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什么是EIS(等效全向靈敏度)?

07/05 10:20
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EIS(等效全向靈敏度)的全稱是Effective Isotropic Sensitivity,用于描述信號接收系統(tǒng)的實際接收性能。

為什么不直接用接收機(jī)的接收靈敏度,而要引入EIS呢?下面我們以一個實際的信號收發(fā)系統(tǒng)模型為例來解釋。

信號從發(fā)射機(jī)出來,經(jīng)過射頻線纜會經(jīng)歷損耗,到達(dá)發(fā)射天線會把信號定向集中形成增益,然后經(jīng)過自由空間傳播損耗到達(dá)接收天線,接收天線又有接收增益,再由經(jīng)歷射頻線纜經(jīng)歷損耗傳遞至接收機(jī)。如果到達(dá)接收機(jī)的信號強(qiáng)度大于接收機(jī)的靈敏度,信號將被成功接收到。

但是,這個計算過程過于復(fù)雜,可以把一些相對穩(wěn)定的變量封裝起來簡化計算。我們把發(fā)射機(jī)、發(fā)射端線纜以及發(fā)射天線的綜合性能封裝起來,形成了EIRP(等效通向輻射功率)這個指標(biāo)。類似地,我們再把接收天線天線、接收端線纜以及接收機(jī)的綜合性能封裝起來,就形成了EIS等效全向靈敏度這個指標(biāo)。

這樣下來,上面的算法就成了:

EIRP - 自由空間傳播損耗 ≥?EIS

這個計算公式就簡單多了,我們用EIRP減去傳播路損,如果得到的值大于EIS,那么信號就可以被成功接收。

一般來說,天線的發(fā)射和接收的角度比較寬,EIRP和EIS僅適用于單個傳播方向,如果沒有指定,那么這是可能的“最佳”方向,也就是發(fā)射天線能量最集中的方向以及接收天線增益最高的方向。

EIS還屏蔽了接收系統(tǒng)的一些細(xì)節(jié)。例如,接收機(jī)會產(chǎn)生一定量的噪聲,這些噪聲將被其自身的天線接收,從而抬升底噪并降低靈敏度?;蛘?,接收機(jī)模塊或饋電布置的存在可能會無意中改變天線的輻射方向圖。

也就是說,接收機(jī)靈敏度和天線增益只是理想化的數(shù)字,而EIS則表示了它們組合在一起的實際性能,這個性能往往比理論值要低。

5G階段,Massive MIMO 成為主流,這需要幾百甚至上千的天線振子來實現(xiàn)。但是,每個天線元件和射頻收發(fā)信機(jī)之間都采用電纜連接是不切實際的,對于毫米波來說尤為如此。因此,把天線和射頻收發(fā)信機(jī)組合成一個單元的 AAU(有源天線單元)成為了主流方案。

隨著AAU的引入,天線和收發(fā)信機(jī)緊密耦合,使用傳統(tǒng)的發(fā)射功率和接收靈敏度已不再適用,而更傾向于采用EIRP和EIS這兩個指標(biāo)。比如,在3GPP TS38.104中定義了基站類型1-O和2-O,它的發(fā)射和接收性能都是通過OTA(Over The Air)的形式測試的,測得的指標(biāo)就是EIRP和EIS。

1-O 要求適用于在 FR1 (Sub-6GHz)上運(yùn)行的基站,2-O 要求適用于在 FR2 (mmWave)上運(yùn)行的基站。?1-O 和 2-O 都屬于OTA類型的基站,要求適用于輻射接口邊界的遠(yuǎn)場。

基站類型1-O/2-O

為了測量EIS,需要在暗室設(shè)置一個信號源來產(chǎn)生已知信號。信號強(qiáng)度是在被測設(shè)備所在的位置測量的,然后計算出理想各向同性接收機(jī)接收的功率以及系統(tǒng)誤碼率。

如果誤碼率高于指定閾值,則發(fā)射功率將遞增,直到誤碼率降至閾值以下。也就是說,EIS是誤碼率高于閾值的最小功率。

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