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            EEPW首頁(yè) > 模擬技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 計(jì)算ASK接收機(jī)的靈敏度

            計(jì)算ASK接收機(jī)的靈敏度

            作者: 時(shí)間:2011-04-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            了解這種接收機(jī)一些特性在理論上的極限值對(duì)RFIC用戶(hù)和設(shè)計(jì)者都是很重要的,因?yàn)檫@樣就能確定他們?cè)谠O(shè)計(jì)上的改進(jìn)是不是成功的。

            本篇應(yīng)用筆記描述了一種在已知系統(tǒng)噪聲系數(shù)、IF帶寬和基帶帶寬的條件下一步一步的計(jì)算ASK接收機(jī)靈敏度的方法。

            結(jié)果表明,接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)實(shí)現(xiàn)的對(duì)數(shù)幅度檢測(cè)在輸入SNR較低時(shí)降低了輸出信噪比(SNR) (門(mén)限效應(yīng)),而靈敏度的提高與IF帶寬與基帶帶寬之比的平方根成正比。

            大多數(shù)現(xiàn)代幅移鍵控(ASK)接收機(jī)利用將調(diào)制的RF信號(hào)直接的或者經(jīng)過(guò)一次或多次頻率變換后通過(guò)一個(gè)幅度檢測(cè)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。幅度檢測(cè)器基本上就是一個(gè)RF或IF和一個(gè)RSSI (接收信號(hào)強(qiáng)度指示器),RSSI的輸出與輸入RF或IF信號(hào)功率的對(duì)數(shù)成正比。

            因?yàn)镽SSI檢測(cè)器是一個(gè)非線(xiàn)性的檢測(cè)器,它將改變輸入信號(hào)的信噪比(SNR)。ASK靈敏度計(jì)算的關(guān)鍵就在于RSSI檢測(cè)器的SNROUT與SNRIN關(guān)系曲線(xiàn)。

            一旦我們知道了SNROUT與SNRIN之間的關(guān)系,在已知噪聲系數(shù)、IF帶寬和數(shù)據(jù)速率的條件下可以通過(guò)如下步驟找出ASK靈敏度
            1. 確定目標(biāo)BER (在本例中為10-3)所需的Eb/No,然后根據(jù)Eb/No用下面的等式計(jì)算SNR。
              SNR = (Eb/No) * (R/BBW)
              其中R是數(shù)據(jù)速率,BBW是數(shù)據(jù)濾波器的帶寬
            2. 將上一步計(jì)算出來(lái)的SNR減去IF (預(yù)檢波) BW與數(shù)據(jù)濾波器BW之比的dB數(shù)。例如, 如果IF BW為600kHz數(shù)據(jù)濾波器BW為6kHz,這就意味著要從SNR中減去20dB。得到的結(jié)果就是RSSI檢測(cè)器輸出信號(hào)的SNR,這一信號(hào)還沒(méi)有被數(shù)據(jù)濾波器消除其高頻噪聲(假設(shè)這些噪聲占據(jù)了IF BW)。對(duì)于靈敏度來(lái)說(shuō),這一比例通常是以dB為單位的負(fù)值。
            3. 用RSSI的SNROUT與SNRIN關(guān)系曲線(xiàn)找出RF或IF和RSSI檢測(cè)器輸入信號(hào)的SNR。實(shí)際上就是通過(guò)這條曲線(xiàn)用第二步計(jì)算中得到 SNROUT “反向”推導(dǎo)SNRIN。
            4. 使用接收機(jī)前端SNR公式找出接收機(jī)輸入端的信號(hào)水平。這就是靈敏度S
              S = (SNRIN) * (kTBIFFS)

            其中kT是在290K的噪聲譜密度(-174dBm/Hz),BIF是IF (預(yù)檢波) BW,F(xiàn)S是接收機(jī)系統(tǒng)(不僅僅是前端)的噪聲系數(shù)。

