PhViewer 2.0

цифровая обработка сигналов

В ходе работы с радиосигналами часто встаёт вопрос измерения отношения сигнал/шум в исследуемой записи. Часто в различных демодуляторах а автоматических классификаторах специально оговариваются допустимые параметры сигналов, таких как максимальная отстройка или уровень SNR. Здесь и далее термины SNR и отношение сигнал / шум используются как синонимы и обозначают одно и то же.
 
Так что же такое отношение сигнал/шум? Открываем умный сайт ВикипедиЯ и видим следующее:
 
Отношение сигнал/шум(ОСШ; англ. signal-to-noise ratio, сокр. SNR) — безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности шума.
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.
Отношение сигнал/шум
Исходя из этого и будем пытаться определить значение SNR в записи реального сигнала. Для этого нам понадобится программа SNR, с недавних пор входящая в состав PhViewer 2.0.
 
Интерфейс программы.
 
На момент написания статьи для использования доступна версия программы от 17 февраля 2012 года. Версию программы при желании можно всегда проверить в меню Help -> About.
Версия программы SNR (PhViewer 2.0)
Ниже приводится краткое описание основных элементов программы.
Основные элементы программы
  1. Главное меню программы
  2. Значение сдвижки центральной частоты сигнала
  3. Парамметры фильтрации
  4. Установка полосы шума равной полосе сигнала
  5. Запомнить парамметры сигнала
  6. Запомнить парамметры шума
  7. Поле выбора участка сигнала
  8. Парамметры сигнала и шума, SNR
  9. Разрешение спектра, вкл./выкл. логарифмического режима

 

Алгоритм расчёта SNR
Попробуем измерить SNR на реальном сигнале, записаном в эфире. Нашим подопытным будет запись Link-11. Данный сигнал имеет структуру, наилучшим образом подходящую для демонстрации основных принципов работы программы. Сразу отметим, что измерение отношения сигнал / шум неразрывно связано с полосой сигнала. Таким образом слова отношение сигнал/шум ХХ дБ не имеют смысла. Правильно будет отношение сигнал/шум ХХ дБ в полосе ХХ кГц. На практике полоса берётся в соответствии с полосой сигнала, и специально не оговаривается. Но при это необходимо чётко представлять себе этот момент.
 
Алгоритм №1: SNR как отношение мощности.
 
Загрузим файл в программу и выделим в поле *7 вначале участок с сигналом
Участок с сигналом
А затем участок шума
Участок шума
 
На участке с сигналом левой кнопкой мыши выделим на спектре интересующую нас полосу сигнал. Для удобства включим логарифмический спектр при помощи кнопки *9.
Полоса сигнала
Так же нам понадобится задать полосу, где мы будем считать шум. Это можно сделать с помощью выделения участка спектра правой кнопкой мыши. Но внашем случае нам удобнее будет, если полоса сигнала будет равна полосе шума. Воспользуемся для этого кнопкой *4
Воспользуемся кнопкой *4
Запомним парамметры сигнала, нажав на кнопку *5. Запомненные парамметры сигнала отображаются красным цветом в поле *8.
Посчитанное отношение сигнал/шум
Перейдём к участку шума.
Участок шума
Как Вы наверное заметили, парамметры автоматически пересчитались и в нижней строке появилось интересующее нас значение SNR.
Посчитанное отношение сигнал/шум
 
Алгоритм №2: SNR как отношение амплитуды.
 
Выделим участок сигнала, так что-бы захватить и кусок сигнала, и кусок шума.
Участок сигнала и шума
Включим фильтр, подобрав его значение так, чтобы оставить только интересующую нас полосу сигнала.
Переключимся на вкладку Algorithm 2 и выделим там участок сигнала левой кнопкой мыши, а участок шума правой.
Второй алгоритм расчёта отношения сигнал/шум
Как видим, в поле измеренных парамметров сигнала появилось интересующее нас значение SNR
Отношение сигнал/шум
 
Заключение.
 
В данной статье на реальном примере были показаны два способа измерения отношения сигнал/шум. Оба представленных алгоритма дали одинаковые результаты в пределах допустимой ошибки измерения, что позволяет судить об их работоспособности.