Что показывает отношение сигнал шум

Отношение сигнал/шум, ОСШ

– заметки или учебник раскрывающие суть отношения сигнал/шум, ОСШ, измерения отношения сигнал/шум, и формулы отношения сигнал/шум.

Шумовые характеристики а, следовательно, и отношение сигнал/шум – это ключевые параметры для любого радиоприемника. Отношение сигнал/шум, или ОСШ, как его часто называют – это характеристика чувствительности приемника. Это имеет первостепенную важность для всех приложений, от простых радиопередающих устройств, до тех, которые используются в сотовой или беспроводной связи, а также в фиксированной или подвижной радиотелефонной связи, двусторонней радиосвязи, систем спутниковой связи и многих других.

Существует ряд способов, при которых шумовая характеристика, и, следовательно, чувствительность радиоприемника могут быть измерены. Наиболее очевидным методом является сравнение сигнала и шума для известного уровня сигнала, т. е. отношение сигнал/шум (С/Ш) или ОСШ. Очевидно, что чем больше разница между сигналом и нежелательным шумом, т. е. чем больше соотношение С/Ш или ОСШ, тем лучше чувствительность радиоприемного устройства.

Как и в случае измерения любой чувствительности, производительность радиоприемника в целом определяется производительностью последнего каскада УРЧ. Любые шумы, которые поступили на вход первого каскада УРЧ, будут суммироваться с сигналом и усиливаться в последующих усилительных каскадах приемника. В случае, когда шумы, поступившие в первые каскады УРЧ, будут в наибольшей степени усиливаться, этот УРЧ станет наиболее критичным, с точки зрения чувствительности приемника, по производительности. Таким образом, первый усилитель любого радиоприемника должен быть малошумящим.

Концепция отношение сигнал/шум ОСШ.

Хотя существует множество способов измерения чувствительности радиоприемника, отношение C/Ш или ОСШ является одним из самых простых и применяется во множестве приложений. Однако оно имеет ряд ограничений и, несмотря на то, что оно широко используется, другие методы, в том числе коэффициент шума, также часто используются. Тем не менее, отношение С/Ш или ОСШ является важным показателем и широко используемой мерой чувствительности приемника.

Отношение сигнал/шум для радиоприемника

Разница обычно определяется как отношение сигнала к шуму (С/Ш) и, как правило, выражается в децибелах. Так как уровень входного сигнала, очевидно, имеет влияние на это отношение, уровень входного сигнала должен быть известен. Он обычно выражается в микровольт. Как правило, определенный уровень входного сигнала, необходимый, чтобы величина отношения сигнал/шум составляла 10 дБ, задан.

Формула отношения сигнал/шум

Отношение сигнал/шум – это отношение между полезным сигналом и нежелательным мешающим шумом.

Более привычно видеть отношение сигнал/шум, выраженное в логарифмических единицах с использованием децибел:

Если все составляющие выразить в децибелах, то формула может быть упрощена до:

Значение мощности может быть выражено в таких уровнях, как дБм (децибел относительно милливатта или каких-то других величин, уровни которых можно сравнить).

Влияние ширины полосы пропускания на ОСШ

Ряд других факторов, помимо основных показателей, могут повлиять на отношение сигнал/шум, ОСШ. Первый фактор – это реальная пропускная способность приемника. Поскольку шум распространяется во всем диапазоне частот, то обнаружили, что чем шире полоса пропускания приемника, тем выше уровень шума. Соответственно полоса пропускания приемника должна быть определена.

Кроме того, установлено, что использование амплитудной модуляции влияет на уровень модуляции. Чем выше уровень модуляции, тем выше аудиосигнал на выходе приемника. При измерении уровня шума измеряется и выходной аудиосигнал приемника и, соответственно, уровень модуляции AM на него влияет. Обычно коэффициент модуляции, соответствующий 30 %, выбран для этого измерения.

Спецификация отношения сигнал/шум

Данный метод измерения эффективности, наиболее часто используется для ВЧ приемников. Как правило, можно ожидать фигуру отношение С/Ш в районе 0,5 мкВ на 10 дБ полосой частот в 3 кГц с ОБП или Морзе. Для АМ можно ожидать отношение С/Ш в 1,5 мкВ на 10 дБ и полосой частот в 6 кГц при уровне модуляции (АМ) 30 %.

