接收机灵敏度的探讨
浅谈接收设备灵敏度
浅谈接收设备灵敏度灵敏度介绍及计算接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力，我们经常谈及的某产品或者某设备的灵敏度，其实是最大可用灵敏度，即指保证接收设备正常工作所需输出信号电平或信噪比。
信噪比（S/N）是电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。
信噪比的计量单位是dB，计算公式如下：S/N=10lg(PS/PN)= 20Lg(VS/VN)Ps: 信号的有效功率Pn:噪声的有效功率Vs:信号电压的“有效值”Vn:噪声电压的“有效值”设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。
一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高。
信噪比是接收设备的关键指标，也是计算灵敏度的直接参数。
灵敏度的计算公式如下，单位是dBm。
Si = -173.93 dBm + 10lgBW + NFSYS + (S/N) BW:信号带宽（Hz）NFSYS:收信机噪声系数S/N:信噪比从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使Si小，可以从以下方面着手，a)降低系统噪声系数，b)提高信噪比c)减小信号的带宽SX1278灵敏度的分析我们为了计算其灵敏度，只需要测量信噪比和噪声系数即可。
在SX1278的数据手册中我们查询到了以下的数据。
不同扩频因子SF下，信道的信噪比：不同链路增益下的噪声系数由此我们可以计算出不同带宽的灵敏度：BW=125K参考值：计算值:RFS_L125_HFRFsensitivity, Long-RangeMode, highest LNA gain,Band1, 125kHz bandwidthSF=6-123dBmSF=7-125dBmSF=8-128dBmSF=9-130dBmSF=10-133dBmSF=11-135dBmSF=12-138dBm BW=250K参考值：计算值:RFS_L250_HF RFsensitivity, Long-Range Mode, highestLNA gain, Band1,250 kHz bandwidthSF=6-120dBmSF=7-122dBmSF=8-125dBmSF=9-127dBmSF=10-130dBmSF=11-132dBmSF=12-135dBm LORA接收模式下的灵敏度同样适用于灵敏度Si的计算公式。
GPS接收机灵敏度解析
1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。
作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。
对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。
目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。
GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。
2 GPS接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。
其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：（1）按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：（2）GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。
接收机灵敏度分析
接收机灵敏度分析
噪声性能是影响接收机灵敏度的关键因素之一、在接收机的前端，会存在各种噪声源，包括热噪声、放大器的噪声等。
热噪声是由于接收机系统中的电阻上的热运动所引起的，它是一个与频率无关的噪声源，可以通过降低系统的温度来减小热噪声。
而放大器的噪声主要来自于放大器自身的噪声系数，噪声系数越小，接收机的灵敏度就越高。
因此，要提高接收机的灵敏度，需要在设计中降低噪声源，并提高放大器的噪声系数。
增益控制技术也对接收机的灵敏度有很大影响。
在接收机中，信号会经过多个放大器进行放大，每个放大器的增益都会对接收机的灵敏度产生影响。
一般来说，增益越大，接收机的灵敏度就越高。
但是，过大的增益也会带来一些问题，比如增加了噪声源的放大、增加了信号的非线性失真等。
所以，在接收机设计中需要合理选择放大器的增益，避免灵敏度过高导致系统性能下降。
射频前端的设计也是接收机灵敏度分析的重要方面之一、射频前端是指接收机的前置放大器、滤波器、混频器等部分。
合理设计射频前端可以提高接收机的灵敏度。
在射频前端设计中，要尽量减小信号的损耗，提高信号的输入功率。
同时，还要设计适当的滤波器来抑制杂散信号，提高接收机对目标信号的检测和区分能力。
另外，混频器的选择和设计也是必不可少的一环，它是将高频信号转换为中频信号的关键组件，直接影响到接收机的灵敏度和动态范围。
总的来说，接收机灵敏度的分析需要综合考虑噪声性能、增益控制技术和射频前端的设计等方面。
