Устройство приема и обработки сигналов в системах подвижной связи Лекция 2 Чувствительность приемника

Одним из важнейших показателей качества тракта приема является чувствительность приемника. Чувствительность приемника характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность приемника определяется как минимальный уровень входного сигнала устройства, необходимый для обеспечения требуемого качества полученной информации. Качество может быть оценено заданной битовой вероятностью ошибки (BER), вероятностью приема ошибочного сообщения (MER) или отношением сигнал-шум SNR (Signal-to-Noise Ratio) на входе демодулятора приемника. Если чувствительность приемника ограничивается внутренними шумами, то ее можно оценить реальной или предельной чувствительностью приемника, коэффициентом шума или шумовой температурой.

Чувствительность приемника с небольшим усилением, на выходе которого шумы практически отсутствуют, определяется э.д.с, (или номинальной мощностью) сигнала в антенне (или ее эквиваленте), при которой обеспечивается заданное напряжение (мощность) сигнала на выходе приемника. Чувствительность приемника определяется коэффициентом его усиления Кус. Приемник должен обеспечивать усиление даже самых слабых входных сигналов до выходного уровня, необходимого для нормального функционирования устройства, однако, на входе приемника действуют помехи и шумы, которые также усиливаются в приемнике и могут ухудшать качество его функционирования. Кроме того, на выходе приемника появляются его усиленные внутренние шумы. Чем меньше внутренние шумы, тем лучше качество приемника, тем выше чувствительность приемника. частот

Реальная чувствительность приемника равна э.д.с. (или номинальной мощности) сигнала в антенне, при которой напряжение (мощность) сигнала на выходе приемника превышает напряжение (мощность) помех в заданное число раз. Предельная чувствительность приемника равна э.д.с. или номинальной мощности Рап сигнала в антенне, при которой на выходе его линейной части (т. е. на входе детектора), мощность сигнала равна мощности внутреннего шума. При задании чувствительности приемника в виде э.д.с., чувствительность приемника измеряется в микровольтах. Современные приемники мобильной связи обладают чувствительностью на уровне десятых долей микровольта. Способ задания чувствительности приемника в виде э.д.с. приводит к тому, что при различном входном сопротивлении приемника мы будем получать различное значение э.д.с. Поэтому, несмотря на то, что все современные приемники систем мобильной связи имеют входное сопротивление 50 Ом, чувствительность приемников задается в терминах мощности сигнала на входе приемника. Чувствительность определяется как отношение мощности на входе приемника к уровню мощности 1 мВт и выражается в логарифмическом масштабе в дБм.

Предельную чувствительность приемника можно также характеризовать коэффициентом шума N0, равным отношению мощности шумов, создаваемых на выходе линейной части приемника эквивалентом антенны (при комнатной температуре Tо = 290 К) и линейной частью, к мощности шумов, создаваемых только эквивалентом антенны. Очевидно,, (1) где k = 1,38 10 –23 Дж/град постоянная Больцмана; Пш шумовая полоса линейной части приемника, Гц; Рап мощность сигнала, Вт.

При построении радиоприемников со значительным отношением центральной частоты верхнего принимаемого канала к центральной частоте нижнего принимаемого канала может потребоваться разбиение принимаемого диапазона частот на несколько поддиапазонов. От этого же отношения может зависеть будут ли входные цепи перестраиваемыми или можно применить фильтры с фиксированными характеристиками. Отличие требований к АЧХ перестраиваемого фильтра и АЧХ фильтра с фиксированными параметрами показано на рисунке 1.

Известно, что фильтры с фиксированными характеристиками можно выполнить с лучшими частотными характеристиками по сравнению с перестраиваемыми фильтрами. В ряде случаев возможно применение кварцевых фильтров или фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Именно по этой причине при разработке стандартов современных систем мобильной связи, помимо дефицита частотного ресурса, был выбран достаточно узкий диапазон рабочих частот (kпр = 1.1 … 1.3).

Например, для стандарта GSM 900 диапазон частот приемника мобильного аппарата составляет 935 … 960 МГц. (В настоящее время этот диапазон расширен до 921 … 960 МГц). Для базовых станций диапазон принимаемых частот составляет 890 … 915 МГц. (876 … 915 МГц) Для стандарта GSM 1800 диапазон принимаемых частот для мобильных аппаратов составляет 1805 …1880 МГц. Для базовых станций диапазон принимаемых частот составляет 1710 … 1785 МГц. Диапазоны принимаемых частот системы связи GSM показаны на рисунке 2.

Для получения равенства мощностей сигнала и шумов необходима мощность