На что следует обратить внимание при измерении отношения сигнал/шум

ОСШ – это очень удобный способ количественной оценки чувствительности приемника, но существуют некоторые моменты, которые следует учитывать при интерпретации и измерения отношения сигнал/шум. При исследовании этого необходимо обратить внимание на способ измерения отношения сигнал/шум, ОСШ. Откалиброванный генератор ВЧ сигналов используется в качестве источника сигнала для приемника. Он должен иметь точный метод настройки выходного уровня до очень низких уровней сигнала. Затем на выходе приемника универсальным вольтметром переменного тока, измеряется уровень выходного сигнала.

С/Ш и (С+Ш)/Ш. При измерении отношения сигнал/шум имеются две основные величины измерения. Одна – это уровень шума, а другая – уровень сигнала. Как результат способа, с помощью которого сделаны измерения, часто измерение полезного сигнала также включает в себя шум, т. е. это измерение сигнал + шум. Это, как правило, не является слишком большой проблемой, так как уровень сигнала, как и предполагалось, будет намного выше, чем уровень шума. В связи с этим некоторые производители приемников будут указывать несколько иное отношение: а именно сигнала и шума к шуму (С+Ш)/Ш. На практике разница не большая, но отношение (С+Ш)/Ш является более корректным.

РП и ЭДС. Иногда в спецификации генератора сигналов упоминается, что это либо генератор разности напряжений, либо генератор ЭДС. На самом деле это очень важно, потому что существует коэффициент, равный 2 : 1 между двумя уровнями. Например, 1 мкВ ЭДС и 0,5 мкВ РП одинаковы. ЭДС (электродвижущая сила) – это напряжение холостого хода генератора, в то время как РП (разность потенциалов) измеряется при нагруженности генератора. Результат способа работы схемы генератора предполагает, что приложена действительная нагрузка (50 Ом). Если нагрузка не равна этому значению, то возникнет ошибка. Несмотря на это, большая часть оборудования будет принимать значения в PП, если не указано иное.

Хотя существует много параметров, которые используются для указания характеристики чувствительности радиоприемников, отношение сигнал/шум является одним из основных и легко понимаемых. Поэтому широко используется для различных радиоприемников, используемых в приложениях, начиная от радиоприема до фиксированной или подвижной радиосвязи.

Источник

Соотношение сигнал к шуму — Белый Гауссовский Шум

Наряду с радиоволнами, несущими полезную информацию, на приемное устройство РТС воздействуют и помехи различной природы.

Какие шумы могут возникать в канале связи (КС)

Модель канала связи с шумами

Все шумы и помехи должны сложить с сигналом. Зачастую модель КС это именно аддитивная модель.

Аддитивная, значит шумы складываются с полезным сигналом. В качестве базовой модели КС используют канал с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ).

Свойства АБГШ

Есть ось частот и спектр шума равномерен, на всех частотах одинаков и бесконечен, как в «+» так и в «-» по частоте, если мы говорим о комплексных сигналах. Либо он идет от 0, если мы говорим о реальных сигналах.

ВОПРОС. Почему в качестве базовой модели КС используется именно модель с АБГШ?

Это все вытекает из центральной предельной теоремы. Берем множество случайных сигналов, у этих сигналов есть плотности вероятности, абсолютно произвольные. Если мы сложим в эфире множество сигналов, то в итоге придем к тому, что сумма всех сигналов, будет Гауссовской.

Для примера, на картинке выше представлены прямоугольные плотности вероятности. Где n=1, это плотность вероятности для одного сигнала. Дальше взяли 2 сигнала с равномерной плотностью вероятности, сложили эти два сигнала и общая плотность вероятности уже будет треугольная. Взяли 3 сигнала, сложили, и плотность вероятности уже напоминает колокольчик. Для 5 сигналов, видим, что мы практически приблизились к Гауссовской функции. Если мы возьмем бесконечное количество таких сигналов, о получим гауссовское распределение. Нам не важно, какая плотность вероятности была, но когда мы сложим эти сигналы, в итоге придем к Гауссовскому сигналу.

Понятие отношение «сигнал/шум»

На вход приемника приходит смесь сигнала и шума. Чтобы качественно оценить на сколько много шума и сигнала пришло, пользуются отношением сигнал шум.

Есть отношение сигнал шум по мощности, когда средняя мощность сигнала делится на среднюю мощность шума, который попал в полосу приемника.

Когда говорят об отношении сигнал шум по мощности, то нужно подразумевать, о какой полосе идет речь. Если не говорят о конкретной полосе, т.е. сигнал шум в такой то полосе, то подразумевается, что полоса приемного фильтра совпадает с шириной спектра сигнала.

Источник

Отношение сигнал/шум

где P — средняя мощность, а A — среднеквадратичное значение амплитуды. Оба сигнала измеряются в полосе пропускания системы.

