Реальная чувствительность приемника. Чувствительность радиоприемника: характеристики, измерение и факторы влияния

Что такое чувствительность радиоприемника. Как измеряется чувствительность. Какие факторы влияют на чувствительность. Какой должна быть чувствительность у разных типов приемников. Как связаны чувствительность и отношение сигнал/шум.

Что такое чувствительность радиоприемника

Чувствительность радиоприемника — это один из важнейших параметров, характеризующих его способность принимать слабые сигналы. Чем выше чувствительность, тем более слабые сигналы может обрабатывать приемник.

Чувствительность определяется как минимальный уровень входного сигнала, при котором обеспечивается заданное качество приема. Для аналоговых приемников качество обычно задается отношением сигнал/шум, для цифровых — вероятностью ошибки.

Чувствительность измеряется в микровольтах (мкВ) или децибелах относительно 1 милливатта (дБм). Типичные значения чувствительности:

• Профессиональные коротковолновые приемники: 0.1-1 мкВ
• Бытовые радиовещательные приемники: 10-100 мкВ
• Сотовые телефоны: -100…-110 дБм
• Wi-Fi адаптеры: -85…-95 дБм

Факторы, влияющие на чувствительность приемника

На реальную чувствительность радиоприемника влияют следующие основные факторы:

1. Собственные шумы входных цепей и усилителей
2. Шумы антенны и внешние помехи
3. Коэффициент усиления тракта
4. Полоса пропускания
5. Тип модуляции сигнала

Чем меньше собственные шумы приемника и выше его усиление, тем лучше чувствительность. Сужение полосы пропускания также повышает чувствительность, но может привести к искажениям сигнала.

Методы измерения чувствительности

Существует несколько основных методов измерения чувствительности радиоприемников:

Метод SINAD

SINAD (Signal-to-Noise and Distortion ratio) — отношение уровня сигнала к суммарному уровню шума и искажений. Чувствительность определяется как уровень входного сигнала, при котором SINAD равно 12 дБ.

Метод коэффициента ошибок

Для цифровых приемников чувствительность часто определяют как уровень сигнала, при котором коэффициент ошибок по битам (BER) равен 10^-3.

Метод реальной чувствительности

Измеряется минимальный уровень сигнала, при котором обеспечивается требуемое качество приема в реальных условиях эксплуатации с учетом внешних шумов и помех.

Связь чувствительности и отношения сигнал/шум

Чувствительность приемника напрямую связана с отношением сигнал/шум (SNR) на его выходе. Чем выше требуемое SNR, тем хуже чувствительность.

Для аналоговых приемников обычно требуется SNR не менее 10-20 дБ для качественного приема. В цифровых системах необходимое SNR зависит от типа модуляции и кодирования:

• BPSK: 7-10 дБ
• QPSK: 10-13 дБ
• 16-QAM: 15-18 дБ
• 64-QAM: 20-25 дБ

Таким образом, для обеспечения высокой чувствительности необходимо минимизировать собственные шумы приемника.

Чувствительность различных типов приемников

Требования к чувствительности существенно различаются для разных типов радиоприемных устройств:

Профессиональные коммуникационные приемники

Имеют очень высокую чувствительность порядка 0.1-0.5 мкВ. Это достигается за счет малошумящих входных каскадов и узкополосных фильтров.

Бытовые радиовещательные приемники

Чувствительность обычно составляет 10-50 мкВ в диапазонах ДВ/СВ/КВ и 1-5 мкВ в УКВ диапазоне. Ограничена внешними шумами и помехами.

Приемники сотовой связи

Типичная чувствительность -100…-110 дБм. Ограничена собственными шумами входных каскадов и требуемым отношением сигнал/шум для цифровой модуляции.

Wi-Fi приемники

Чувствительность зависит от скорости передачи данных и составляет от -65 дБм для высоких скоростей до -90 дБм для низких скоростей.

