GNSS技术干货：GPS测试中不可忽视的噪声系数和灵敏度--云帆兴烨

1. 噪声系数

噪声系数（Noise Figure）是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，定义为单元输入信噪比（Si/Ni）和输出信噪比（So/No）的比值。
    

噪声系数公式：

F=（Si/Ni）/（So/No）

噪声系数的对数表示方式为NF=10lgF。

系统不可避免会引入一些噪声，输入信噪比始终大于输出信噪比，F恒大于1，故噪声系数对数值NF恒大于0dB。

级联网络的噪声系数公式：
                                                                                                       

其中NF表示级联的噪声系数，NF1、NF2 … NFn表示各级的噪声系数，G1、G2 …Gn等表示各级的增益。可以看出，级联的噪声系数主要受第一级的噪声系数NF1影响。

对于无源器件，一般噪声系数等于它的插入损耗（Insertion Loss），即NF=IL。

2. 噪声系数与灵敏度

接收机的灵敏度（Sensitivity）反映了它接收小信号的能力，是接收机性能的重要指标。接收机灵敏度的提高意味着保证相同通信质量发射机的功率可以降低。如果灵敏度提高3dB，发射机可以降低3dB功率，原来发射80W的，现在只需要发射40W了，改善非常明显。

GNSS测试涉及的灵敏度指标主要有捕获灵敏度（Acquisition Sensitivity）和跟踪灵敏度（Tracking Sensitivity）。捕获灵敏度，指GNSS接收机能定位接收的最小信号功率。跟踪灵敏度，指在定位后逐渐降低GNSS信号强度直到无法定位时信号的功率。

接收机灵敏度公式：

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

-174是自然界的热噪声，单位是dBm；

BW是信号带宽，单位为Hz；

SNR是解调信噪比，单位为dB。

系统的带宽是固定的（如GPS系统带宽为2.046MHz），越宽灵敏度就越低。SNR是信号解调所需的最小信噪比，由解调算法所决定。NF是接收机的总噪声系数，因此降低NF可以直接提高接收机的灵敏度。

一般在手机设计中，2G/3G/4G/5G 与 GPS共用同一个接收机，而接收机会靠近主天线。为了进一步加强 GPS 与其他 RF 功能的隔离度，避免 GPS 信号被其他 RF 信号干扰，会将 GPS 天线位置，远离 2G/3G/4G/5G 的主天线。也就是说，GPS天线会离接收机很远，如下图。

由上文级联的噪声系数公式可知，LNA 前端的 Insertion Loss，也就是上式的 NF1对接收路径整体的 Noise Figure影响最大。故GPS天线到接收机的较长走线会极大提高接收路径整体的噪声系数，而LNA后方的噪声系数则可以忽略不计。

因此我们必须再添加 eLNA (External LNA)，一方面减小 NF1，另一方面减弱 eLNA 后端噪声系数对灵敏度的影响，以降低接收路径整体的噪声系数，提升灵敏度。

同时，eLNA之所以能优化灵敏度，主要是降低了eLNA之前接收路径的噪声系数。这意味着eLNA摆放时应尽量靠近GPS天线，方能最大程度的降低接收路径整体的噪声系数，提升灵敏度。

关于噪声系数的含义及噪声系数与灵敏度的关系就介绍到这里，下期我们接着为大家介绍噪声系数与C/N0的关系，敬请关注。