一起來(lái)學(xué)5G終端射頻標(biāo)準(zhǔn)（接收機(jī)的參考靈敏度-1）

從今天開(kāi)始，我們來(lái)學(xué)習(xí)接收機(jī)性能的測(cè)試項(xiàng)。對(duì)于5G終端來(lái)說(shuō)，接收機(jī)性能的測(cè)試項(xiàng)有哪些呢？

Reference sensitivity：參考靈敏度；Maximum input level：最大輸入電平；Adjacent channel selectivity：鄰道選擇性；Blocking characteristics：阻塞特性；Spurious response：雜散響應(yīng)；Intermodulation characteristics：互調(diào)特性；Spurious emissions：雜散發(fā)射

除了最大輸入電平和接收機(jī)的雜散發(fā)射外，其余的性能，都是以接收機(jī)靈敏度為基礎(chǔ)的，是在各種不同干擾條件下對(duì)想要接收的信號(hào)指標(biāo)進(jìn)行考量。所以，參考靈敏度的測(cè)試是最基本的。

01、什么是接收機(jī)靈敏度

很多人應(yīng)該都知道接收機(jī)靈敏度就是指接收機(jī)能夠檢測(cè)到的最小信號(hào)強(qiáng)度。它告訴我們接收機(jī)能夠識(shí)別和處理的最弱信號(hào)。因此信號(hào)的功率電平越低越好。例如，某接收機(jī)A的靈敏度為-90 dBm，接收機(jī)B的靈敏度為-80 dBm，這意味著A的靈敏度比B好，可以正常解調(diào)更低功率的信號(hào)，靈敏度更高。所以我們?cè)谡f(shuō)起接收機(jī)靈敏度的時(shí)候，要注意用詞，不要引起歧義，因?yàn)橛胐Bm表示的靈敏度均為負(fù)值，所以越低的值，表示靈敏度性能越好。

各種射頻模塊接收機(jī)靈敏度的范圍很寬，不同的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)對(duì)接收機(jī)靈敏度有不同的要求。我們來(lái)列舉一下它們大致的范圍：

Bluetooth:?-70?dBm?～?-82?dBmWi-Fi:?-42?dBm?～?-88?dBmcellular:?-80?dBm?～?-120?dBmNB-IoT：接近-130 dBmLoRa:?可達(dá)-140?dBm?GNSS:?-140 dBm?～?-165?dBm

那么影響接收器靈敏度的因素有什么呢？通常情況下，接收機(jī)靈敏度的公式可以如下式，寫(xiě)成：

Receiver Sensitivity = 10 * log(kTB/ (1 mW)) + NF + SNR

來(lái)看下面這張圖，首先KTB，是接收機(jī)在帶寬B情況下的噪聲基底，K是玻爾茲曼常數(shù)，K=1.380649 × 10^-23 J/K，如果T=標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度T0=290K，則KT0就是我們熟知的-174dBm/Hz熱噪聲基底。

NF，Noise Figure接收機(jī)噪聲系數(shù)，也就是接收機(jī)自身器件，例如混頻器、放大器等所引入的噪聲。

SNR：信噪比，一般來(lái)說(shuō)，調(diào)制階數(shù)越高，所需的解調(diào)信噪比也會(huì)增加。我們?cè)谝黄饋?lái)學(xué)802.11物理層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（EVM與MCS以及接收機(jī)性能的關(guān)聯(lián)-11ac的接收機(jī)性能）中討論過(guò)信噪比與EVM的關(guān)系，?信號(hào)的調(diào)制階數(shù)越高，所要求的EVM就越嚴(yán)格，那么SNR與EVM是倒數(shù)的關(guān)系，也就是EVM的值越小，所要求的SNR的值就越大。