Способы повышения чувствительности приемников

Существует несколько основных способов улучшения чувствительности радиоприемных устройств:

1. Применение малошумящих усилителей (МШУ) во входных каскадах
2. Охлаждение входных цепей, в том числе криогенное
3. Использование узкополосных фильтров
4. Применение специальных схем автоматической регулировки усиления (АРУ)
5. Использование помехоустойчивых видов модуляции и кодирования

Комплексное применение этих методов позволяет создавать сверхчувствительные приемники для специальных применений, например, в радиоастрономии.

Влияние джиттера на чувствительность цифровых приемников

В цифровых системах связи важным фактором, влияющим на чувствительность, является джиттер — нежелательные фазовые или временные отклонения передаваемых импульсов.

Джиттер приводит к следующим негативным эффектам:

• Увеличение вероятности битовых ошибок
• Сужение глазковой диаграммы сигнала
• Ухудшение синхронизации

Для количественной оценки джиттера используются такие параметры как:

• Абсолютный джиттер — максимальное отклонение фронтов от идеального положения
• Относительный джиттер — разность длительностей соседних битовых интервалов
• RMS джиттер — среднеквадратичное значение отклонений

Минимизация джиттера позволяет повысить реальную чувствительность цифровых приемников.

Особенности измерения чувствительности цифровых приемников

При измерении чувствительности современных цифровых радиоприемников возникает ряд специфических проблем:

1. Необходимость генерации тестовых сигналов сложной формы с цифровой модуляцией
2. Измерение качества приема по вероятности битовых ошибок (BER)
3. Учет влияния алгоритмов цифровой обработки сигналов в приемнике
4. Необходимость анализа сигналов в широкой полосе частот

Для решения этих задач применяются специализированные измерительные комплексы, включающие векторные генераторы сигналов, анализаторы спектра реального времени, измерители коэффициента ошибок и другое оборудование.

Заключение

Чувствительность является одним из ключевых параметров радиоприемных устройств, определяющим их способность работать в условиях слабых сигналов. Постоянное совершенствование технологий позволяет создавать все более чувствительные приемники для различных применений — от бытовой электроники до систем дальней космической связи.

1.5 Чувствительность приемника

Радиотракт приемника может быть представлен эквивалент­ным линейным четырехполюсником (рис.1.9) с коэффициентом усиления по мощности К_Р, к входу которого подключена антен­на с активным сопротивлениемR_A, являющаяся источником квазигар­монического сигнала с ЭДСE_Aи шумовой ЭДС_A в соответствии с (1.5). При этом реальный шумящий УТ до де­тектора заменен идеальным не шумящим трактом с эквивалент­ным генератором ЭДС приведенных ко входу собственных шумов

E_шпр, обусловленных внутренними шумами УП и тепловыми шу­мами омических сопротивлений. Превышение сигнала над шумом С/Ш на выходе УТ задается коэффициентом различимостиh= P_СВЫХ /P_ШВЫХ, минимально допустимое значение которогоh₀ за­висит от характера принимаемого сообщения, требуемого качест­ва приема и вида модуляции сигнала.

Рис.1.8 – Эквивалентная схема радиотракта

Реальная чувствительность приемникаопределяется при заданном отношении С/Шh₀на выходе УТ. По определениючувствительность —это мощность, при которой на выходе УТ обеспечиваются требуемые

P_СВЫХ иh₀. Реальная чувствительность ограничена внутренни­ми шумами

P_А0 = P_СВХ = P_СВЫХ /К_P = P_ШВЫХ h₀ /К_P. (1.10)

Пороговая,илипредельная, чувствительностьопределяется уровнем входного сигнала, при которомP_СВЫХ = P_ШВЫХ (h₀=1), т. е.P_А0 = P_ШВЫХ /К_P. Другое определение чувствительности РПрУ – уровень, равный половине ЭДС генератора испыта­тельных сигналов, при котором отношение С/Ш равно 12 дБ.