Обычно отношение сигнал/шум выражается в децибелах (дБ). Чем больше это отношение, тем меньше шум влияет на характеристики системы.

Содержание

Основные причины низких шумовых характеристик

Основные причины высокого уровня шума в сигнальных системах:

Методы улучшения характеристик

Чаще всего улучшения шумовых характеристик системы можно добиться правильным согласованием входов и выходов её составных частей. Тогда паразитная ЭДС помехи, включённая последовательно с высоким внутренним сопротивлением источника шума будет подавлена.

Если спектр полезного сигнала отличается от спектра шума, улучшить отношение сигнал/шум можно ограничением полосы пропускания системы.

Шум квантования устраняется повышением разрядности АЦП.

Для улучшения шумовых характеристик сложных комплексов применяются методы электромагнитной совместимости.

Измерение

В аудиотехнике отношение сигнал/шум определяют путем измерения напряжения шума и сигнала на выходе усилителя или другого звуковоспроизводящего устройства среднеквадратичным милливольтметром либо анализатором спектра. Современные усилители и другая высококачественная аудиоаппаратура имеет показатель сигнал/шум около 100—120 дБ.

В системах с более высокими требованиями используются косвенные методы измерения отношения сигнал/шум, реализуемые на специализированной аппаратуре.

В музыке

Отношение сигнал/шум — параметр усилителя активных колонок, показывает насколько сильно шумит усилитель (от 60 до 135,5 дБ), если в отсутствие сигнала выкрутить регулятор громкости на максимум. Чем больше значение сигнал/шум, тем более чистый звук обеспечивают колонки. Желательно, чтобы этот параметр был не менее 75 дБ, для мощных колонок с высококлассным звучанием не менее 90 дБ.

В видео

Отношение сигнал/шум — отношение уровня электрического сигнала к уровню шума этого сигнала, численно определяет содержание паразитных шумов в сигнале. Чем больше значение отношения сигнал/шум для видеосигнала, тем меньше помех и искажений имеет изображение на экране монитора. Значения отношения от 45 до 60 дБ соответствуют приемлемому качеству видеосигнала, значение менее 40 дБ означает высокий уровень шумов в видеосигнале и, как следствие, низкое качество видеоизображения.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Отношение сигнал/шум» в других словарях:

Отношение сигнал-шум — Отношение сигнал/шум (ОСШ, англ. SNR, Signal to Noise Ratio) безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума. Обычно выражается в децибелах. Чем больше это отношение, тем менее заметен шум. где P средняя… … Википедия

отношение сигнал/шум — Отношение амплитуды (или энергии) сигнала, создаваемого дефектом в материале, к среднеквадратическому значению сигнала (или энергии) шума. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения … Справочник технического переводчика

отношение сигнал-шум — (МСЭ T G.691; МСЭ Т G.983.2 G.991.2). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN signal to noise ratioSNR … Справочник технического переводчика

Отношение сигнал/шум G/s_д — величина, характеризующая изменение градиента G на фоне оптической плотности равноэкспо нированного радиографического снимка. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

отношение сигнал-шум — 3.4 отношение сигнал шум: Отношение уровня ультразвукового сигнала к уровню «фонового» шума, выраженное в децибелах (дБ). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

отношение сигнал/шум — signalo ir triukšmo santykis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. signal to noise ratio vok. Signal/Rausch Verhältnis, n rus. отношение сигнал/шум, n pranc. rapport signal/bruit, m … Automatikos terminų žodynas

отношение сигнал-шум при магнитном контроле — отношение сигнал шум Отношение пикового значения сигнала магнитного преобразователя, вызванного изменением измеряемой характеристики магнитного поля, к среднему квадратическому значению амплитуды шумов, обусловленных влиянием мешающих параметров… … Справочник технического переводчика

отношение сигнал-шум при магнитном неразрушающем контроле — отношение сигнал шум Отношение пикового значения сигнала магнитного преобразователя, вызванного изменением измеряемой характеристики магнитного поля, к среднему квадратическому значению амплитуды шумов, обусловленных влиянием мешающих параметров… … Справочник технического переводчика

отношение сигнал/шум интегральной микросхемы — отношение сигнал/шум Отношение эффективного значения выходного напряжения интегральной микросхемы, содержащего только низкочастотные составляющие, соответствующие частотам модулирующего напряжения, к эффективному значению выходного напряжения при … Справочник технического переводчика

Источник

Отношение сигнал / шум или SNR в аудио: для чего это нужно?

Что такое отношение сигнал / шум или SNR?

