在OTA暗室中測GPS設(shè)備靈敏度方法討論（一）

所謂GPS接收機(jī)的靈敏度，是指GPS接收機(jī)可以正常工作所需要的輸入最小信號強度，一般用dBm表示。根據(jù)GPS接收機(jī)的不同工作狀態(tài)，靈敏度又分為冷啟動靈敏度、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度等。就像名稱所述，捕獲靈敏度代表接收機(jī)完成位置定位的最低功率等級。跟蹤靈敏度是接收機(jī)能夠追蹤一個衛(wèi)星的最低功率等級。

在本文中，我們針對跟蹤靈敏度的測量提出了有別于傳統(tǒng)傳導(dǎo)式的空間測量方法。
首先，我們會從GPS接收機(jī)的通常結(jié)構(gòu)討論展開空間測量方法的必要性。在通常的設(shè)計中，GPS接收機(jī)具有以下流水結(jié)構(gòu)：

圖一

如圖一所示，最前端是一個含有LNA的有源接收天線，其次是射頻前端包含了一個LNA和一個帶通濾波器，最后是一個GPS芯片。

可以看出，接收機(jī)的靈敏度受到兩個方面的影響：1）GPS整個射頻通道的性能，包括天線增益、通道增益、通道噪聲系數(shù)等；2）GPS基帶算法性能。另外，靈敏度還受到A/D量化損失等因素的影響。

業(yè)界所標(biāo)稱的接收芯片靈敏度都是指基帶算法的性能，該性能是指基帶算法對輸入載噪比（C/N0，單位為dBHz）的要求，但業(yè)界對GPS接收芯片的靈敏度性能表述一般用dBm為單位。在不考慮射頻通道任何損失的情況下，載噪比（C/N0）和輸入信號強度（S）之間的關(guān)系為：

C/N0=S-（-174） e1

在考慮射頻通道的情況下，系統(tǒng)靈敏度Sensitivitymin（dBm）與載噪比C/Nmin及噪聲因子Freciever的關(guān)系為：

Sensitivitymin=-174dBm/Hz+C/Nmin+Freciever e2

其中

例如，標(biāo)稱跟蹤靈敏度為-159dBm的芯片，實際上是指其基帶部分所需要的輸入最小載噪比為-159+174=15(dBHz)。如果射頻通路設(shè)計不佳，則整個接收機(jī)的實際跟蹤靈敏度比-159dBm要差。

所以說，從上面的分析可以看出廠商所標(biāo)稱的跟蹤靈敏度，以及用射頻傳導(dǎo)方法測量所得的跟蹤靈敏度在實際上會有相當(dāng)?shù)牟顒e。

而從圖一及e3 我們可以發(fā)現(xiàn)，在射頻傳導(dǎo)方式下，第一個有源天線將會被忽略，而在整個射頻通道中，對系統(tǒng)噪聲因子影響最大卻是這個包含LNA的有源天線。同樣，他對整個系統(tǒng)的跟蹤靈敏度有著重要的影響。

例如，如圖一所示的GPS接收機(jī)部件有如下（表一）增益及噪聲系數(shù)，

表一

在考慮有源天線及其LNA的情況下，根據(jù)公式e3我們可得：

而在不考慮有源天線及其LNA的情況下，根據(jù)公式e3我們可得：

雖然e6是業(yè)界進(jìn)行GPS跟蹤靈敏度計算的經(jīng)典的理論算法，如果只用載噪比衡量追蹤靈敏度，自然NF對其影響不大，但是如果考慮到整個射頻通道的設(shè)計的情況下，從e5和e6我們可以看出考慮及不考慮有源天線所帶來的影響。這個影響將直接通過式e2反應(yīng)出來。

所以說，對整個接收機(jī)進(jìn)行空間方式的靈敏度測量更為直觀及準(zhǔn)確，這也是本文的出發(fā)點所在。
下期將對測量方法的實現(xiàn)進(jìn)行分析及討論。