Реальная чувствительность выражается через коэффи­циент шума приемника Ш_пр. Полная мощность шумов на входе приемникаP_ШВХ =P_ША + P_ШПРВХскладывается из мощности шумов от согласованной антенныP_ША = E²_шA /4R_A=T_A П_Ш и мощности соб­ственных шумов приемника (его УТ), отнесенных ко входу,P_{Ш прВХ}. Последняя составляющая определяется на основании (1. 6) соотношением

P

_ШПРВХ = P_Шсоб /К_P = (Ш_пр1) P_ШПР = (Ш_пр1)kT₀П_Ш

где P_ШПР = kT₀П_Шмощность, отдаваемая эквивалентным источ­ником собственных шумов с ЭДСE_шПРна согласованный вход приемника (т]==1), находящегося при комнатной температуре (Т = Т₀). Отсюда получаем

P_ШВХ =kT_A П_Ш +kT₀ П_Ш (Ш_пр1) = kT₀ П_Ш (t_A+Ш_пр1).

Мощность шумов на выходе УТ P_ШВЫХ =kT₀ П_Ш (t_A+Ш_пр1)К_Р. Следуя (1.10), получаем соотношение

P_А0 = P_СВХ = P_СВЫХ h₀ /К_P = kT₀ П_Ш (t_A+Шпр1). (1.11)

Соотношение (1.11) удобно для оценки реальной чувствительнос­ти приемников СВЧ. На умеренно высоких частотах чувствитель­ность оценивают в единицах напряжения:

_______{______}________________________{___________}

E_A0 = 4R_A P_А0 =  kT₀ П_Шh₀ R_A (t_A + Ш_пр 1). (1.12)

Из выражений (1.11) и (1.12) можно сделать вывод о том, какие меры следует принимать для повышения реальной чувстви­тельности приемников. Прежде всего нужно снижать коэффициент шума Ш_прпутем использования на входе МШУ и глубокого охлаж­дения входных цепей и каскадов приемника с применением крио­генной техники. Коэффициент различимостиh₀может быть сни­жен за счет применения помехоустойчивых сигналов и их слож­ной последетекторной обработки с целью наилучшего извлечения информации из смеси сигнала и шума. К повышению реальной чувствительности ведет в принципе и сужение шумовой полосыП_Ш, связанной с полосой пропускания приемника, определяемой шириной спектра принимаемого сигнала. Однако сузитьП_Шбез угрозы появления искажений удается сравнительно редко, в част­ности ценой уменьшения скорости передачи информации.

Контрольные вопросы к гл.1

1. Укажите основные функции, которые должны обеспечивать РПрУ.

2. Поясните структурную схему радиоприемного устройства.

3. Приведите классификацию радиоприемных устройств.

4. Перечислите важнейшие параметры радиоприемных устройств.

5. Какие функции выполняет тракт адаптации, управления и контроля?

6. Что такое информационный тракт?

7. Поясните место РПрУ в схеме информационной радиосистемы.

8. Укажите классификационные признаки для РпрУ.

9. Поясните назначение отдельных блоков РпрУ.

10. Поясните назначение антенны.

11. Перечислите качественные основные показатели РПрУ.

12. Что такое чув­ствительность РПрУ?

13. Что такое избирательность РПрУ?

14. Чем достигается пространственная избирательность?

15. Как реа­лизуется поляризационная избирательность?

16. Как реа­лизуется временная избирательность

17. Что такое эффективная избирательность. РПрУ?

18. Что такое помехоустойчивость РПрУ?

19. Что такое электромагнитная со­вместимость РПрУ?

20. Чем обусловлены фазовые искажения РПрУ?

21. Чем обусловлены нелинейные искажения РПрУ?

22. Что такое интермодуляция?

23. Что харак­теризует динамический диапа­зон РПрУ?

24. Перечислите и поясните дина­мические характеристики РПрУ.

Что такое реальная чувствительность?