Отношение сигнал / шум, S / R или SNR (отношение сигнал / шум) определяется как отношение между выходной мощностью передаваемого сигнала и мощностью шума, который его искажает (поэтому мы говорим только об устройствах, которые излучают звук и никогда устройств, которые его улавливают). Этот запас измеряется, как и почти все, что связано со звуком, в децибелах.

Часто многие производители используют термин динамический диапазон как синоним SNR, но вы должны быть осторожны, потому что некоторые используют его как маркетинговую стратегию, чтобы создать впечатление, что это SNR, когда на самом деле динамический диапазон служит для обозначения расстояния между уровнем выходного пика и фоновым шумом. То, что отношение сигнал / шум, указанное в децибелах, фигурирует в технических характеристиках устройства, следовательно, это ничего не означает, если оно не сопровождается используемыми контрольными точками, а также весами.

Очевидно, что если вы хотите купить оборудование с точки зрения его частотной характеристики, они должны измерить отношение сигнал / шум, используя ту же кривую взвешивания и эталонный уровень, что, к счастью, является наиболее распространенным в отрасли, поэтому уровни SNR равны обычно сравнительный.

Фактор шума

Эта величина шума может быть выражена так называемым коэффициентом шума (F), который является результатом деления отношения сигнал / шум на входе (S / R) на отношение сигнал / шум на выходе. (S / R) соль, когда значения сигнала и шума выражаются в простых значениях. Таким образом, формула будет выражена следующим образом:

Однако, к большому сожалению, значения отношения сигнал / шум выражаются в децибелах, и поэтому мы говорим о логарифмической формуле. Поскольку коэффициент шума также должен быть выражен в децибелах как величина звука, то формула будет следующей:

Что лучше: более высокое или низкое SNR?

Итак, какое значение SNR мы можем считать хорошим? Это зависит от категории продукта, но когда мы говорим о звуковой карте, встроенной, например, в обычную материнскую плату ПК, SNR 90 дБ уже вполне приличный. Конечно, в специализированных решениях нам придется искать более высокие значения, если возможно, они превышают 100 дБ.

Некоторые производители также упоминают коэффициент шума в технических характеристиках своего оборудования, и в этом отношении вам следует обратить внимание на прямо противоположное: чем меньше, тем лучше. К сожалению, большинство производителей бытовой электроники не выражают это значение, которое, как мы объясняли ранее, очень важно, и его часто можно увидеть только в продуктах, разработанных для профессионального звука.

Точнее, это параметр, который, хотя большинство производителей знают, что они его не публикуют, «скрывая свой позор», так сказать, если их продукт не хорош. По этой причине это нормально, что только производители профессиональных аудиопродуктов публикуют это значение, поскольку, если их продукт действительно хороший и качественный, им нечего скрывать. В любом случае, не беспокойтесь, потому что ни один из аудиопродуктов, которые вы наблюдаете, не указывает этот фактор, поскольку для обычного пользователя он также не будет иметь значения.

Источник

Виды шумов отношение сигнал/шум

Случайный процесс колеблется вокруг какого-то среднего значения, и значение это называется математическим ожиданием. Насколько сильно значение случайного процесса могут отличаться от мат. ожидания описывает параметр дисперсия — мера разброса случайной величины. Также в качестве меры разброса употребляется среднеквадратичное отклонение, также именуемое стандартным отклонением, значение его квадратный корень из дисперсии.

На рисунке представлены нормальные распределения четырех случайных процессов с разными значениями математического ожидания и дисперсии. В случае большего значения дисперсии, колокол Гауссовского распределения более широкий и низкий, что говорит о большей вероятности выпадения экстремальных значений и меньшей вероятности значений близких к мат. ожиданию.

В качестве меры скорости изменения случайного процесса может использоваться автокорреляционная функция, или просто корреляционная функция. Она описывает зависимость взаимосвязи сигнала с его сдвинутой во времени копией от величины временного сдвига.

В случае нулевого сдвига, сигналы полностью совпадают и значение автокорреляционной функции максимально. При увеличении расхождения это значение уменьшается. Причем для слабо изменяющихся во времени сигналов спад функции происходит медленнее чем для быстро изменяющихся.

Математическое ожидание, дисперсия, автокорреляционная функция это примеры численных характеристик, которыми можно описать случайный процесс. Законы изменения реальных физических величин весьма сложны, и для того чтобы мы могли описывать их доступным нам математическим аппаратом, нам часто приходится делать определенные допущения.

