浅谈接收设备灵敏度

2024年2月21日发(作者：幼儿教学课程)

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浅谈接收设备灵敏度

灵敏度介绍及计算

接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力，我们经常谈及的某产品或者某设备的灵敏度，其实是最大可用灵敏度，即指保证接收设备正常工作所需输出信号电平或信噪比。

信噪比（S/N）是电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。信噪比的计量单位是dB，

计算公式如下：

S/N=10lg(PS/PN)= 20Lg(VS/VN)

Ps: 信号的有效功率

Pn:噪声的有效功率

Vs:信号电压的“有效值”

Vn:噪声电压的“有效值”

设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高。

信噪比是接收设备的关键指标，也是计算灵敏度的直接参数。灵敏度的计算公式如下，

单位是dBm。

Si = -173.93 dBm + 10lgBW + NFSYS + (S/N)

BW:信号带宽（Hz）

NFSYS:收信机噪声系数

S/N:信噪比

从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使Si小，可以从以下方面着手，

a) 降低系统噪声系数，

b) 提高信噪比

c) 减小信号的带宽

SX1278灵敏度的分析

我们为了计算其灵敏度，只需要测量信噪比和噪声系数即可。在SX1278的数据手册中我们查询到了以下的数据。

不同扩频因子SF下，信道的信噪比：

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不同链路增益下的噪声系数

由此我们可以计算出不同带宽的灵敏度：

BW=125K参考值：

计算值:

RFS_L125_HF

RFnsitivity, Long-Range

Mode, highest LNA gain,

SF=6

SF=7

SF=8

-123

-125

-128

-130

-133

-135

-138

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

Band1, 125kHz bandwidth

SF=9

SF=10

SF=11

SF=12

BW=250K参考值：

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计算值:

RFS_L250_HF

RFnsitivity, Long-Range Mode, highest

LNA gain, Band1,

250 kHz bandwidth

SF=6

SF=7

SF=8

SF=9

SF=10

SF=11

SF=12

LORA接收模式下的灵敏度同样适用于灵敏度Si的计算公式。

-120

-122

-125

-127

-130

-132

-135

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

dBm

灵敏度与无线通信距离的关系

这里简单介绍一下传输距离跟频率的关系，自由空间损耗描述了电磁波在空气中传播时候的能量损耗，由以下公式计算：

Los = 20lg(F) + 20lg(D) + 32.4

F：频率，单位：MHz；

D：距离，单位：Km；

根据前面的自由空间损耗计算公式，频率越高，自由空间损耗越大。

但是许多人根据这个结论，认为在相同的距离下，频率越高，功率损耗越大，这种概念是错误的，因为自由空间的能量损耗是能量扩散损耗，与频率无关。而自由空间损耗之所以与频率有关是为了简化计算，因为接收天线的增益是与频率有关的。当然，功率损耗与频率还是有关系的，这主要是与大气环境有关，如空气质量，雨水等

由此简单介绍一下，灵敏度和无线传输距离的关系。

影响的主要因素：

a) 发射功率

c) 发射天线增益

e) 自由空间损耗

b) 接收天线增益

d) 接收机灵敏度

这里我们只简单介绍一下接收灵敏度对传输距离的关系。

我们用SX1278的预设参数来分析，

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发射功率TP

1278预设配置

灵敏度Si

10dBm

F:433MHz，BW：125KHz，SF=8

-126dBm

4

Los = TP – Si = 138

Los = 32.44 + 20lgd(Km) + 20lg f(433) = 85.13 + 20lgd(Km)

自由空间损耗：35dB（大气衰减: 35dB(根据目前市场上的模块实际传输距离算出的)）

馈线的损耗：约为8dB~10dB。

空间+馈线损耗：45dB左右。

D（Km）

1

1.2

1.5

2

2.4

3

4

Los +其他损耗（dB）

85.13 +45

86.71 +45

88.65 +45

91.15 +45

92.73 +45

94.67 +45

97.17 +45

灵敏度Si（dBm）

-120.13

-121.71

-123.65

-126.15

-127.73

-129.67

-132.17

由上图可以看出我们用的1278模块，在天线阻抗匹配一致的情况下，传输距离可以达到2Km。

同时我们可以发现：

a) 空间损耗直接影响到灵敏度。也就是说在接收设备的前段设计的插损，也直接反映在灵敏度上（前段滤波器使用低插损的LC滤波器、天线的阻抗匹配一致）。

b) 空间损耗6dB,传输距离减小一半。