Чувствительность усилителя зависит от коэффициента усиления: она теп выше, чем коэффициент больше. Однако чувствительность радиоприемного устройства определяется не только его способностью усиливать принимаемые сигналы. Если бы такое устройство было абсолютно бесшумным, тогда действи­тельно его чувствительность определялась только способностью усиливать при­нятые радиосигналы. Отсоедините антенну от радиоприемника и установите ре­гулятор громкости на максимум: в динамической головке громкоговорителя по­явится звук, напоминающий звук сыплющегося песка или мелкой крупы. Это собственный шум радиоприемника. Он-то и ставит предел реальной чувстви­тельности радиоприемника. Ведь можно услышать только тот принятый сигнал,, громкость которого будет не меньше громкости шума. В радиовещании приня­то, что уровень громкости радиопередачи должен превышать уровень шумов-на выходе радиоприемника на 20 дБ (в 10 раз), а в диапазоне УКВ на 26 дБ (в 20 раз).

Основная причина шумов радиоприемного устройства — тепловое хаотич­ное движение электрически заряженных частиц. Резисторы, транзисторы, элек­тронные лампы, колебательные контуры, даже провода, короче говоря, весь ра­диоприемник от антенны до головки громкоговорителя создает шумы. Особен­но опасен шум антенны, входного устройства и первого усилительного каска­да, потому что он усиливается всеми остальными каскадами приемника. Созда­ют шум и индустриальные помехи, имеющие широкий диапазон частот, а по­тому попадающие в полосу пропускания приемника, сигналы мощных радио­станций, а также радиоизлучение солнца и даже Галактики. Все шумы накла­дываются на принимаемый сигнал и снижают реальную чувствительность при­емника. Поэтому чувствительность принято характеризовать наименьшим уров­нем входного сигнала, обеспечивающим на выходе УПЧ заданное соотношение­сигнал-шум. Однако в радиолюбительской практике, а также при измерений параметров радиовещательных приемников чувствительность часто характери­зуют таким наименьшим уровнем сигнала на входе приемника, при котором обеспечивается стандартная выходная мощность приемника 50 мВт при задан­ном соотношении сигнал-шум и максимальном усилении УЗЧ, т. е. учитывает­ся и шум УЗЧ.

В качестве стандартной мощности приняты 50 или 5 мВт — для приемни­ка с максимальной выходной мощностью до 150 мВт. Однако измерять непо­средственно мощность неудобно, поэтому измеряют выходное напряжение. Зная номинальное сопротивление Яном звуковой катушки громкоговорителя (оно ука­зано в технической документации на громкоговоритель), по формуле Uвых = ~~v PRkom или по графику на рис. 61 можно определить выходное напряже­ние, соответствующее мощности 50 мВт.

Рис. 61. Зависимость выходно­го напряжения от полного соп­ротивления звуковой катушки

Измеряют реальную чувствительность в экранированной камере, исключа­ющей наведение посторонних сигналов на антенный вход приемника. В люби­тельских условиях роль такой камеры в какой-то степени может играть ком­ната в современном панельном доме, стены которого пронизаны металлической арматурой. На вход радиоприемника от ГСС через согласующее устройство по­дают высокочастотный сигнал. При этом качество согласования выхода гене­ратора со входом приемника играет решающую роль. (Схемы эквивалентов ан­тенны показаны на рис. 57.) Выходное сопротивление генератора ГСС-6 (Г4-1) при использовании внешнего делителя равно внутреннему сопротивлению это­го делителя: на зажиме «10» — 80 Ом, на зажиме «1» — 8Ом, на зажиме «0,1» — 0,8 Ом. При соединении эквивалента антенны с зажимом «10» внешнего дели­теля резистор R₃ может отсутствовать; то же будет и при присоединении эквивалента антенны непосредственно к выходному гнезду генератора ГСС-6 (без­выносного делителя). При подключении эквивалента к зажиму «1» внешнего делителя сопротивление резистора R₃ должно составлять 80 — 8=72 Ом, при подключении к зажиму «0,1» 80 — 0,8 = 79,2 Ом. При измерении чувствитель­ности в УКВ диапазоне выходное сопротивление ГСС обычно равно 75 Ом, поэтому надо пользоваться эквивалентом антенны, схема которого показана на рис. 57,г (без дополнительных сопротивлений). При использовании генератора поля (см. рис. 58) рамку надо присоединять к вы­ходному гнезду генератора, а не к вынос­ному делителю. Эквивалент антенны дол­жен быть тщательно экранирован, нахо­диться непосредственно у антенного ввода радиоприемника и подключаться к нему стандартным разъемом. Экран эквивалента соединяют с зажимом «Земля» приемника проводником длиной 10 — 20 мм, а выносной делитель генератора подключают к экви­валенту короткими проводниками. Только при соблюдении таких условий можно из­мерить чувствительность приемника с до­статочной точностью.

