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.
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.
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.
Ниже приводится краткое описание основных элементов программы.
- Главное меню программы
- Значение сдвижки центральной частоты сигнала
- Парамметры фильтрации
- Установка полосы шума равной полосе сигнала
- Запомнить парамметры сигнала
- Запомнить парамметры шума
- Поле выбора участка сигнала
- Парамметры сигнала и шума, SNR
- 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
А затем 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.
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
Запомним парамметры сигнала, нажав на кнопку *5. Запомненные парамметры сигнала отображаются красным цветом в поле *8.
Перейдём к участку шума.
Как Вы наверное заметили, парамметры автоматически пересчитались и в нижней строке появилось интересующее нас значение SNR.
Алгоритм №2: SNR как отношение амплитуды.
Выделим участок сигнала, так что-бы захватить и кусок сигнала, и кусок 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.
Как видим, в поле измеренных парамметров сигнала появилось интересующее нас значение SNR
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.