При описании сигналов случайными процессами, мы часто оговариваем свойства стационарности и эргодичности. Стационарным называется процесс в том случае, когда его плотность вероятности не зависит от временного сечения, то есть его статистические характеристики, мат ожидания, дисперсия, корреляционная функция не будут зависеть от времени. Стационарный процесс считается эргодическим, если для определения его характеристик вместо усреднения по ансамблю реализации, мы можем использовать усреднение по времени одной реализации, на практике нам обычно доступна только одна реализация случайного процесса.

Спектральная плотность мощности

Спектральная плотность мощности по определению это распределение мощности сигнала в зависимости от частоты, то есть мощность приходящаяся на единичный интервал частоты. Мы можем рассматривать спектральную плотность мощности как еще одну меру скорости изменения случайного процесса, она связана с корреляционной функции случайного процесса, теоремы Винера — Хинчина — Колмагорова.

Рассмотрим два синусоидальных сигнала разной частоты. Частотные области этих сигналов будут представлены двумя линиями. Положение линии на оси x говорит о величине частоты синусоиды, а длина линии, о ее мощности или амплитуде. Случайные процессы мы также можем рассматривать, как кусочки и отрезки различных синусоид, разной амплитуды и фазы, меняющейся быстро или медленно.

Спектр медленно изменяющегося случайного процесса содержит больше синусоид или спектральных компонент в левой части оси f, то есть в зоне низких частот. В то время как спектр быстро меняющегося процесса содержит больше компонент, большей амплитуды в правой части частотной оси.

Белый шум

Случайный процесс у которого область частот заполнено равномерно называется белым шумом.

Белый шум это стационарный случайный процесс, с равномерно распределенной спектральной плотностью мощности.

В таком процессе присутствуют компоненты изменяющиеся быстро, медленно, средне и ни одна из них не преобладает над другими.

Белый шум получил свое название по аналогии со спектром белого света. Известно, что белый цвет получается в результате сложения всех других цветов видимого диапазона.

Если в качестве аналогии и далее использовать видимый диапазон длин волн, то определенным цветом можно обозначить преобладание в спектре сигнала определенных компонент.

Если наложить красный светофильтр, то мы пропустим только более длинные волны, или более низкие частоты.

Если наложим синий фильтр, получим сигнал с относительно высокими частотами в спектре.

Цветовое обозначение частотного состава используется для описания так называемых цветных шумов, они никак не привязаны к какому-либо конкретному частотному диапазону и различаются только видом их спектральной плотности мощности. Цветные шумы, в том числе и белый шум это модели шумов, приближающие некоторые физические явления.

К примеру, процессы генерации и рекомбинации носителей заряда в цепях постоянного тока приводят к фликкер-шуму, который достаточно успешно описывается моделью розового шума. Красный шум описывает броуновское движение, модель серого шума используется в псих акустике и так далее.

Аддитивный белый гауссовский шум

Аддитивный белый гауссовский шум:

На системы беспроводной связи и обработки сигналов воздействует множество разнообразных широкополосных шумов, не связанных друг с другом. По центральной предельной теореме, распределение их суммарного воздействия будет близко к нормальному, именно поэтому данная модель наиболее распространена в системах ЦОС и системах связи, и используется как модель канала передачи данных.

Отношение сигнал/шум

Шум в подобных системах конечно же является нежелательным явлением. Одной из мер качества системы является отношение сигнал-шум. Это безразмерная величина равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума.

Отношение сигнал-шум часто измеряется в децибелах, для разных систем приемлемые значения этого отношения могут сильно отличаться, но в любом случае, чем выше этот показатель, тем лучше. Одна из задач цифровой обработки сигналов повышение отношения сигнал-шум, существуют разные способы повышения это фильтрация и усреднение.

Усреднение или когерентное накопление

Если мы сложим два одинаковых сигнала по фазе, то амплитуда результирующего сигнала будет вдвое больше. Положительные отсчёты сложатся с положительными, отрицательные с отрицательными.

Но сложить две реализации случайного процесса в фазе не получится, в каких-то точках произойдет усиление, каких-то ослабление шума. Проще говоря, при усреднении амплитуда шума не растет.

Накопление сигнала с шумом в matlab

Динамический диапазон и чувствительность

Динамический диапазон это характеристика системы, представляющая логарифм отношения максимального и минимального возможных значений величины входного параметра. Сверху этот диапазон обычно ограничен порогом искажений, а снизу так называемым шумовым дном, или чувствительностью.

Чувствительность это численный параметр равный уровню сигнала различимого системы над шумами, если у системы хорошая чувствительность, значит она меньше восприимчива к внешним помехам, имеет меньший уровень собственных шумов, и за счет этого способны различать сигналы малой энергетики.

Источник

• ← скайрим поместье озерное баг
• Как вырезать фрагмент в иллюстраторе →