К звуковой катушке головки громкоговорителя или ее эквиваленту под­ключают индикатор выхода, а лучше — электронный вольтметр, реагирующий на среднеквадратичное значение переменного напряжения. При измерении на­пряжения шумов, форма сигнала которых хаотична, градуировка вольтметра, реагирующего на амплитудное или средневыпрямленное напряжение, будет не­верна. Но можно обойтись и обычным вольтметром, так как погрешность из­мерения чувствительности зависит главным образом от точности определения выходного напряжения ГСС, которая редко бывает лучше 10%.

Измерения производят в трех точках диапазона: на краях и в середине. Приемник настраивают на нужную частоту, а регулятор громкости — на мак­симум (регулятор полосы пропускания УПЧ устанавливают в положение на­иболее широкой полосы; это же относится и к регуляторам тембра). В ГСС включают AM частотой 1000 Гц и глубиной 30%. Настраивают ГСС на часто­ту радиоприемника по максимальному отклонению стрелки индикатора выхода. Затем регулируют уровень выходного напряжения ГСС таким образом, чтобы индикатор выхода зафиксировал напряжение, соответствующее стандартной вы­ходной мощности. Чувствительность приемника будет равна выходному напря­жению ГСС ( в микровольтах), снятому по шкале аттенюатора.

Далее выясняют, реальная ли это чувствительность, т. е. соответствует ли она заданному соотношению сигнал-шум. Ведь индикатор выхода измеряет ре­зультирующее напряжение, складывающееся из напряжений сигнала U_e, шумов U_m и внешних помех U_п. Чтобы измерить эти составляющие, модуляцию ГСС выключают. Показания индикатора выхода при этом заметно уменьшатся и будут соответствовать значению (U²_m+U²_n)^-2, так как в это время напряжение звуковой частоты на нагрузке детектора приемника от сигнала ГСС отсутствует. Затем измеряют напряжение собственных шумов приемника, для чего за­мыкают накоротко антенный вход приемника. Теперь внешние помехи уже не попадают в приемник, и показания индикатора выхода определяются только внутренними шумами. Вычисляют отношение (U²_m+U²_u/U_m )^-2. Если оно хотя бы в 4 раза меньше требуемого отношения сигнал-шум, то действием внешней помехи U_n пренебрегают и полученное ранее значение чувствительности явля­ется реальной чувствительностью приемника. Если же это отношение более задан­ного, то это означает, что шумы приемника надо уменьшить. Для этого умень­шают усиление приемника, например, регулятором УЗЧ, замыкают антенный вход приемника и измеряют напряжение U_m внутренних шумов. Затем не из­меняя положения регулятора громкости приемника, размыкают антенный вход, включают в ГСС модуляцию и регулируют его выходное напряжение до тех пор, пока индикатор выхода приемника отметит напряжение, соответствующее стан­дартной выходной мощности 50 мВт. Определяют новое отношение U_e!U_m или выражение с учетом напряжения помех U_n— Если оно соответствует задан­ному значению, то получается значение реальной чувствительности приемника. Если оно опять хуже заданного, то снова уменьшают усиление приемника и т. д.

