допустимое 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.
Параметры линии для ADSL интернета: соотношение сигнала и шума
При работе модемов ADSL может снижаться скорость доступа. В этом случае необходимо найти причины, которые к этому привели, и устранить их. Для этого нужно знать, как работает ADSL интернет и что нужно делать для того, чтобы исправить проблемы с соединением.
Параметры линий для ADSL интернета
При определении характеристик соединения ADSL используются следующие параметры:
Каждая из характеристик рассматривается отдельно для входящих и исходящих сигналов.
Нужно пояснить, что такое SNR Margin, что означает этот показатель в ADSL модеме. Это степень превышения уровня полезного сигнала над уровнем шума. Если эта величина становится слишком мала, то связь с интернетом обрывается.
Обратите внимание! Обычно доступ к этим параметрам предоставляет используемый роутер.
Соотношение сигнал – шум
Этот параметр называется SNR Margin. В зависимости от того, какое значение принимает отношение сигнал-шум ADSL, можно сделать следующие выводы:
При превышении параметром SNR ADSL 29 дБ линию можно считать отличной.
Затухание линии
Этот параметр также носит название Line Attenuation. В процессе работы затухание линии ADSL может в различных случаях принимать такие значения:
Начиная с 60 дБ, связь по линии ADSL работать не будет.
Влияние оконечных устройств и DSLAM на АТС
В процессе работы ADSL линии происходит взаимодействие между оконечными устройствами: модемом и DSLAM (оборудованием провайдера). Для того, чтобы связь была качественной, необходимо, чтобы были установлены такие параметры, которые обеспечивают эффективное взаимодействие между ними.
Если между ними возникают нестыковки, то это может снизить скорость доступа.
Влияние параметров абонентской линии
Абонентская линия имеет определенные физические свойства, которые оказывают существенное влияние на работу соединения с интернетом. Их можно разделить на две группы: базовые и специальные.
В первую группу входят:
К специализированным параметрам относятся: затухание, отношение сигнала к шуму, импульсные помехи и ряд других.
Иногда имеется возможность влиять на пропускную способность линии посредством использования telnet. В этом случае нужно знать, какие команды ( «adsl start snr 1» или другие) для этого нужно использовать.
Распространенные проблемы с кабелем
На качество работы кабеля влияет наличие неоднородностей. Если с ним производились работы и были сделаны отпайки, то каждая из них будет рассеивать поступающий сигнал. Он будет в этом месте отражаться и тем самым рассеивать передаваемый сигнал. Второй сигнал будет шумом, который снижает качество передачи.
Если рядом расположены два кабеля, то они могут оказывать электрическое влияние друг на друга, ослабляя идущие по ним сигналы.
Основные проблемы, возникающие при использовании ADSL модема
Наиболее распространенные причины возникновения проблем с соединением xDSL в таких случаях рассмотрены далее.
Разрывы соединения
Причины ухудшения ratio signal noise могут иметь различную природу:
Если в результате проверки проблемы не были выявлены, то нужно обратиться за помощью к провайдеру.
Параметры для диагностики
Если происходят разрывы при соединении с интернетом, то для этого может быть несколько причин. Вот наиболее распространенные из них:
Если эти параметры ratio signal noise выходят за пределы нормы, то нужно выяснить причины, которые к этому привели.
Методика диагностики проблем с разрывами соединения
После того, как были измерены параметры соединения и стало понятно, что связь с интернетом не работает, необходимо изучить сложившуюся ситуацию и определить, какие причины могли к этому привести.
Необходимо проверить, как подключен сплиттер. Это актуально для тех, кто имеет одновременно подсоединение по Asymmetric Digital Subscriber Line и стационарный телефон. Если устройство неисправно, то это может быть причиной отсутствия связи со всемирной сетью. Далее нужно осмотреть доступный провод и убедиться, что он не имеет повреждений.
Важное значение имеет исправность мест, где имеются подсоединения. Нужно осмотреть все места, которые доступны и убедиться в отсутствии механических повреждений, окисления или плохих контактов.
Причина состояния ADSL down может быть связана с модемом. Неисправен может быть он или блок питания, через который происходило подключение к сети электропитания. Если попросить исправный модем у товарища и подсоединить к сети, то можно точно узнать, исправен ли собственный.
Важно! Скачки напряжения в сети могут быть не только причиной разрыва связи, но и способны повредить технику. Если такие проблемы случаются, то имеет смысл подумать о покупке трансформатора.
Если в результате такой проверки не удалось обнаружить причин разрыва связи, то нужно обратиться с этой проблемой к провайдеру, который установит, какой может быть причина проблемы, и устранит ее.
Одной из причин разрыва соединения может быть несоответствие настроек провайдера и пользовательского модема, которое способно ухудшить параметры ADSL.
Правильная схема подключения
Правильная схема использования в доме подразумевает, что телефонная линия должна быть подключена к сплиттеру. У него предусмотрены отдельные гнезда для подключения стационарного телефона и компьютера.
