噪声功率计算的检测带宽

信息处理 噪音 频率 带宽
2022-02-22 01:56:13

我正在尝试计算Pnoise在实验设置中,如下所示。DUT 以预定义的频率激发,f, 有权力Pin. 总功率由射频数字化仪测量。我们可以假设生成器和样本是理想的,因此系统中只有噪声,Na1, 源自低噪声放大器 (LNA)。

巴布

现在,我知道了PNa1=kTeΔfTe可以在 LNA 规格中找到。让我困惑的是带宽的选择。

如果我们看一下探测器的射频前端;

  • 我们看到 RF 输入首先转移到 IF 频段,然后调整(我想覆盖 ADC 全范围)并在 ADC 之前过滤。
  • ADC有fsample=250MHz. 此外,该设备允许fsample低至 10 kHz。

数字化仪

鉴于这些信息,这是我的问题:

  1. 什么决定了Δf为了Pnoise计算 ?是吗fc探测器前端的 BPF ?
  2. 采样频率的作用是什么?说得对吗Δf=fs或者fs/2?
  3. 测量时间的作用是什么?如果我在 1 秒内测量并平均数据,我们可以说检测器将接受来自 1 Hz 噪声 PSD 窗口的噪声吗?
  4. (另外,)鉴于 ADC 具有fs=250MHz但可以在kHz制度,我们可以说在下采样的情况下对数据进行平均吗?
1个回答

感兴趣的噪声最终将超过信号的带宽,特别是在最终决定传输哪个符号之前完成的所有滤波 - 这通常是匹配滤波器的带宽。所以给定一个噪声密度dBm/Hz您可以将其转换为感兴趣的信噪比中的总噪声。这仅在您做出决定时才有意义,除非您正在处理在相关之前具有负 SNR 的波形,例如 GPS——在这种情况下,您需要观察每个放大器输入端的总噪声功率和ADC 以确保您不会导致饱和和削波(由于增益过多)。

例如,我们在室温下使用附加电子设备进行任何操作之前的热本底噪声为 -174 dBm/Hz(由 kT 给出)。如果我们有一个 1 MHz 的信号带宽,那么这个没有额外贡献的噪声电平将是 -174 dBm/Hz + 10Log10(1MHz) = =114 dBm(由 kTB 给出)。LNA 增加的噪声是“噪声系数”,特别是如果 LNA 以匹配负载端接(意味着在 LNA 之前没有增益),本底噪声会升高多少。如果噪声系数为 3 dB,这意味着功率增加了 2 倍,这意味着 LNA 增加的噪声与热噪声一样多。所以这意味着 LNA 自噪声,参考 LNA 输入也是 -174 dBm/Hz 如果 LNA 的增益为 10 dB,那么 LNA 输出的噪声功率将为 -174 dBm/Hz + 3dB + 10 分贝 = -161 分贝/赫兹。

在您的评论中,您讨论了对波动和“消除来自 LNA 的噪音”的担忧。这与 LNA 的噪声系数无关,但听起来像是接收器中的振荡、不稳定或互调杂散问题(或接收到的干扰信号,您可以通过断开天线并将天线输入端接至收件人)。带内 LNA 的噪声无法“去除”。LNA 噪声的唯一意义是设置接收器的灵敏度。为此,LNA 只是一个贡献(占主导地位!),但整个接收器的噪声系数将被计算为级联噪声系数计算,直到做出符号决策的所有内容 - 这包括 LNA,

我建议您执行以下操作:通过测量确定接收器的整体噪声系数,看看您是否对此有疑问。首先通过将校准(已知功率电平)测试音连接到接收器输入来测量整个接收器的增益。在整个信号带宽上扫描此音调,以确保在通带上没有明显的变化。在您的数字接收器的最新可能点测量此增益,以便您可以捕获系统中该点之前的所有效果。确保输入测试信号的功率足够低,以便通过将输入信号增加 5 dB 并确保输出增加 5 dB 来确保接收器是线性的(我会增加到不正确的点,然后回退 10 dB因为你想要尽可能强的信号)。这就是收获,G,以 dB 为单位,可以是您选择的任何 dB 单位(dBm、dBFS、dBc 等)。然后用匹配的负载端接输入,并使用相同的 dB 单位测量以 dB/Hz 为单位的噪声功率密度。这是N在下面的等式中。

然后可以使用以下方法估算以 dB 为单位的噪声系数:

NF=NG174

这只会与带宽上的增益变化一样准确,这就是为什么实际上通常使用“白”噪声源来完成,这些噪声源将测试信号均匀地分布在感兴趣的带宽上。但是,如果您按照我的建议确认了最小通带纹波,那么这是有效的方法。这个噪声系数必须高于 LNA 噪声系数,因为接收器是所有噪声系数计算的级联。一个对最大灵敏度感兴趣的精心设计的接收器会将所有额外的贡献保持在额外的 1 dB 以下,但如果低成本接收器有额外的 2 到 3 dB 的衰减,我不会感到惊讶。