При измерении чувствительности УКВ радиовещательных приемников с ЧМ ТСС должен обеспечивать следующие параметры ЧМ: частота модуляции 1000 Гц, девиация частоты (полоса качания) 15 кГц.

Какой же чувствительностью должен обладать радиоприемник? Это зависит -от его назначения и класса. Приемники, предназначенные для любительской KB радиосвязи, имеют очень высокую чувствительность (около 1 — 3 мкВ). Это предельная чувствительность приемника, работающего с обычной антенной, так как слишком велики воспринимаемые ею внешние помехи. Чувствительность радиовещательных приемников высшего класса в диапазонах ДВ, СВ и KB 50 мкВ, а для более низких классов 200 — 300 мкВ. Если прием ведется на внутреннюю магнитную антенну, то чувствительность приемника должна на­ходиться в пределах 1 — 3 мВ/м. Чувствительность радиовещательных прием­ников в УКВ диапазоне составляет 10 — 30 мкВ, а у радиовещательных при­емников высшего класса даже 5 мкВ.

Отметим, что чаще всего измерения дают завышенный результат, т. е. дей—ствительная чувствительность приемника хуже, чем показывают приборы. Ос­новной источник погрешности измерений, особенно у чувствительных приемни­ков, проникновение сигнала на вход приемника помимо эквивалента антен­ны. И еще одно замечание: если измерение чувствительности дает весьма низ­кий результат, к тому же обнаружена большая неравномерность чувствитель­ности по диапазону, а предварительные измерения коэффициентов усиления от­дельных блоков приемника показали нормальную работу, то причиной низкой чувствительности супергетеродинного приемника будет скорее всего плохое со­пряжение настроек входных и гетеродинных контуров.

Дрожание сигнала и чувствительность РЧ-приемника

Традиционная частотная модуляция уже давно используется в вещательных приложениях, но современные схемы цифровой связи используют различные цифровые версии ЧМ. Параметры связи для цифровых средств связи несколько отличаются от параметров аналоговых аналогов. Может быть полезно просмотреть некоторые из этих изменений. Возможно, самым основным является чувствительность приемника связи.

В целях иллюстрации рассмотрим базовый метод цифровой ЧМ: Частотная манипуляция (ЧМн) представляет собой относительно простую цифровую модуляцию. Двоичная FSK — это форма FSK, при которой входной сигнал может иметь только два разных значения. Двоичная FSK похожа на обычную FM, за исключением того, что модулирующий сигнал варьируется между двумя дискретными уровнями напряжения (представляющими 1 и 0), а не принимает постоянно меняющееся значение, такое как синусоида.

Двоичная FSK является наиболее распространенной формой FSK. Здесь частота несущей сдвигается в соответствии с двоичным входным сигналом. Следовательно, выходной сигнал модулятора FSK представляет собой ступенчатую функцию в частотной области. Когда двоичный входной сигнал изменяется с логического 0 на логическую 1 и наоборот, выходной сигнал FSK переключается между двумя частотами.

Для обычного аналогового приемника чувствительностью приемника является самый слабый сигнал, который может принимать беспроводной приемник и который люди обычно могут различить. Чувствительность аналогового приемника обычно измеряется путем контроля уровня SINAD (отношение сигнал/шум и искажение) по мере падения мощности РЧ-сигнала. Входной уровень РЧ, приводящий к SINAD 12 дБ, обычно считается заданной чувствительностью приемника. Напротив, чувствительность цифрового приемника связана с частотой ошибок по битам. Мощность входного сигнала выражается в дБм, а битовые ошибки выражаются в виде скорости, обычно 10 ^-3 или одна ошибка на каждые 1000 бит.