通过合理的设计和调整，可以提高接收机的灵敏度，实现更远距离、更高质量和更大容量的无线通信。
光接收机灵敏度下降的原因
光接收机灵敏度下降的原因光接收机是一种用于接收光信号并将其转换为电信号的设备。
光接收机的灵敏度是衡量其接收能力的重要指标之一，它表示了光接收机能够接收到的最低光功率。
然而，随着时间的推移，光接收机的灵敏度可能会下降，从而影响其接收能力。
本文将从几个方面探讨导致光接收机灵敏度下降的原因。
光接收机灵敏度下降的一个主要原因是光纤老化。
光纤在使用过程中会受到各种因素的影响，如温度变化、湿度、机械应力等。
这些因素会导致光纤的损耗增加，从而降低光信号的传输效率。
当光信号在光纤中传输时，损耗的增加会导致光信号的功率减弱，从而降低光接收机接收到的光功率，进而导致灵敏度下降。
光接收机的光探测器也是导致灵敏度下降的另一个重要因素。
光探测器是将光信号转换为电信号的核心部件，其性能直接影响着光接收机的灵敏度。
然而，光探测器在长时间使用过程中会受到光照、电压等因素的影响，导致其性能下降。
例如，光探测器的响应速度可能变慢，噪声水平可能增加，从而降低光接收机的灵敏度。
光接收机的光电转换效率也是灵敏度下降的一个重要因素。
光电转换效率是指光接收机将接收到的光功率转换为电信号的效率。
然而，光电转换效率受到光接收机内部元件的影响，如光电二极管、放大器等。
这些元件在使用过程中可能会老化或损坏，从而降低光电转换效率，导致灵敏度下降。
光接收机的环境条件也会对其灵敏度产生一定影响。
例如，光接收机所处的环境温度过高或过低，都会对光接收机的性能产生不利影响。
高温会导致光接收机内部元件的性能下降，从而降低灵敏度；而低温则会导致光接收机的噪声水平增加，同样会影响灵敏度。
光接收机的使用寿命也会对其灵敏度产生影响。
随着光接收机的使用时间的增加，其内部元件可能会老化或损坏，从而降低灵敏度。
因此，定期维护和更换光接收机的元件是保持其灵敏度的重要措施。
光接收机灵敏度下降的原因主要包括光纤老化、光探测器性能下降、光电转换效率降低、环境条件不利以及使用寿命过长等。
GPS接收机的灵敏度分析
GPS接收机的灵敏度分析首先，灵敏度是指接收机在低信号强度情况下能够接收到的最小有效信号强度。
通常以接收和解码导航信号的最低功率为衡量标准，以dBm或dB-Hz为单位进行表示。
接收机的灵敏度越高，就能在更弱的信号环境下工作，提高了定位的可靠性和成功率。
接下来，影响GPS接收机灵敏度的因素主要有以下几个方面：1.天线性能：GPS接收机的天线性能直接影响信号接收的效果。
天线的增益、波束宽度和方向性等指标都会对接收机的灵敏度产生影响。
因此，选择合适的天线和调整其方向也是提高灵敏度的重要手段。
2.前端设计：前端设计主要包括低噪声放大器（LNA）的设计和功率分配等。
LNA的噪声系数和增益直接影响了接收机的灵敏度。
较低的噪声系数和合适的功率分配可以提高接收机的灵敏度。
3.中频放大器（IF）设计：IF放大器的设计和性能对于信号处理的正确性和灵敏度也有着显著的影响。
合适的增益、线性度和频带宽度都是提高灵敏度的重要因素。
4.数据处理算法：接收到的GPS信号需要经过一系列的解调、解码、滤波等处理才能得到最终的定位结果。
因此，高效、精确的数据处理算法也是提高灵敏度的重要因素。
除了影响因素，还有一些方法可以提高GPS接收机的灵敏度：1.天线方面：选择合适的天线，并根据天线增益和方向性调整天线的方向，以获得更好的信号接收效果。
2.前端设计：合理选择LNA的设计参数，以获得更低的噪声系数和更高的增益。
优化功率分配，增强前端输入信号的有效性。
3.中频放大器设计：充分考虑IF放大器的设计参数，以保证其增益、线性度和频带宽度的一致性。
避免过度放大和失真。
4.数据处理算法：针对GPS信号处理进行优化，提高解调和解码算法的性能，优化滤波和数据处理流程，从而提高定位的可靠性和精度。
综上所述，GPS接收机的灵敏度是衡量其接收能力的重要指标之一、灵敏度的高低直接影响了接收机在低信号强度环境下的工作效果。
通过选择合适的天线、优化前端和中频放大器的设计以及优化数据处理算法等方法，可以提高GPS接收机的灵敏度，提高定位的可靠性和精度。
GPS接收机灵敏度
1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用围。
作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。
对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。
目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。
GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。
2 GPS接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。
其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：（1）按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：（2）GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。
3-光纤通信接收机灵敏度
E10
e 0 0!
