在OTA暗室中測GPS設備靈敏度方法討論（一）

所謂GPS接收機的靈敏度，是指GPS接收機可以正常工作所需要的輸入最小信號強度，一般用dBm表示。根據GPS接收機的不同工作狀態，靈敏度又分為冷啟動靈敏度、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度等。就像名稱所述，捕獲靈敏度代表接收機完成位置定位的最低功率等級。跟蹤靈敏度是接收機能夠追蹤一個衛星的最低功率等級。

在本文中，我們針對跟蹤靈敏度的測量提出了有別于傳統傳導式的空間測量方法。
首先，我們會從GPS接收機的通常結構討論展開空間測量方法的必要性。在通常的設計中，GPS接收機具有以下流水結構：

圖一

如圖一所示，最前端是一個含有LNA的有源接收天線，其次是射頻前端包含了一個LNA和一個帶通濾波器，最后是一個GPS芯片。

可以看出，接收機的靈敏度受到兩個方面的影響：1）GPS整個射頻通道的性能，包括天線增益、通道增益、通道噪聲系數等；2）GPS基帶算法性能。另外，靈敏度還受到A/D量化損失等因素的影響。

業界所標稱的接收芯片靈敏度都是指基帶算法的性能，該性能是指基帶算法對輸入載噪比（C/N0，單位為dBHz）的要求，但業界對GPS接收芯片的靈敏度性能表述一般用dBm為單位。在不考慮射頻通道任何損失的情況下，載噪比（C/N0）和輸入信號強度（S）之間的關系為：

C/N0=S-（-174） e1

在考慮射頻通道的情況下，系統靈敏度Sensitivitymin（dBm）與載噪比C/Nmin及噪聲因子Freciever的關系為：

Sensitivitymin=-174dBm/Hz+C/Nmin+Freciever e2

其中

例如，標稱跟蹤靈敏度為-159dBm的芯片，實際上是指其基帶部分所需要的輸入最小載噪比為-159+174=15(dBHz)。如果射頻通路設計不佳，則整個接收機的實際跟蹤靈敏度比-159dBm要差。

所以說，從上面的分析可以看出廠商所標稱的跟蹤靈敏度，以及用射頻傳導方法測量所得的跟蹤靈敏度在實際上會有相當的差別。

而從圖一及e3 我們可以發現，在射頻傳導方式下，第一個有源天線將會被忽略，而在整個射頻通道中，對系統噪聲因子影響最大卻是這個包含LNA的有源天線。同樣，他對整個系統的跟蹤靈敏度有著重要的影響。

例如，如圖一所示的GPS接收機部件有如下（表一）增益及噪聲系數，

表一

在考慮有源天線及其LNA的情況下，根據公式e3我們可得：

而在不考慮有源天線及其LNA的情況下，根據公式e3我們可得：

雖然e6是業界進行GPS跟蹤靈敏度計算的經典的理論算法，如果只用載噪比衡量追蹤靈敏度，自然NF對其影響不大，但是如果考慮到整個射頻通道的設計的情況下，從e5和e6我們可以看出考慮及不考慮有源天線所帶來的影響。這個影響將直接通過式e2反應出來。

所以說，對整個接收機進行空間方式的靈敏度測量更為直觀及準確，這也是本文的出發點所在。
下期將對測量方法的實現進行分析及討論。