一起來學5G終端射頻標準（接收機的參考靈敏度-1）

從今天開始，我們來學習接收機性能的測試項。對于5G終端來說，接收機性能的測試項有哪些呢？

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；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的雜散發(fā)射外，其余的性能，都是以接收機靈敏度為基礎的，是在各種不同干擾條件下對想要接收的信號指標進行考量。所以，參考靈敏度的測試是最基本的。

01、什么是接收機靈敏度

很多人應該都知道接收機靈敏度就是指接收機能夠檢測到的最小信號強度。它告訴我們接收機能夠識別和處理的最弱信號。因此信號的功率電平越低越好。例如，某接收機A的靈敏度為-90 dBm，接收機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，靈敏度更高。所以我們在說起接收機靈敏度的時候，要注意用詞，不要引起歧義，因為用dBm表示的靈敏度均為負值，所以越低的值，表示靈敏度性能越好。

各種射頻模塊接收機靈敏度的范圍很寬，不同的標準和技術對接收機靈敏度有不同的要求。我們來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-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，接收機靈敏度的公式可以如下式，寫成：

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

來看下面這張圖，首先KTB，是接收機在帶寬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=標準噪聲溫度T0=290K，則KT0就是我們熟知的-174dBm/Hz熱噪聲基底。

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

SNR：信噪比，一般來說，調(diào)制階數(shù)越高，所需的解調(diào)信噪比也會增加。我們曾在一起來學802.11物理層測試標準（EVM與MCS以及接收機性能的關聯(lián)-11ac的接收機性能）中討論過信噪比與EVM的關系，?信號的調(diào)制階數(shù)越高，所要求的EVM就越嚴格，那么SNR與EVM是倒數(shù)的關系，也就是EVM的值越小，所要求的SNR的值就越大。

KTB和NF共同構成了接收機要面對的噪聲基底，信號需要以一定的SNR高于這個基底，才能正常解調(diào)。舉個例子，例如帶寬為1MHz的藍牙信號，它要求的SNR為15dB，如果接收機靈敏度的要求為-70dBm，則在標準噪聲溫度下，它的接收機噪聲系數(shù)可以允許29dB。但實際上接收機的噪聲系數(shù)，可以做到8dB以下，所以它的靈敏度可以優(yōu)化到-90dBm以下。類似地，如果一個工作帶寬為50MHz的5G終端，它要求的SNR假定為6dB，NF可以做到7dB，則在標準噪聲溫度下，它的接收機靈敏度可以達到-84dBm。

靈敏度性能的提升，有什么好處呢？那當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，可以提升信號的解調(diào)質(zhì)量，也就是SNR。記得上學的時候，聽一個老教授講到了通信中的信噪比，他說信噪比是運營商留給終端用戶的福利，這個福利可大可小，如果將這個指標設計得低了，運營商就可以省錢降成本，但客戶體驗就差了。我當時只是聽到了記下了他這一席話，但并沒有什么切身的體會，手機通話偶遇信號不好或者聽不清晰，也覺得是常態(tài)。直到后來出國出差的時候，有了在國外打電話的經(jīng)歷，以及同事出國出差的時候，有了接聽國外電話的經(jīng)歷，才明白了好的通話體驗是什么樣的。聽到的聲音就如同在耳邊說的一樣。

02、測量靈敏度的基本要素

在38.521-1中定義5G終端接收機的參考靈敏度為：REFSENS（Reference sensitivity），是適用于所有 UE 類別的每個 UE 天線端口的最小平均功率，在此功率下吞吐量應達到或超過指定參考測量信道（reference measurement channel）的要求。

這里面強調(diào)了四點：

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

上述四點也是接收機靈敏度測量的基本要素。然而，5G NR UE的接收機靈敏度的要求還是比較復雜的，我們先來看單載波的情況，就有這么7個表格：

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

TT的值為：

標準中規(guī)定，配備了 4 個接收天線端口的UE，應按照2個接收天線端口的參考靈敏度對應下表中使用的工作頻段和UE形式來進行?ΔRIB,4R 的修訂。對于 ≤ 1 GHz 的工作頻段范圍，4Rx主要用于 FWA 外形UE，當手持式 UE 支持 4Rx 時，應使用注 2 所示的 ΔRIB,4R的取值。