К сожалению, битовые ошибки можно определить несколькими способами. Возможно, самый очевидный способ — подсчитать общее фактическое количество демодулированных импульсов за заданный интервал времени и сравнить их с общим теоретическим количеством демодулированных импульсов за тот же интервал. Этот подход не считается приемлемым, поскольку он не определяет изменения ширины импульса. По мере того, как принимаемый РЧ-сигнал становится слабее, изменения ширины импульса становятся более значительными и непостоянными.

Концепция джиттера — это способ решения таких проблем. В случае демодулированных данных от РЧ-приемника джиттер представляет собой нежелательное изменение фазы или длительности импульса в демодулированном сигнале. Джиттер — это временная ошибка или отклонение от истинной периодичности, которое должно проявляться в идеальном тактовом сигнале. С другой стороны, его можно измерить и отобразить в виде вариаций спектральной плотности.

Абсолютный джиттер — это смещение переднего или заднего фронта цикла относительно его идеального положения во времени. Джиттер периода (цикла) — это разница в продолжительности между заданным периодом тактового сигнала и средним (идеальным) периодом тактового сигнала. Джиттер от цикла к циклу — это разница в длительности соседних временных интервалов. Единичный интервал (UI) в телекоммуникациях количественно определяет дрожание по отношению к некоторой части периода передачи. Пикосекунды, градусы и радианы используются для измерения этих явлений.

Характеристика джиттера обрабатывается различными способами. Например, большинство цифровых радиостанций общественной безопасности имеют тестовый режим, обеспечивающий измерение BER и отображение нескольких тестовых шаблонов BER. Один тестовый шаблон, называемый шаблоном 1011 Гц, представляет собой почти псевдослучайную двоичную последовательность (PRBS), которая также обеспечивает вывод звукового тона. Тон указывает всем, кто слушает, что канал связи не работает, аналогично ситуации с тоном 1 кГц для тестирования SINAD аналогового приемника.

В случаях, когда нет встроенного режима тестирования BER, приемник должен выводить принятый битовый поток данных, чтобы тестовая система могла сравнить шаблон переданных данных с полученным шаблоном. Обычно чувствительность приемника определяется уровнем радиочастотного сигнала, для которого измеренный коэффициент ошибок по битам составляет 5 %.

Несмотря на то, что чувствительность цифрового приемника указывается и измеряется с помощью всего лишь одного тестового сигнала, на реальные приемники влияет широкий спектр сигналов. При тестировании и прогнозировании производительности приемника в этих реальных ситуациях основным показателем по-прежнему обычно является уровень BER 5%.

Одна из проблем при тестировании приемника заключается в том, что уровень полезного сигнала близок к уровню чувствительности приемника. Сигналы помех должны генерироваться и комбинироваться с минимальными искажениями, что может быть непросто. Другая проблема заключается в том, что цифровая модуляция очень «шумоподобна». При отображении на анализаторе спектра уровень будет меняться в зависимости от настройки ширины полосы разрешения. Следовательно, можно найти анализаторы сигналов, специально оптимизированные для подобных тестов. Одним из примеров является анализатор сигналов Anritsu MS2830A.

К сожалению, анализаторы сигналов такого калибра могут быть слишком дорогими. Другой подход, описанный Microchip, устраняет необходимость в этом приборе. Этот метод выполняет измерения чувствительности с использованием генератора радиочастотных сигналов, источника модуляции, схемы битового компаратора и частотомера. Битовый компаратор представляет собой нестандартную конструкцию, которую Microchip, кажется, собрал на рабочем столе. Он генерирует импульс, называемый F _ERROR , всякий раз, когда демодулированный сигнал, F _DEMOD , превышает окно джиттера (установлено на ± 25% по умолчанию) по отношению к опорному сигналу, F _MOD . BER вычисляется путем деления сигнала ошибки битового компаратора F _ERROR на опорный сигнал F _MOD . Кроме того, Microchip предоставила компаратору битов возможность регулировки окна джиттера от ±10% до ±55%. Источник модуляции состоял из сигнала прямоугольной формы, рабочий цикл которого поддерживался на уровне 50%, а частота варьировалась.