Если возникли проблемы со связью, то в первую очередь необходимо проверить, работает ли эта схема. При этом надо не только проверить устройства, но и осмотреть телефонные провода на предмет: отсутствия механических повреждений, некачественной опрессовки при подсоединении с коллектором, скруток проводов.
Начать проверку можно с того, чтобы подключить модем непосредственно к телефонной розетке, минуя сплиттер. Если работоспособность таким образом будет хорошей, то неисправности нужно искать в схеме соединения.
Важно! Рекомендуется также подключить другой модем. Это позволит исключить технические неисправности в нем.
Низкая скорость
Возможными причинами для слишком низкой скорости соединения могут быть:
Поиск неисправностей в каждой из перечисленных ситуаций требует использования различных методов. Однако пользователь без серьезных технических знаний может ознакомиться с параметрами АДСЛ линии, предоставляемыми роутером, и узнать, какая реальная скорость при доступе во всемирную сеть.
Низкая исходящая скорость
Важно! Рассматриваемая технология связи является асимметричной. При этом входящий поток информации и исходящий имеют различную скорость. В последнем случае она будет существенно ниже.
При использовании Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) подразумевается, что к пользователю должен быть направлен большой поток информации, а от него — намного меньший.
Не загружаются страницы при использовании ADSL модема
Во время работы ADSL модема при нарушении связи со всемирной сетью нужно обращать внимание на индикацию. Индикатор ADSL выглядит как несколько световых сигналов. Обычно он состоит из следующих: «DSL», «Internet», «LAN». На индикаторной панели также присутствуют: «Power» «Status».
Как только перестают загружаться страницы, нужно учитывать следующее:
Иногда для обозначения индикаторов используются не названия, а графические обозначения. Чтобы уточнить их значение, нужно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации.
При ухудшении качества работы Asymmetric Digital Subscriber Line соединения нужно установить причину проблемы и сделать все необходимое для ее устранения.
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.
Допустимое отношение сигнал шум
1. Понятия коэффициента шума и собственного шума устройства.
Определение термина «коэффициент шума» приводится практически в каждом учебнике по радиотехнике и устройствам СВЧ. Но в литературе он определяется по-разному. Очень широкое распространение получило определение коэффициента шума как показателя ухудшения отношения сигнал/шум на выходе прибора по сравнению с этим отношением на его входе. Т.е. коэффициент шума определяется здесь как отношение:
 | , (1.1) |
или, в логарифмических единицах (дБ),
 | . (1.2) |
Во многих учебниках и справочниках определение коэффициента шума на этом, к большому сожалению, и заканчивается, что приводит в дальнейшем к путанице и недоразумениям.
Действительно, допустим, мы принимаем с эфирной антенны ТВ-программу с отношением сигнал/шум, равным 60 дБ (померили прибором на выходе антенны), и подаем ее на усилитель головной станции, имеющий коэффициент шума 6 дБ (по каталогу). На выходе этого усилителя мы вроде бы должны получить отношение сигнал/шум в 54 дБ, как следует из вышеприведенного определения. В действительности же мы получаем практически те же 60 дБ, что и на входе. Это происходит вследствие того, что в приведенном определении опущена очень существенная оговорка, что под входным отношением сигнал/шум понимается отношение «чистого» (не содержащего шума) сигнала к (только!) тепловому шуму, создаваемому подключенным к входу устройства согласованному сопротивлению, в качестве которого должно выступать выходное сопротивление генератора этого самого сигнала. Таким образом, речь здесь идет не о реальных значениях сигналов и шумов на входе и выходе, а о весьма искусственных величинах, что сводит на нет красоту и лаконичность приведенного определения.
Мы воспользуемся несколько иным определением коэффициента шума. Это определение приводится в ряде серьезных учебников, а также в Большой Советской энциклопедии и более физично по своей сути. Ниже будет показано, что оба эти определения (с указанной оговоркой) эквивалентны.
Это определение не так лаконично и, может быть, и не так наглядно как предыдущее, но зато гораздо более корректно. Отметим попутно еще одну маленькую, но важную деталь. Речь здесь идет о тепловом шуме, создаваемом именно внешним, подключаемым к входу сопротивлением, а не входным (внутренним) сопротивлением устройства, как указывается в некоторой литературе. Т.е. устройство представляется в виде черного ящика без внутренней структуры. Это очень важно иметь в виду, особенно при рассмотрении каскадирования устройств. В противном случае неизбежно возникнет путаница при выводе формул.
 | , (1.3) |
 | , (1.4) |
откуда можно выразить собственный шум устройства через его коэффициент шума:
 | . (1.5) |
Заметим, что эти формулы справедливы для любого устройства, не обязательно усилителя.
 | . (1.5) |
Мощность теплового шума согласованного сопротивления в полосе D f выражается известной формулой Найквиста:
, (1.6)
,
что совпадает с формулой (1.1).
 | . (2.1) |
откуда, вспоминая связь собственного шума и коэффициента шума (1.5):
,
 | . (2.2) |
Приведем маленький пример. Пусть у нас антенна подключается к усилителю головной станции с коэффициентом шума F кабелем снижения с затуханием L. Т.е. мы имеем двухкаскадную систему, коэффициент шума которой по формуле Фрииса (2.2) будет равен:
,
.