            因?yàn)镽SSI檢測(cè)器是一個(gè)對(duì)數(shù)檢測(cè)器,輸入輸出SNR的關(guān)系可以用一種封閉的方式表示,盡管可能看起來(lái)有點(diǎn)兒亂。一篇發(fā)表在IEEE學(xué)報(bào)上比較老的關(guān)于航空與電子系統(tǒng)的文章推導(dǎo)出了其表達(dá)式并畫(huà)出了SNROUT與SNRIN關(guān)系的曲線(xiàn)。這篇文章中的曲線(xiàn)非常小而且沒(méi)有足夠的網(wǎng)格線(xiàn),但是可以在Excel表格中對(duì)表達(dá)式進(jìn)行分析計(jì)算并畫(huà)出更具體的曲線(xiàn)圖。這個(gè)曲線(xiàn)如下圖所示,它與簡(jiǎn)單SNROUT = SNRIN曲線(xiàn)(線(xiàn)性檢波)畫(huà)在一起作為對(duì)比。注意門(mén)限效應(yīng)。在兩條線(xiàn)3.7dB的SNR “交點(diǎn)”以下,信號(hào)通過(guò)檢測(cè)器后SNR變差了。在這個(gè)點(diǎn)以上的部分,信號(hào)通過(guò)檢測(cè)器后SNR得到改善。

            圖1.
            圖1.

            另一張Excel電子表格將上述步驟1到步驟4與SNROUT與SNRIN關(guān)系曲線(xiàn)相結(jié)合進(jìn)行了如下圖所示的靈敏度計(jì)算。圖中曲線(xiàn)是在三個(gè)不同的IF帶寬條件下靈敏度與數(shù)據(jù)速率關(guān)系的曲線(xiàn),噪聲系數(shù)取7dB。注意,靈敏度的改善是與IF BW或者數(shù)據(jù)速率的平方根成正比的。這是因?yàn)槲覀兯?jì)算的靈敏度處在RSSI SNR曲線(xiàn)中SNROUT比SNRIN的斜率約為對(duì)數(shù)坐標(biāo)2的范圍內(nèi)(平方律關(guān)系)。

            這些曲線(xiàn)與精心設(shè)計(jì)的ASK接收機(jī)的實(shí)際情況是一致的。例如,數(shù)據(jù)速率為3kbps、IF BW為280kHz的時(shí)候,靈敏度為-114dBm。根據(jù)ASK接收機(jī)10-3 BER 的要求,在本計(jì)算中Eb/No取11dB。對(duì)于穩(wěn)定的CW信號(hào),SNR的計(jì)算結(jié)果是12dB (因?yàn)閿?shù)據(jù)的平均占空因數(shù)為50%,所以“峰值” Eb/No為14dB,比BBW與數(shù)據(jù)速率1.5:1的比例小大約2dB)。

            圖2.
            圖2.

            在此有必要指出所作的兩個(gè)假設(shè):(1) RSSI檢測(cè)器輸出的噪聲帶寬與IF帶寬相同。(2) RSSI檢測(cè)器輸出的噪聲為高斯分布。實(shí)際上,RSSI檢測(cè)器的噪聲帶寬可能比IF帶寬大許多,可以通過(guò)增加系統(tǒng)的實(shí)際噪聲系數(shù)將這種情況計(jì)算在內(nèi)。輸出噪聲的分布也不是高斯的,所以完整徹底的分析需要計(jì)算出錯(cuò)概率以得到RSSI輸出噪聲的精確分布。我們相信在給定BER的條件下Eb/No上的誤差是很小的,它不會(huì)改變下面列出的本文的基本結(jié)論。

            1. 本文描述了RSSI檢測(cè)器中SNROUT與SNRIN的關(guān)系。
            2. 門(mén)限效應(yīng)。也就是說(shuō)輸入SNR大于3.7dB時(shí)輸出SNR將有所改善,輸入SNR小于3.7dB時(shí)輸出SNR會(huì)變差。
            3. 靈敏度的改善是與IF帶寬和基帶帶寬之比的平方根成正比的,而不是線(xiàn)性的。

            MAX1470 pdf,MAX1470 datasheet MAX1472 pdf datasheet

            MAX1473 pdf datasheet (315MHz/433MHz ASK超外差接收器)



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