靈敏度是衡量GPS接收機(jī)能力的最重要的測(cè)試之一。實(shí)際上，許多消費(fèi)級(jí)的GPS接收機(jī)，通常最終接收機(jī)產(chǎn)品測(cè)試中只執(zhí)行RF測(cè)試。在高的標(biāo)準(zhǔn)下，靈敏度測(cè)試定義了最低衛(wèi)星功率等級(jí)，以使接收機(jī)仍然能夠跟蹤和定位在頭上的衛(wèi)星。有人可能會(huì)認(rèn)為，GPS接收機(jī)需要通過(guò)幾層低噪音放大器獲得很高的增益以放大信號(hào)來(lái)達(dá)到適當(dāng)?shù)墓β实燃?jí)。非常不幸，用低噪音放大器增加信號(hào)功率，同時(shí)也會(huì)降低信噪比。這樣，當(dāng)GPS信號(hào)的RF功率等級(jí)降低了，信噪比也會(huì)降低，最終接收機(jī)不能追蹤到衛(wèi)星。

所謂GPS接收機(jī)的靈敏度，是指GPS接收機(jī)可以正常工作所需要的輸入最小信號(hào)強(qiáng)度，一般用dBm表示。根據(jù)GPS接收機(jī)的不同工作狀態(tài)，靈敏度又分為冷啟動(dòng)靈敏度、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度等。就像名稱(chēng)所述，捕獲靈敏度代表接收機(jī)完成位置定位的最低功率等級(jí)。跟蹤靈敏度是接收機(jī)能夠追蹤一個(gè)衛(wèi)星的最低功率等級(jí)。

在本文中，我們針對(duì)跟蹤靈敏度的測(cè)量提出了有別于傳統(tǒng)傳導(dǎo)式的空間測(cè)量方法。
首先，我們會(huì)從GPS接收機(jī)的通常結(jié)構(gòu)討論展開(kāi)空間測(cè)量方法的必要性。在通常的設(shè)計(jì)中，GPS接收機(jī)具有以下流水結(jié)構(gòu)：

圖一

如圖一所示，最前端是一個(gè)含有LNA的有源接收天線(xiàn)，其次是射頻前端包含了一個(gè)LNA和一個(gè)帶通濾波器，最后是一個(gè)GPS芯片。

可以看出，接收機(jī)的靈敏度受到兩個(gè)方面的影響：1）GPS整個(gè)射頻通道的性能，包括天線(xiàn)增益、通道增益、通道噪聲系數(shù)等；2）GPS基帶算法性能。另外，靈敏度還受到A/D量化損失等因素的影響。

業(yè)界所標(biāo)稱(chēng)的接收芯片靈敏度都是指基帶算法的性能，該性能是指基帶算法對(duì)輸入載噪比（C/N0，單位為dBHz）的要求，但業(yè)界對(duì)GPS接收芯片的靈敏度性能表述一般用dBm為單位。在不考慮射頻通道任何損失的情況下，載噪比（C/N0）和輸入信號(hào)強(qiáng)度（S）之間的關(guān)系為：

C/N0=S-（-174） e1

在考慮射頻通道的情況下，系統(tǒng)靈敏度Sensitivitymin（dBm）與載噪比C/Nmin及噪聲因子Freciever的關(guān)系為：

Sensitivitymin=-174dBm/Hz+C/Nmin+Freciever e2

其中

例如，標(biāo)稱(chēng)跟蹤靈敏度為-159dBm的芯片，實(shí)際上是指其基帶部分所需要的輸入最小載噪比為-159+174=15(dBHz)。如果射頻通路設(shè)計(jì)不佳，則整個(gè)接收機(jī)的實(shí)際跟蹤靈敏度比-159dBm要差。

所以說(shuō)，從上面的分析可以看出廠(chǎng)商所標(biāo)稱(chēng)的跟蹤靈敏度，以及用射頻傳導(dǎo)方法測(cè)量所得的跟蹤靈敏度在實(shí)際上會(huì)有相當(dāng)?shù)牟顒e。

而從圖一及e3 我們可以發(fā)現(xiàn)，在射頻傳導(dǎo)方式下，第一個(gè)有源天線(xiàn)將會(huì)被忽略，而在整個(gè)射頻通道中，對(duì)系統(tǒng)噪聲因子影響最大卻是這個(gè)包含LNA的有源天線(xiàn)。同樣，他對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的跟蹤靈敏度有著重要的影響。

例如，如圖一所示的GPS接收機(jī)部件有如下（表一）增益及噪聲系數(shù)，

表一

在考慮有源天線(xiàn)及其LNA的情況下，根據(jù)公式e3我們可得：

而在不考慮有源天線(xiàn)及其LNA的情況下，根據(jù)公式e3我們可得：

雖然e6是業(yè)界進(jìn)行GPS跟蹤靈敏度計(jì)算的經(jīng)典的理論算法，如果只用載噪比衡量追蹤靈敏度，自然NF對(duì)其影響不大，但是如果考慮到整個(gè)射頻通道的設(shè)計(jì)的情況下，從e5和e6我們可以看出考慮及不考慮有源天線(xiàn)所帶來(lái)的影響。這個(gè)影響將直接通過(guò)式e2反應(yīng)出來(lái)。

所以說(shuō)，對(duì)整個(gè)接收機(jī)進(jìn)行空間方式的靈敏度測(cè)量更為直觀及準(zhǔn)確，這也是本文的出發(fā)點(diǎn)所在。
下期將對(duì)測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析及討論。