KTB和NF共同構(gòu)成了接收機(jī)要面對(duì)的噪聲基底，信號(hào)需要以一定的SNR高于這個(gè)基底，才能正常解調(diào)。舉個(gè)例子，例如帶寬為1MHz的藍(lán)牙信號(hào)，它要求的SNR為15dB，如果接收機(jī)靈敏度的要求為-70dBm，則在標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度下，它的接收機(jī)噪聲系數(shù)可以允許29dB。但實(shí)際上接收機(jī)的噪聲系數(shù)，可以做到8dB以下，所以它的靈敏度可以?xún)?yōu)化到-90dBm以下。類(lèi)似地，如果一個(gè)工作帶寬為50MHz的5G終端，它要求的SNR假定為6dB，NF可以做到7dB，則在標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度下，它的接收機(jī)靈敏度可以達(dá)到-84dBm。

靈敏度性能的提升，有什么好處呢？那當(dāng)然是覆蓋距離的增加，3dB的靈敏度提升就可以將傳輸距離提升至原來(lái)的1.4倍，那基站部署的數(shù)量就可以大大減少；或者在相同距離情況下，可以提升信號(hào)的解調(diào)質(zhì)量，也就是SNR。記得上學(xué)的時(shí)候，聽(tīng)一個(gè)老教授講到了通信中的信噪比，他說(shuō)信噪比是運(yùn)營(yíng)商留給終端用戶(hù)的福利，這個(gè)福利可大可小，如果將這個(gè)指標(biāo)設(shè)計(jì)得低了，運(yùn)營(yíng)商就可以省錢(qián)降成本，但客戶(hù)體驗(yàn)就差了。我當(dāng)時(shí)只是聽(tīng)到了記下了他這一席話(huà)，但并沒(méi)有什么切身的體會(huì)，手機(jī)通話(huà)偶遇信號(hào)不好或者聽(tīng)不清晰，也覺(jué)得是常態(tài)。直到后來(lái)出國(guó)出差的時(shí)候，有了在國(guó)外打電話(huà)的經(jīng)歷，以及同事出國(guó)出差的時(shí)候，有了接聽(tīng)國(guó)外電話(huà)的經(jīng)歷，才明白了好的通話(huà)體驗(yàn)是什么樣的。聽(tīng)到的聲音就如同在耳邊說(shuō)的一樣。

02、測(cè)量靈敏度的基本要素

在38.521-1中定義5G終端接收機(jī)的參考靈敏度為：REFSENS（Reference sensitivity），是適用于所有 UE 類(lèi)別的每個(gè) UE 天線(xiàn)端口的最小平均功率，在此功率下吞吐量應(yīng)達(dá)到或超過(guò)指定參考測(cè)量信道（reference measurement channel）的要求。

這里面強(qiáng)調(diào)了四點(diǎn)：

第一，是針對(duì)每個(gè)UE端口；第二，是到達(dá)端口的最小平均功率；第三，吞吐量要達(dá)到一定要求；這里要求≥最大吞吐量的?95%；第四，使用指定的參考測(cè)量信道，在附錄中定義。

上述四點(diǎn)也是接收機(jī)靈敏度測(cè)量的基本要素。然而，5G NR UE的接收機(jī)靈敏度的要求還是比較復(fù)雜的，我們先來(lái)看單載波的情況，就有這么7個(gè)表格：

其中，兩端口和四端口的情況，舉一個(gè)n1 FDD的例子，當(dāng)PC3終端配備了2天線(xiàn)端口和4天線(xiàn)端口時(shí)，50MHz帶寬，SCS 30kHz的接收機(jī)靈敏度要求，分別為-89.7 +TT dBm和-92.4+TT dBm。兩者相差了2.7dB。

TT的值為：

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，配備了 4 個(gè)接收天線(xiàn)端口的UE，應(yīng)按照2個(gè)接收天線(xiàn)端口的參考靈敏度對(duì)應(yīng)下表中使用的工作頻段和UE形式來(lái)進(jìn)行?ΔRIB,4R 的修訂。對(duì)于 ≤ 1 GHz 的工作頻段范圍，4Rx主要用于 FWA 外形UE，當(dāng)手持式 UE 支持 4Rx 時(shí)，應(yīng)使用注 2 所示的 ΔRIB,4R的取值。