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GNSS技術(shù)干貨:噪聲系數(shù)與C/N0--云帆興燁

發(fā)表日期:2024/08/23 瀏覽次數(shù):





1. C/N0






C/N0的正式說法為載波-噪聲功率譜密度比(Carrier-to-Noise-Density Ratio),定義為接收信號載波功率(Carrier Power)除以噪聲功率譜密度(Noise Density),是可以直觀反映射頻鏈路好壞的一個參數(shù)。接收機(jī)一般是依據(jù)C/N0來判斷衛(wèi)星信號的高低的,C/N0越高信號越好。


完整地描述信號的清晰程度或者質(zhì)量好壞,不能只用信號接收功率的強(qiáng)弱,我們還需要知道信號相對于噪聲的強(qiáng)弱,通常用信噪比(SNR)來衡量。

信噪比公式:SNR=Ps/N

Ps為信號功率(Signal Power);

N為噪聲功率。


噪聲源(例如熱噪聲)產(chǎn)生的功率與系統(tǒng)帶寬和溫度成正比。

噪聲功率公式:N=KTB

K為玻爾茲曼Boltzmann常數(shù),K=1.380649×10^-23 ,單位為J/K ;

T為絕對溫度,單位為開爾文K;

B為噪聲帶寬,單位為Hz。


由于噪聲功率N還與噪聲帶寬B的大小有關(guān),故給定一個信噪比值,都要相應(yīng)地指出其所采用的噪聲帶寬值,應(yīng)用起來不便。而載波噪聲比C/N0與接收機(jī)所采用的噪聲帶寬無關(guān),因此使用起來非常方便。

載波-噪聲功率譜密度比公式:C/N0=Ps/N0

N0=K*T,單位為W/Hz,熱噪聲通常在290 K時計算,因此可以算得熱噪聲功率譜密度N0=1.380649×10^-23×290=4.0038821×10^-21W/Hz=-204dBW/Hz=-174dBm/Hz。

C/N0單位為 dB·Hz,指單位帶寬的信噪比,即1Hz帶寬的信噪比。


因而我們很容易就得到:

SNR和C/N0之間的關(guān)系C/N0=SNR*B
或者用另外一個簡單點(diǎn)的對數(shù)表示方式:
SNR和C/N0之間的關(guān)系(dB)C/N0 = SNR+BW

由上文已知一般室溫N0的典型值為-174dBm/Hz,則GPS載波L1上-130dBm的C/A 碼標(biāo)稱接收功率的典型值為:C/N0=-130dBm/-174dBm/Hz=44dB·Hz


室外GPS信號的C/N0一般在35~55dB·Hz,大于40dB·Hz就可以看作強(qiáng)信號。




2. 噪聲系數(shù)與C/N0






以上都是在不考慮接收機(jī)性能的理想情況下用戶能得到的C/N0的值。實(shí)際上C/N0值還取決于用戶使用的接收機(jī)的性能。

載波-噪聲功率譜密度比公式:C/N0=Ps+G-N0-NF

Ps是接收機(jī)處的GPS信號功率;

G 是接收機(jī)天線增益;

N0是上文提到的噪聲功率譜密度;

NF是接收機(jī)噪聲系數(shù)。


對于任一GPS接收機(jī),從其天傳導(dǎo)輸入-130dBm的信號,將天線增益算作0dBi,假設(shè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)NF=4dB,帶入上式:

C/N0=-130+0-(-174)-4=40dB·Hz


由此可見,通過C/N0也可反過來推算接收機(jī)實(shí)際收到的衛(wèi)星信號的大小。

關(guān)于噪聲系數(shù)的內(nèi)容就介紹到這里,感謝大家關(guān)注!


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