3. Расчет выходного отношения сигнал/шум в прямом канале.
Перед тем как приступать к дальнейшему изложению, давайте определим, что же мы понимаем под сигналом, шумом и отношением сигнал/шум в телевизионных кабельных сетях. Мы не заостряли внимания на этом вопросе, считая это интуитивно понятным. На самом же деле, как показывает опыт общения с операторами, проектировщиками и инженерно-техническим персоналом СКТ, каждый понимает эти моменты по-своему, в результате чего происходят разночтения и казусы в подходах и трактовке результатов.
 | , [дБмкВ], |
Действующее значение немодулированной несущей измеряется в реальном сигнале в момент передачи синхроимпульса (разумеется, для негативной модуляции несущей, принятой в большинстве стран).
 | , [дБмкВ]. |
Все, что было сказано выше об уровне шума, можно в полной мере отнести и к измерению уровня цифровых сигналов. Тот «уровень» цифровых пакетов, который мы наблюдаем на спектроанализаторе, вовсе не является настоящим уровнем, пригодным для проведения расчетов, а точно так же нуждается в пересчете в зависимости от реально занимаемой полосы. Например, когда говорят, что уровень цифровых пакетов должен быть на 10 дБ ниже уровня аналоговых сигналов, то для цифровых пакетов QAM, занимаемых полосу 6 МГц. Это означает, что на экране спектроанализатора разница между ними должна составлять 17.8 дБ (10 дБ + 10lg(6МГц/1МГц)).
Точно так же, как и при выводе формулы Фрииса (см. (2.1)) найдем уровень результирующего шума на выходе нашей цепи:
,
где 
— собственный шум i-го устройства.
Сигнал на выходе будет равен:
.
Деля одно на другое, получим:
.
Таким образом, мы получили хорошо известную формулу для вычисления выходного отношения несущая/шум в сетях кабельного телевидения:
 | , (3.1) |
или, в логарифмическом виде:
 | . (3.2) |
Очень важно иметь в виду, что в этих формулах, как следует из вывода, под отношением (C/N) i понимается отношение несущей на выходе i-го устройства к собственному шуму этого устройства:
 | . (3.3) |
Формула (3.2) очень удобна для практических расчетов, поскольку оказывается, что для определения выходного отношения несущая/шум достаточно рассмотреть лишь прохождение сигнала вдоль трассы, а шумовые параметры, входящие в формулу, оказываются свойствами входящих в цепочку элементов и могут быть определены заранее. Не стоит только забывать, что в качестве элементов нашей цепи необходимо рассматривать все устройства, вплоть до отрезков кабеля и используемых входных аттенюаторов/эквалайзеров в усилителях, иначе расчет получится неверным.
Остановимся теперь на расчете отношения несущая/шум для сети, использующей оптический сегмент. В принципе, расчет здесь совершенно аналогичен, если рассматривать систему «оптический передатчик-приемник» как отдельное устройство, включенное в цепь прохождения сигнала. Есть только одна особенность. В отличие от остальных компонентов сети, имеющих определенные, приводимые в каталогах, значения коэффициента шума, для системы «оптический передатчик-приемник» производители такого параметра не дают, но приводят графики зависимости выходного отношения несущая/шум для системы «передатчик-приемник» в зависимости от мощности оптического излучения на входе приемника и количества используемых каналов. Возникает вопрос, как пользоваться такими графиками при расчетах? Для ответа на него, прежде всего, заметим, что при измерениях производитель оборудования использует на входе системы «чистые» сигналы с генератора, следовательно, входной шум обусловлен наличием только теплового шума на входе передатчика. С другой стороны, измеренные значения, представленные на графиках есть отношение несущей к полному шуму на выходе оптического приемника, т.е. к шуму, складывающемуся из усиленного входного теплового шума и собственного шума системы. Если воспользоваться найденным из графика значением и непосредственно использовать его в формуле (3.2), то мы совершим ту же ошибку, о которой говорилось касательно формулы (3.3). Поэтому, строго говоря, необходимо поступать следующим образом. Найдя из графика выходное отношение несущая/шум для нужного числа каналов в сети при имеющемся входном оптическом уровне на приемнике и зная расчетный уровень сигнала на выходе оптического приемника, определяем полную мощность шума на выходе. Далее определяем коэффициент передачи оптической системы как отношение сигнала на выходе приемника к сигналу на входе передатчика. По определению находим коэффициент шума системы (формула (1.3)) и подставляем все это в формулу (3.3). И только после этого можно использовать полученное для оптики значение C/N в формуле (3.2) для проведения дальнейших вычислений. Однако справедливости ради стоит заметить, что приведенная методика хотя и является более точной, дает не очень существенную для практического расчета поправку в итоговое отношение несущая/шум и ею, особенно при ручных расчетах, в принципе, можно пренебречь.