eE1/ h
BER
1 2
E10
1109
E1 21h
“1”误判为“0” 码的概率等于接 收“1”码时一个 电子-空穴对也没 有产生的概率。
6
2、雪崩光电检测随机过程的统计特性
雪崩光电检测随机过程的统计特性是非常复杂的。
时隙L内， t1, t2 , t3,...... tl ,...... tN g1, g2 , g3,......gl ,......gN
e0 2T
SE I3
Z为放大器的噪声参量
30
1, I1, I2 , I3 的计算
1) 输入波形 矩形脉冲
高斯脉冲
hp
(t)
1
T
,
当
T t T
2
2
hp (t) 0 其余
hp (t)
1 exp{t 2 /[2(T )2 ]} 2 T
指数形脉冲
1
hp (t) T exp{t /
T
}
2) 输出脉冲: 升余弦频谱脉冲
=
gx
EXT 0, bmin 0, D 0Q bmax Q( 0 1 )
( h )Q[
g
x
(
h
)bman
(
Z 1 I1 ) g2
g
x
(
h
)bman
Z
]
1 g2
存在最佳的 g ，使 bmax 最小，有
(t)
e0
g
L
[
p(tl
h
)
0
]hT
(t
tl
)dtl
g [e0 L h
GPS接收机的灵敏度分析
GPS接收机的灵敏度分析GPS接收机的灵敏度分析根据GPS 接收机的定位原理和GPS 接收机灵敏度分析接收机性能，发现灵敏度主要与前端电路和基带有着密切关系。
据此对GPS 的天线前端电路设计滤波器和低噪声放大器，并对电路的其他方面提出要求，考虑包含处理器和大量逻辑门电路的Cyclo ne 器件，并通过配置嵌入式软核处理设计GPS 接收机。
GPS 系统在海运方面因能够提供连续、高精度的船位，在保证船舶安全经济方面和保证在计划航线上航行有着极为重要的作用。
高灵敏度的GPS 接收机要求接收机在卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪。
GPS 接收系统的灵敏度指标包括跟踪灵敏度、捕获灵敏度和初始启动灵敏度。
目前GPS 接收机基本上可以实现跟踪灵敏度在- 160 dBm 以下，同时初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到- 142dBm 和- 148 dBm 以下。
1 GPS 接收机灵敏度分析GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。
接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比; 基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程需要最小信噪比。
GPS 卫星的导航载波信号是L 频段（L 1 ：19cm; L2 ：24 cm）的电波信号，现行GPS 工作卫星采用L 波段的三种导航信号，分别为L 1、L2、L3 ，其载波频率分别为：1 575 42、1 227 60 和1 381. 05 MHzGPS 信号是从距地面20 000 km 的卫星发送到地面，其L 1频段（f L1 = 1 575. 42 MHz）自由空间衰减为：根据GPS 接口控制文档（interface cONt ro ldocument ，ICD）规定GPS 系统L 1频段C/ A 码信号强度的最小值为- 160 dBW，而GPS 系统设计该频段中C/ A 码信号发射的有效通量密度（effect ive isot ro pic radiated pow er，EIRP）为P=478. 63 W（26. 8 dBW）［4］，若大气层衰减为2. 0dBW，那么GPS 系统L 1 频段C/ A 码信号到达地面的强度为：。
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无线电接收机诸多的性能当中，「灵敏度」（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）无疑是其中最重要的一项，同时，也可能是遭遇最多误解的一项了。
曾经听说过有位ＯＭ试着要在天线和接收机的输入端之间，加装一个高增益的前置放大器，以提高灵敏度。
这种作法是否正确，有待我们来探讨。
杂讯与讯号杂讯比
直接从字面上的意义，我们了解到，灵敏度是接收微弱讯号的能力。
要接收微弱的讯号，一般的想法是设法将讯号储量放大，也就是提高增益（Ｇａｉｎ），以接收更微弱的讯号，所以增益高的接收机，其灵敏度一定较高。
这一段话，前半段关於灵敏度定义的部份，基本上是正确的；但後半段，增益与灵敏度关系的推论，跟实际情况却相差了十万八千里，这正是一般人对於灵敏度这项特性最人的误解。
