在接收机中,灵敏度是一个很关键的指标,它表示接收机能接收到的最小信号的功率。通常情况我们用表示,其中-174dBm代表的是在T=290K的情况下,1Hz带宽内产生的热噪声功率,BW代表信道宽度,窄带信道宽度为25kHz,NF为系统的噪声系数,SNR代表解调信噪比。
但是我们也经常看到灵敏度是这么表示的:-116dBm@12dB SINAD
什么是-116dBm@12dB SINAD?它与上面的灵敏度表示有什么区别?有什么联系?
SINAD 的含义
信纳比(SINAD)是指信号功率与所有其他频谱成分(包括谐波但不含直流)的和方根的平均值之比,以分贝(dB)表示,计算公式为
它是一个衡量信号质量的指标,不仅考虑了信号与背景噪声的比例,还考虑了信号中的失真成分。
模拟灵敏度与 SINAD 的关系
在模拟 FM 系统中,通常以一定的 SINAD 值作为衡量接收信号质量的标准,如陆地移动无线电行业标准通常使用 12 dB SINAD 来测量参考灵敏度。当接收机的输入信号电平逐渐降低时,SINAD 值也会随之下降,当 SINAD 下降到规定的数值时,对应的输入信号电平就是该接收机在这个 SINAD 条件下的模拟灵敏度。
测量方法
为了测量SINAD下的灵敏度,通常需要进行以下步骤:
应用一个已知的信号到接收机。
降低信号的功率,同时监测接收机的输出。
当输出信号的SINAD值达到预设的阈值时(如12dB SINAD,这是陆地移动无线电行业标准中常用的测量参考灵敏度值),记录此时的信号功率。
这个记录下的信号功率即为接收机在给定SINAD下的灵敏度。
影响因素及意义
影响因素:接收机的内部噪声系数、前端电路的设计、滤波器的性能、天线的增益和方向性等都会影响 SINAD 模拟灵敏度。例如,低噪声系数的接收机可以减少内部噪声的引入,从而在较低的输入信号电平下仍能保持较高的 SINAD 值和较好的接收性能;高性能的滤波器可以有效地去除不需要的频率成分,减少干扰和失真,提高接收机的 SINAD 模拟灵敏度。
意义:SINAD值越高,表示接收机的灵敏度越高,即接收机能够在更低的信号电平下工作,同时保持可接受的信号质量。因此,SINAD是衡量接收机灵敏度的一个重要参数。在不同的应用中,根据所需的信号质量和系统要求,会有不同的SINAD值标准。例如,一个常见的SINAD参考值为12 dB。
SINAD灵敏度与SNR灵敏度的区别
SINAD 在评估模拟通信系统(如模拟调频收音机、对讲机等)的接收质量时非常有用。因为在这些系统中,信号的失真可能会对通信质量产生很大影响,所以需要一个同时考虑信号、噪声和失真的指标。例如,在调频广播中,当信号强度较低时,不仅会受到背景噪声的干扰,还可能出现信号失真,SINAD 能够更准确地反映听众实际听到的声音质量。
SNR 主要用于数字通信系统和一些对失真不太敏感的模拟系统。在数字通信中,信号的失真可以通过纠错编码等技术在一定程度上恢复,因此主要关注信号和噪声的比例。例如,在光纤通信系统中,只要信号的信噪比足够高,就可以通过适当的解码算法准确恢复数据,信号的失真在正常情况下相对较小。
SINAD灵敏度与SNR灵敏度的换算
做数字接收机,对于特定调制方式给出灵敏度,我们可以推算出系统能接受的最小噪声系数是多少。就可以按照要求设计接收机。但是很多做模块的厂家通常只接到SINAD灵敏度-116dBm@12dB,那怎么去设计接收机的噪声系数呢?
以FM为例
灵敏度-116dBm@12dB SINAD,按照测试标准来说,调制为1kHz,频偏为5kHz
FM的带宽与调制之间的关系是BFM=2(△f+fm),接收机设置的带宽为15kHz略大于计算带宽12kHz
根据灵敏度计算公式S=-174+NF+10logBW+C/N
关键是要计算出SINAD 与C/N的关系
SINAD与C/N的关系:SINAD和C/N都与信号的质量有关,但SINAD更全面地考虑了信号、噪声和失真,而C/N主要关注信号功率和噪声功率的比值。在理想情况下,如果失真可以忽略,SINAD可以近似等于C/N。但在实际应用中,由于失真的存在,SINAD通常会低于C/N。
取C/N等于SINAD 12dB
根据计算NF<4dB
SINAD下的灵敏度是衡量接收机性能好坏的一个重要指标。它反映了接收机在噪声和失真存在的情况下,对微弱信号的检测和解调能力。通过测量和比较不同接收机在相同SINAD值下的灵敏度,可以评估它们的性能优劣。