 11:27:01

学习了！

Lmobile · 发表于 2016-9-14 15:06:22

学习了！~~~

fangzhou235 · 发表于 2016-9-14 21:29:18

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？！？？

chenqizhou8 · 发表于 2016-9-18 09:07:14

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[em01]

xjxiaoqq · 发表于 2016-9-26 23:27:26

很好的帖子

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