Манчестерское кодирование является общепринятым стандартом кодирования битов данных для недорогих радиочастотных систем с низкой скоростью передачи данных. Во многих приложениях Манчестер обеспечивает оптимальные характеристики приемника благодаря характерному среднему уровню постоянной составляющей 50 %, который присутствует в демодулированном сигнале.

Технику Microchip можно использовать для демонстрации некоторых качеств цифровых приемников. Во-первых, чувствительность приемника зависит от скорости передачи данных. В соответствии с теорией, когда скорость передачи данных снижается, чувствительность приемника повышается. Теоретически удвоение скорости передачи данных снижает чувствительность на 3 дБ.

Из тестов на чувствительность также очевидны различия между амплитудной манипуляцией (ASK) и FSK. ASK представляет цифровые данные как изменения амплитуды, а не изменения частоты несущей волны. On-Off Keying (OOK) — это особая форма ASK, при которой в передаче «ноля» отсутствует несущая. По определению чувствительность OOK на 6 дБ ниже чувствительности ASK из-за более низкого пикового значения передаваемой мощности. Однако в действительности модуляция OOK чаще всего используется при описании модуляции ASK. Сигналы с модуляцией ASK обеспечивают примерно на 7 дБ лучшую чувствительность, чем сигналы с модуляцией FSK при тех же скоростях передачи данных. Тем не менее, OOK (наиболее часто используемая форма ASK) обеспечивает незначительное улучшение чувствительности по сравнению с сигналами, модулированными FSK.

Чувствительность приемника

Чувствительность приемника

Передаваемый сигнал в конце концов достигает приемника. Там результаты зависит от чувствительности приема этого устройства, т. е. минимального мощность, необходимая для обработки поступающих кадров на заданной скорости канала. Получать Чувствительность — это заданная характеристика устройства 802.11, которая может варьироваться. по продуктам.

Сила сигнала измеряется по логарифмической шкале, выраженной в децибелы. Чем выше сигнал, тем лучше производительность беспроводная сеть. На стороне клиента Covera Zone записывает Индикатор уровня принятого сигнала или RSSI, о котором сообщает беспроводное клиентское устройство. На типичная WLAN, RSSI будет варьироваться от -20 дБм (очень близко к точке доступа) до -95 дБм (вдали от точки доступа). В следующей таблице показана чувствительность порог для типичного сетевого устройства 802.11b/g. Предполагая запас в 10 дБм для учета неизбежных колебаний RSSI в ссылочном бюджете, Текущее поколение устройств 802.11b/g может поддерживать беспроводную подключение для сигнала сильнее -84 дБм. Тем не менее, хорошее соединение требуется не менее -75 дБм.

Таблица 2. Чувствительность приемника для типичного беспроводного клиента 802.11b/g NIC

Сила сигнала (RSSI)	Скорость соединения	Теоретический диапазон свободного пространства (метры)	Теоретический диапазон свободного пространства (футы)
-94 дБм	1 Мбит/с	1543	470
-93 дБм	2 Мбит/с	1375	419
-92 дБм	5,5 Мбит/с	1226	374
-86 дБм	6 Мбит/с	614	187
-86 дБм	9 Мбит/с	614	187
-90 дБм	11 Мбит/с	974	297
-86 дБм	12 Мбит/с	614	187
-86 дБм	18 Мбит/с	614	187
-84 дБм	24 Мбит/с	488	149
-80 дБм	36 Мбит/с	308	94
-75 дБм	48 Мбит/с	173	53
-71 дБм	54 Мбит/с	109	33

Учитывая приведенную выше спецификацию чувствительности клиента, мы можем рассчитать теоретический диапазон точки доступа, сделав следующие предположения:

• точка доступа передает при EIRP = 100 мВт = 20 дБм
• распространение потерь в свободном пространстве (т.