GNSS技术干货(37):噪声系数与C/N0

文摘   2024-08-23 11:53   北京  





上期我们主要为大家介绍了噪声系数的含义,以及噪声系数与灵敏度的关系,这期我们接着介绍噪声系数与C/N0的关系





















1. C/N0






C/N0的正式说法为载波-噪声功率谱密度比(Carrier-to-Noise-Density Ratio),定义为接收信号载波功率(Carrier Power)除以噪声功率谱密度(Noise Density),是可以直观反映射频链路好坏的一个参数。接收机一般是依据C/N0来判断卫星信号的高低的,C/N0越高信号越好。


完整地描述信号的清晰程度或者质量好坏,不能只用信号接收功率的强弱,我们还需要知道信号相对于噪声的强弱,通常用信噪比(SNR)来衡
    信噪比公式:SNR=Ps/N
Ps为信号功率(Signal Power);

N为噪声功率。


噪声源(例如热噪声)产生的功率与系统带宽和温度成正比。
    噪声功率公式:N=KTB
K为玻尔兹曼Boltzmann常数,K=1.380649×10^-23 ,单位为J/K

T为绝对温度,单位为开尔文K

B为噪声带宽,单位为Hz。


由于噪声功率N还与噪声带宽B的大小有关,故给定一个信噪比值,都要相应地指出其所采用的噪声带宽值,应用起来不便。而载波噪声比C/N0与接收机所采用的噪声带宽无关,因此使用起来非常方便。
    载波-噪声功率谱密度比公式:C/N0=Ps/N0
N0=K*T,单位为W/Hz,热噪声通常在290 K时计算,因此可以算得热噪声功率谱密度N0=1.380649×10^-23×290=4.0038821×10^-21W/Hz=-204dBW/Hz=-174dBm/Hz。

C/N0单位为 dB·Hz,指单位带宽的信噪比,即1Hz带宽的信噪比。


因而我们很容易就得到:
    SNRC/N0之间的关系C/N0=SNR*B


或者用另外一个简单点的对数表示方式:
    SNRC/N0之间的关系(dB)C/N0 = SNR+BW


由上文已知一般室温N0的典型值为-174dBm/Hz,则GPS载波L1-130dBmC/A 码标称接收功率的典型为:C/N0=-130dBm/-174dBm/Hz=44dB·Hz


室外GPS信号的C/N0一般在35~55dB·Hz,大于40dB·Hz就可以看作强信号。




2. 噪声系数与C/N0






以上都是在不考虑接收机性能的理想情况下用户能得到的C/N0的值。实际上C/N0值还取决于用户使用的接收机的性能。
    载波-噪声功率谱密度比公式:C/N0=Ps+G-N0-NF
Ps是接收机处的GPS信号功率;

G 是接收机天线增益;

N0是上文提到的噪声功率谱密度;

NF是接收机噪声系数。


对于任一GPS接收机,从其天传导输入-130dBm的信号,将天线增益算作0dBi,假设系统的噪声系数NF=4dB,带入上式:

C/N0=-130+0-(-174)-4=40dB·Hz


由此可见,通过C/N0也可反过来推算接收机实际收到的卫星信号的大小。

关于噪声系数的内容就介绍到这里,感谢大家关注!


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