一起來學(xué)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(xué)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(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的雜散發(fā)射外，其余的性能，都是以接收機靈敏度為基礎(chǔ)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(yīng)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(shù)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(xué)802.11物理層測試標準（EVM與MCS以及接收機性能的關(guān)聯(lián)-11ac的接收機性能）中討論過信噪比與EVM的關(guān)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(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(xué)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(shè)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(yīng)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(fù)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(yīng)按照2個接收天線端口的參考靈敏度對應(yīng)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(yīng)使用注 2 所示的 ΔRIB,4R的取值。