C/N0是當之無愧的GPS研發測試中頂流般的存在，最直觀的感受就是用來指示當前接收到的GPS 信號強度，還可以用來分析、處理和理解射頻信號。


GPS衛星信號功率

GPS官方文件ICD-GPS-200C (1993)  其中提到，當衛星仰角大于5度，在地球表面附近的接收機右旋圓極化天線為0 dBi增益（或線性極化天線為3 dBi增益）時，衛星發射的L1 C/A信號到達接收機天線輸出端的最小功率電平為Ps = -160dBW= -130dBm， P(Y)為軍用加密信號-163dBW功率低于C/A民用信號3dB。



噪聲功率N(Noise)


GPS接收機天線和電路中帶電粒子熱運動形成熱噪聲，熱噪聲的功率是溫度和噪聲帶寬的函數。


式子中k為玻爾茲曼常數，T為開爾文絕對溫度單位K， B為信號帶寬單位是Hz。為了方便計算我們把室溫取16.85℃使得T=290°K，在1Hz帶寬情況下我們計算噪聲功率為


由于噪聲功率N與噪聲的帶寬B取值大小有關，每次給定噪聲功率都要定義噪聲帶寬非常不變，于是我們常用功率譜密度（Power Spectral Density）單位為dBm/Hz來描述不同帶寬噪聲非常方便：

這就是關鍵的本底噪聲-174dBm/Hz的由來。同時要注意從這里開始噪聲功率譜密度N0單位是dBm/Hz，與噪聲功率N單位dBm或dBW已經有了區分。

GPS L1 C/A 信號以2MHz帶寬來計算對應熱噪聲功率為-111dBm，可以看到GPS信號的-130dBm是低于熱噪聲的，也就是說有用信號遠低于熱噪聲，GPS有用信號是淹沒在噪聲之下的。

信噪比SNR

GPS接收機收到的信號強弱不能完整地反映出信號質量的優劣，于是我們常用信噪比SNR(Signal to noise ratio)來衡量信號的質量。

定義為信號功率 Ps與噪聲信號功率N比率，單位是dB即

GPS信號在-130dBm時的信噪比是負數-19dB, 與前面所說的相符合，這種有用信號遠低于噪聲的情況放在其他常見無線通信系統內屬于無解，但是GPS采用了特殊的DSSS直接序列擴頻技術（Direct Sequence Spread Spectrum）進行調制，使得接收機可以大海撈針般從紛繁復雜的噪聲汪洋里提取針對性地有用的信號來工作，感興趣的同學可以翻看之前發的文章。

• 信噪比SNR與帶寬相關，所以對比不同信號的SNR時前提是要使用相同的帶寬

  
  

• 信噪比還取決于接收機算法和處理階段，所以對比SNR時要指定帶寬和處理階段

  
  

• 信噪比可以用于比較GNSS軟件接收機中的采集和跟蹤算法

  
  

• 信噪比是測量噪聲強度的指標

C/N0載噪比

C/N0正式完整英文是Carrier to Noise density ratio, 嚴格來說應該叫載波-噪聲功率譜密度比率，單位是dB-Hz。

而常見的載噪比C/N是指的載波功率和噪聲功率比率，單位量綱是dB，兩者有明顯的不同。

將信號帶寬B取2MHz帶入上述公式后即可算出44dB-Hz。這里就可以看到無線射頻領域無處不見的分貝dB計算的重要性，如果感覺計算吃力依舊可以翻閱我們之前的文章補補課。

C/N0是接收載波功率與每單位帶寬噪聲功率的比值 C/N0 is the ratio between a carrier power and the power of noise per unit bandwidth，是反映信號質量和性能的關鍵指標：   

信號質量評估：通過C/N0我們能很直觀的測量接收到信號的質量，較高的C/N0意味著當前收到的有用信號相對于背景噪聲非常清晰有效，這對于精確定位和授時至關重要。

系統性能評估：C/N0與接收機的帶寬無關，可以用于不同接收機之間對比。C/N0表示了被跟蹤的信號強度以及接收機前端的噪聲密度。提供的信號質量指示還獨立于不同接收機使用的采集和跟蹤算法。工程師可以利用思博倫Spirent衛星導航模擬器GSS7000，模擬包括導航星座和用戶載體，衛星功率在內的導航系統要素以及各種導航誤差源，評估和優化 GNSS 接收機在各種條件下的性能。這使得研發過程實時進行硬件或軟件調整變得高效便捷，從而縮短了研發周期，增強了系統的可靠性。

故障排除工具：C/N0 的波動可能預示著衛星傳輸或接收端天線，射頻硬件等存在諸如信號阻塞，遮擋，干擾等潛在問題。及時識別并糾正這些異常可確保接收機的持續穩定工作。

如果你細心觀察C/N0的英文就能發現玄機，完全可以看透直達本質。直接按照定義通過噪聲功率譜密度來計算。對于GPS接收機在收到載波信號功率為-130dBm時，在室溫290K的底噪情況下計算C/N0= 44dB-Hz

使用C/N0 (dB-Hz)與接收機所采用的帶寬無關，這樣就非常方便的在不同的接收機甚至軟件接收機，不同信號帶寬之間進行性能對比。  

總結

在本篇文章中我們詳細介紹接收衛星功率，噪聲，信噪比SNR和C/N0的定義，了解它們之間的差異，并按照遞進的關系一步步推導出最后的C/N0。每個參數都有其重要的意義，在分析信號中過程使用這些不同的參數以不同的目的和背景才能全面的分析信號以及接收機的各項指標性能。

最后我們這里討論計算的是信號功率，實際是指的載波Carrier信號功率，作為GPS接收機來說同樣重要的是載波相位，以及調制在載波上的偽碼和導航電文，而這些體現為信息而非功率能量。