GNSS技術干貨：GPS測試中不可忽視的噪聲系數和靈敏度--云帆興燁

1. 噪聲系數

噪聲系數（Noise Figure）是用來衡量射頻部件對小信號的處理能力，定義為單元輸入信噪比（Si/Ni）和輸出信噪比（So/No）的比值。
    

噪聲系數公式：

F=（Si/Ni）/（So/No）

噪聲系數的對數表示方式為NF=10lgF。

系統不可避免會引入一些噪聲，輸入信噪比始終大于輸出信噪比，F恒大于1，故噪聲系數對數值NF恒大于0dB。

級聯網絡的噪聲系數公式：
                                                                                                       

其中NF表示級聯的噪聲系數，NF1、NF2 … NFn表示各級的噪聲系數，G1、G2 …Gn等表示各級的增益。可以看出，級聯的噪聲系數主要受第一級的噪聲系數NF1影響。

對于無源器件，一般噪聲系數等于它的插入損耗（Insertion Loss），即NF=IL。

2. 噪聲系數與靈敏度

接收機的靈敏度（Sensitivity）反映了它接收小信號的能力，是接收機性能的重要指標。接收機靈敏度的提高意味著保證相同通信質量發射機的功率可以降低。如果靈敏度提高3dB，發射機可以降低3dB功率，原來發射80W的，現在只需要發射40W了，改善非常明顯。

GNSS測試涉及的靈敏度指標主要有捕獲靈敏度（Acquisition Sensitivity）和跟蹤靈敏度（Tracking Sensitivity）。捕獲靈敏度，指GNSS接收機能定位接收的最小信號功率。跟蹤靈敏度，指在定位后逐漸降低GNSS信號強度直到無法定位時信號的功率。

接收機靈敏度公式：

S=-174+10lg(BW) +NF+SNR

-174是自然界的熱噪聲，單位是dBm；

BW是信號帶寬，單位為Hz；

SNR是解調信噪比，單位為dB。

系統的帶寬是固定的（如GPS系統帶寬為2.046MHz），越寬靈敏度就越低。SNR是信號解調所需的最小信噪比，由解調算法所決定。NF是接收機的總噪聲系數，因此降低NF可以直接提高接收機的靈敏度。

一般在手機設計中，2G/3G/4G/5G 與 GPS共用同一個接收機，而接收機會靠近主天線。為了進一步加強 GPS 與其他 RF 功能的隔離度，避免 GPS 信號被其他 RF 信號干擾，會將 GPS 天線位置，遠離 2G/3G/4G/5G 的主天線。也就是說，GPS天線會離接收機很遠，如下圖。

由上文級聯的噪聲系數公式可知，LNA 前端的 Insertion Loss，也就是上式的 NF1對接收路徑整體的 Noise Figure影響最大。故GPS天線到接收機的較長走線會極大提高接收路徑整體的噪聲系數，而LNA后方的噪聲系數則可以忽略不計。

因此我們必須再添加 eLNA (External LNA)，一方面減小 NF1，另一方面減弱 eLNA 后端噪聲系數對靈敏度的影響，以降低接收路徑整體的噪聲系數，提升靈敏度。

同時，eLNA之所以能優化靈敏度，主要是降低了eLNA之前接收路徑的噪聲系數。這意味著eLNA擺放時應盡量靠近GPS天線，方能最大程度的降低接收路徑整體的噪聲系數，提升靈敏度。

關于噪聲系數的含義及噪聲系數與靈敏度的關系就介紹到這里，下期我們接著為大家介紹噪聲系數與C/N0的關系，敬請關注。