在进入正题之前，且让我们谈谈杂讯（Ｎｏｉｓｅ）的问题。
打开接收机，当没有讯号进来时，通常都可以听到细小的「沙沙」声，这就是杂讯的声音。
当有讯号进来时，强度够的话，这种「沙沙」声就几乎听不到。
可是如果讯号微弱的话，我们会把接收机的音量开大，想更清楚地听到讯号，这一来，「沙沙」声也就相对变大。
如果讯号更微弱的话，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，讯号还是听不清楚。
可见要清楚地接收到微弱讯号，问题并不是在将音量开得多大（提高增益）。
如果纯粹想提高增益的话，实在太简单了，了不起再加一级放大器就是。
其关键乃是讯号和杂讯相对的强度，是否讯号有足够的强度，不被杂讯所遮盖过去。
这种讯号强度和杂讯强度的对比就叫「讯号杂讯比」（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）或者简称Ｓ／Ｎ比；当然，Ｓ／Ｎ比在习惯上，也经常以ｄＢ来表示。
从接收机声频输出端（如扬声器）所听到的杂讯。
可以区分为两类。
第一类是伴随着讯号从天线端接收进来的外部杂讯。
对於此「天」电杂讯（或称背景杂讯），我们很难有所作为，只好听天由命了。
第二类是与外部环境完全无关的内部杂讯，即使将输入端的讯号降低到零，仍可听到的杂讯，这完全是接收机本身所产生的内部杂讯。
对於第二类的内部杂讯，聪明的你，应该已经察觉到跟接收机的灵敏度一定有很密切的关系。
杂讯指数与杂讯系数
描述一个系统（如接收机）内部杂讯大小，可以用杂讯系数（ＮｏｉｓｅＦａｃｔ
ｏｒ）Ｆ来表示，或者取其对数值，变成杂讯指数（ＮｏｉｓｅＦｉｇｕｒｅ）ＮＦ。
Ｆ＝（Ｓｉ／Ｎｉ）／（Ｓｏ／Ｎｏ）
ＮＦ＝１０ｌｏｇＦ＝１０ｌｏｇＳｉ／Ｎｉ－１０ｌｏｇＳｏ／Ｎｏ
由於接收机内部杂讯的加入，会使得输出端的讯号杂讯比降低，所以杂讯系数Ｆ值一定大於１，而杂讯指数ＮＦ值则大於０ｄＢ。
对於一个可以分成几级串接起来的系统（如图一），其整体的杂讯系数Ｆ，可以由各级的增益和杂讯系数计算出来。
由於第一级的杂讯会经过每一级的放大，所以影响整体的杂讯系数Ｆ最显着。
第二级则不必经过第一级的放大，影响次之，……
越到後级，其影响程度越不显着，如公式（１）。
通常的计算，只须考虑到第二级就足够的了，以後的各级是可以忽略不计的。
以一般常见的接收机来说，天线输入端之後就是射频（ＲＦ）放大级，再进入混波（ＭＩＸＥＲ）级、中频（ＩＦ）放大级……如图二。
图二中的混波级为平衡式混波器，所以不但没有增益，反而有损失，但没有杂讯。
整个接收机杂讯系数：
Ｆ＝１．５８５＋［（１．７７８－１）／８＊０．３９８］＝１．８２９ＮＦ＝２．６２ｄＢ
因为有射频放大级的增益１２ｄＢ，使整个杂讯指数才增加０．６２ｄＢ而已。
当然，提高射频放大级的增益，是可以降低整体接收机的杂讯系数，但是提高到某个程度以後，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，在建立起整体的杂讯系数，不必要求太高，大约在１０ｄＢ左右即可。
反倒是射频放大级主宰了整体的杂讯系数，如何选用低杂讯的主动元件、如何去设计偏压电路、尽量降低射频放大级的杂讯，就是一项最重要的课题。
依一般专通讯用ＨＦ接收机来说，杂讯指数大约在５～１０ｄＢ之间。
灵敏度的定义与量测
实际上，接收机制造商所标示出来的灵敏度和前面所讨论的杂讯系数，虽然有密切的关系，却有所不同。
通常所标示的灵敏度如：输入阻抗５０Ｑ，频率范围１．８～３０Ｍ
Ｈｚ时，对於１０ｄＢ的Ｓ／Ｎ比，其灵敏度之０．２μＶ。
这种表示法可以用实际的量测方法来了解所代表的意义，如图三：
在接收机的声频输出，接上一个真正的ｒｍｓ电表，在输入端接一个讯号产生器（必须注意阻抗匹配）。
首先将讯号产生器和接收机设定在特定的量测频率，并调整讯号产生器，使其输出为零，此时在ｒｍｓ电表上的读值为接收机本身产生的内部杂讯功率。
再慢慢地增加讯号产生器的输出，直到ｒｍｓ电表的读值比原来增加１０ｄＢ，也就是Ｓ／Ｎ比为１０ｄＢ时，在读出讯号产生器的输出电压位准，如果是０．２μＶ的话，则此接收机的灵敏度就是０．２μＶ。
对於不同的量测频率，接收机会有不同的杂讯系数，所以，要比较接收机的灵敏度，就必须规定量测的频率和Ｓ／Ｎ比的大小才有意义。
此外，各种不同的调变模式要清楚地抄收讯号所需的Ｓ／Ｎ比也不同，如ＣＷ模式须３ｄＢ即可，ＳＳＢ模式须１０ｄＢ，ＡＭ模式须１７ｄＢ。
因此，我们知道在相同的情况下，ＣＷ模式可以抄到微弱的讯号，ＳＳＢ模式则次之。
结论
讨论至此，相信各位对於接收机的灵敏度与杂讯的密切关系，应该都已经有清楚且正确的认识了。
能够澄清一般人对灵敏度的误解，从而建立正确的观念，乃是本文最大目的。