淺談接收設(shè)備靈敏度

2024年2月21日發(fā)(作者：幼兒教學(xué)課程)

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淺談接收設(shè)備靈敏度

靈敏度介紹及計(jì)算

接收靈敏度是檢驗(yàn)基站接收機(jī)接收微弱信號的能力，我們經(jīng)常談及的某產(chǎn)品或者某設(shè)備的靈敏度，其實(shí)是最大可用靈敏度，即指保證接收設(shè)備正常工作所需輸出信號電平或信噪比。

信噪比（S/N）是電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號與噪聲的比例。信噪比的計(jì)量單位是dB，

計(jì)算公式如下：

S/N=10lg(PS/PN)= 20Lg(VS/VN)

Ps: 信號的有效功率

Pn:噪聲的有效功率

Vs:信號電壓的“有效值”

Vn:噪聲電壓的“有效值”

設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的噪聲越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高。

信噪比是接收設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)，也是計(jì)算靈敏度的直接參數(shù)。靈敏度的計(jì)算公式如下，

單位是dBm。

Si = -173.93 dBm + 10lgBW + NFSYS + (S/N)

BW:信號帶寬（Hz）

NFSYS:收信機(jī)噪聲系數(shù)

S/N:信噪比

從以上公式可以看出為提高接收機(jī)靈敏度也即使Si小，可以從以下方面著手，

a) 降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)，

b) 提高信噪比

c) 減小信號的帶寬

SX1278靈敏度的分析

我們?yōu)榱擞?jì)算其靈敏度，只需要測量信噪比和噪聲系數(shù)即可。在SX1278的數(shù)據(jù)手冊中我們查詢到了以下的數(shù)據(jù)。

不同擴(kuò)頻因子SF下，信道的信噪比：

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2

不同鏈路增益下的噪聲系數(shù)

由此我們可以計(jì)算出不同帶寬的靈敏度：

BW=125K參考值：

計(jì)算值:

RFS_L125_HF

RFnsitivity, Long-Range

Mode, highest LNA gain,

SF=6

SF=7

SF=8

-123

-125

-128

-130

-133

-135

-138

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

Band1, 125kHz bandwidth

SF=9

SF=10

SF=11

SF=12

BW=250K參考值：

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計(jì)算值:

RFS_L250_HF

RFnsitivity, Long-Range Mode, highest

LNA gain, Band1,

250 kHz bandwidth

SF=6

SF=7

SF=8

SF=9

SF=10

SF=11

SF=12

LORA接收模式下的靈敏度同樣適用于靈敏度Si的計(jì)算公式。

-120

-122

-125

-127

-130

-132

-135

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

靈敏度與無線通信距離的關(guān)系

這里簡單介紹一下傳輸距離跟頻率的關(guān)系，自由空間損耗描述了電磁波在空氣中傳播時(shí)候的能量損耗，由以下公式計(jì)算：

Los = 20lg(F) + 20lg(D) + 32.4

F：頻率，單位：MHz；

D：距離，單位：Km；

根據(jù)前面的自由空間損耗計(jì)算公式，頻率越高，自由空間損耗越大。

但是許多人根據(jù)這個(gè)結(jié)論，認(rèn)為在相同的距離下，頻率越高，功率損耗越大，這種概念是錯(cuò)誤的，因?yàn)樽杂煽臻g的能量損耗是能量擴(kuò)散損耗，與頻率無關(guān)。而自由空間損耗之所以與頻率有關(guān)是為了簡化計(jì)算，因?yàn)榻邮仗炀€的增益是與頻率有關(guān)的。當(dāng)然，功率損耗與頻率還是有關(guān)系的，這主要是與大氣環(huán)境有關(guān)，如空氣質(zhì)量，雨水等

由此簡單介紹一下，靈敏度和無線傳輸距離的關(guān)系。

影響的主要因素：

a) 發(fā)射功率

c) 發(fā)射天線增益

e) 自由空間損耗

b) 接收天線增益

d) 接收機(jī)靈敏度

這里我們只簡單介紹一下接收靈敏度對傳輸距離的關(guān)系。

我們用SX1278的預(yù)設(shè)參數(shù)來分析，

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發(fā)射功率TP

1278預(yù)設(shè)配置

靈敏度Si

10dBm

F:433MHz，BW：125KHz，SF=8

-126dBm

4

Los = TP – Si = 138

Los = 32.44 + 20lgd(Km) + 20lg f(433) = 85.13 + 20lgd(Km)

自由空間損耗：35dB（大氣衰減: 35dB(根據(jù)目前市場上的模塊實(shí)際傳輸距離算出的)）

饋線的損耗：約為8dB~10dB。

空間+饋線損耗：45dB左右。

D（Km）

1

1.2

1.5

2

2.4

3

4

Los +其他損耗（dB）

85.13 +45

86.71 +45

88.65 +45

91.15 +45

92.73 +45

94.67 +45

97.17 +45

靈敏度Si（dBm）

-120.13

-121.71

-123.65

-126.15

-127.73

-129.67

-132.17

由上圖可以看出我們用的1278模塊，在天線阻抗匹配一致的情況下，傳輸距離可以達(dá)到2Km。

同時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)：

a) 空間損耗直接影響到靈敏度。也就是說在接收設(shè)備的前段設(shè)計(jì)的插損，也直接反映在靈敏度上（前段濾波器使用低插損的LC濾波器、天線的阻抗匹配一致）。

b) 空間損耗6dB,傳輸距離減小一半。