硬学|浅谈接收灵敏度

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 + NF + (S/N)

BW:信号带宽（Hz）

NF: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Si，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

灵敏度的计算实例

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。以下我们以LoRa芯片SX1278为例，查询到其数据手册中以下参数。

表：不同扩频因子SF下，信道的信噪比

表：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:

BW=250K参考值：

计算值:

LORA接收模式下的灵敏度同样适用于灵敏度Si的计算公式。

注：SF=6这一扩频因子仅在特定情况下使用，需要特殊配置。

灵敏度对无线通信距离的影响

首先我们先简单介绍一下传输距离跟频率的关系，自由空间损耗描述了电磁波在空气中传播时候的能量损耗，由以下公式计算：

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

F：频率，单位：MHz;

D：距离，单位：Km;

根据前面的自由空间损耗计算公式，频率越高，自由空间损耗越大。

但是许多人根据这个结论，认为在相同的距离下，频率越高，功率损耗越大，这种概念是错误的，因为自由空间的能量损耗是能量扩散损耗，与频率无关。而自由空间损耗之所以与频率有关是为了简化计算，因为接收天线的增益是与频率有关的。当然，功率损耗与频率还是有关系的，这主要是与大气环境有关，如空气质量，雨水等

由此我们得出，灵敏度对无线传输距离影响的主要因素：

a) 发射功率

b) 接收天线增益

c) 发射天线增益

d) 接收机灵敏度

e) 自由空间损耗

这里我们只简单介绍一下接收灵敏度与传输距离的关系。

我们用SX1278的预设参数来分析:

   计算结果如下：

由上图可以看出我们用的SX1278模块，在天线阻抗匹配一致的情况下，传输距离可以达到2Km。同时我们可以发现：

a)       空间损耗直接影响到灵敏度。也就是说在接收设备的前段设计的插损，也直接反映在灵敏度上（接收前段滤波器需使用低插损的LC滤波器、天线的阻抗匹配一致）。

b)       空间损耗6dB,传输距离减小一半。

以后大家计算电磁波在空间传输距离，可以依照以上公式。

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