在OTA暗室中測GPS設備靈敏度方法討論（一）

所謂GPS接收機的靈敏度，是指GPS接收機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GPS接收機的不同工作狀態(tài)，靈敏度又分為冷啟動(dòng)靈敏度、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度等。就像名稱(chēng)所述，捕獲靈敏度代表接收機完成位置定位的最低功率等級。跟蹤靈敏度是接收機能夠追蹤一個(gè)衛星的最低功率等級。

在本文中，我們針對跟蹤靈敏度的測量提出了有別于傳統傳導式的空間測量方法。
首先，我們會(huì )從GPS接收機的通常結構討論展開(kāi)空間測量方法的必要性。在通常的設計中，GPS接收機具有以下流水結構：

圖一

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

可以看出，接收機的靈敏度受到兩個(gè)方面的影響：1）GPS整個(gè)射頻通道的性能，包括天線(xiàn)增益、通道增益、通道噪聲系數等；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)界所標稱(chēng)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，標稱(chēng)跟蹤靈敏度為-159dBm的芯片，實(shí)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)。如果射頻通路設計不佳，則整個(gè)接收機的實(shí)際跟蹤靈敏度比-159dBm要差。

所以說(shuō)，從上面的分析可以看出廠(chǎng)商所標稱(chēng)的跟蹤靈敏度，以及用射頻傳導方法測量所得的跟蹤靈敏度在實(shí)際上會(huì )有相當的差別。

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

例如，如圖一所示的GPS接收機部件有如下（表一）增益及噪聲系數，

表一

在考慮有源天線(xiàn)及其LNA的情況下，根據公式e3我們可得：

而在不考慮有源天線(xiàn)及其LNA的情況下，根據公式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(gè)射頻通道的設計的情況下，從e5和e6我們可以看出考慮及不考慮有源天線(xiàn)所帶來(lái)的影響。這個(gè)影響將直接通過(guò)式e2反應出來(lái)。

所以說(shuō)，對整個(gè)接收機進(jìn)行空間方式的靈敏度測量更為直觀(guān)及準確，這也是本文的出發(fā)點(diǎn)所在。
下期將對測量方法的實(shí)現進(jìn)行分析及討論。