一起来学5G终端射频标准（接收机的参考灵敏度-1）

从今天开始，我们来学习接收机性能的测试项。对于5G终端来说，接收机性能的测试项有哪些呢？

Reference sensitivity：参考灵敏度；Maximum input level：最大输入电平；Adjacent channel selectivity：邻道选择性；Blocking characteristics：阻塞特性；Spurious response：杂散响应；Intermodulation characteristics：互调特性；Spurious emissions：杂散发射

除了最大输入电平和接收机的杂散发射外，其余的性能，都是以接收机灵敏度为基础的，是在各种不同干扰条件下对想要接收的信号指标进行考量。所以，参考灵敏度的测试是最基本的。

01、什么是接收机灵敏度

很多人应该都知道接收机灵敏度就是指接收机能够检测到的最小信号强度。它告诉我们接收机能够识别和处理的最弱信号。因此信号的功率电平越低越好。例如，某接收机A的灵敏度为-90 dBm，接收机B的灵敏度为-80 dBm，这意味着A的灵敏度比B好，可以正常解调更低功率的信号，灵敏度更高。所以我们在说起接收机灵敏度的时候，要注意用词，不要引起歧义，因为用dBm表示的灵敏度均为负值，所以越低的值，表示灵敏度性能越好。

各种射频模块接收机灵敏度的范围很宽，不同的标准和技术对接收机灵敏度有不同的要求。我们来列举一下它们大致的范围：

Bluetooth: -70 dBm ～ -82 dBmWi-Fi: -42 dBm ～ -88 dBmcellular: -80 dBm ～ -120 dBmNB-IoT：接近-130 dBmLoRa: 可达-140 dBm GNSS: -140 dBm ～ -165 dBm

那么影响接收器灵敏度的因素有什么呢？通常情况下，接收机灵敏度的公式可以如下式，写成：

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

来看下面这张图，首先KTB，是接收机在带宽B情况下的噪声基底，K是玻尔兹曼常数，K=1.380649 × 10^-23 J/K，如果T=标准噪声温度T0=290K，则KT0就是我们熟知的-174dBm/Hz热噪声基底。

NF，Noise Figure接收机噪声系数，也就是接收机自身器件，例如混频器、放大器等所引入的噪声。

SNR：信噪比，一般来说，调制阶数越高，所需的解调信噪比也会增加。我们曾在一起来学802.11物理层测试标准（EVM与MCS以及接收机性能的关联-11ac的接收机性能）中讨论过信噪比与EVM的关系， 信号的调制阶数越高，所要求的EVM就越严格，那么SNR与EVM是倒数的关系，也就是EVM的值越小，所要求的SNR的值就越大。

KTB和NF共同构成了接收机要面对的噪声基底，信号需要以一定的SNR高于这个基底，才能正常解调。举个例子，例如带宽为1MHz的蓝牙信号，它要求的SNR为15dB，如果接收机灵敏度的要求为-70dBm，则在标准噪声温度下，它的接收机噪声系数可以允许29dB。但实际上接收机的噪声系数，可以做到8dB以下，所以它的灵敏度可以优化到-90dBm以下。类似地，如果一个工作带宽为50MHz的5G终端，它要求的SNR假定为6dB，NF可以做到7dB，则在标准噪声温度下，它的接收机灵敏度可以达到-84dBm。

灵敏度性能的提升，有什么好处呢？那当然是覆盖距离的增加，3dB的灵敏度提升就可以将传输距离提升至原来的1.4倍，那基站部署的数量就可以大大减少；或者在相同距离情况下，可以提升信号的解调质量，也就是SNR。记得上学的时候，听一个老教授讲到了通信中的信噪比，他说信噪比是运营商留给终端用户的福利，这个福利可大可小，如果将这个指标设计得低了，运营商就可以省钱降成本，但客户体验就差了。我当时只是听到了记下了他这一席话，但并没有什么切身的体会，手机通话偶遇信号不好或者听不清晰，也觉得是常态。直到后来出国出差的时候，有了在国外打电话的经历，以及同事出国出差的时候，有了接听国外电话的经历，才明白了好的通话体验是什么样的。听到的声音就如同在耳边说的一样。

02、测量灵敏度的基本要素

在38.521-1中定义5G终端接收机的参考灵敏度为：REFSENS（Reference sensitivity），是适用于所有 UE 类别的每个 UE 天线端口的最小平均功率，在此功率下吞吐量应达到或超过指定参考测量信道（reference measurement channel）的要求。

这里面强调了四点：

第一，是针对每个UE端口；第二，是到达端口的最小平均功率；第三，吞吐量要达到一定要求；这里要求≥最大吞吐量的 95%；第四，使用指定的参考测量信道，在附录中定义。

上述四点也是接收机灵敏度测量的基本要素。然而，5G NR UE的接收机灵敏度的要求还是比较复杂的，我们先来看单载波的情况，就有这么7个表格：

其中，两端口和四端口的情况，举一个n1 FDD的例子，当PC3终端配备了2天线端口和4天线端口时，50MHz带宽，SCS 30kHz的接收机灵敏度要求，分别为-89.7 +TT dBm和-92.4+TT dBm。两者相差了2.7dB。

TT的值为：

标准中规定，配备了 4 个接收天线端口的UE，应按照2个接收天线端口的参考灵敏度对应下表中使用的工作频段和UE形式来进行 ΔRIB,4R 的修订。对于 ≤ 1 GHz 的工作频段范围，4Rx主要用于 FWA 外形UE，当手持式 UE 支持 4Rx 时，应使用注 2 所示的 ΔRIB,4R的取值。