Спектральная плотность мощности: какое соотношение сигнал-шум лучше

Сравнение SNR и Eb/No

На рисунке ниже показана зависимость вероятности битовой ошибки от отношения сигнал / шум: на графике слева — от отношения сигнал / шум, справа — от отношения Eb / No.

Начнем с левого графика. На графиках показаны зависимости для трех разных битрейтов. Средняя мощность сигнала во всех случаях одинакова.

Пусть начальная скорость передачи данных равна R бит / с (красная кривая). Если скорость передачи данных увеличится в 2 раза (2R бит / с), кривая сместится вправо (синяя кривая). Объясняется это тем, что энергия разряда Eb уменьшается в 2 раза, так как равенство Ps = Eb · R сохраняется, следовательно, при увеличении скорости передачи битов в 2 раза энергия битов уменьшается в 2 раза. А энергия бита, в свою очередь, напрямую определяет вероятность битовой ошибки.

Если битовую скорость R уменьшить в 2 раза без изменения средней мощности сигнала, энергия бита Eb увеличится в 2 раза (желтая кривая). Это приводит к смещению кривой влево и, как следствие, к повышению помехозащищенности. Чем ниже скорость передачи, тем лучше помехозащищенность.

Теперь рассмотрим правый граф. На графике показаны все три случая: три разных скорости передачи данных, но мы видим только одну кривую. Дело в том, что когда мы переключаемся с SNR на Eb / No, мы отвязываемся от скорости передачи данных. По этой причине, независимо от битовой скорости, зависимость вероятности битовой ошибки от Eb / No будет представлена ​​одной кривой. Эта кривая определяется только модуляцией и приемником (приемник оптимален или нет; когерентный прием или нет и т.д.).

Почему отношение сигнал-шум важно

Спецификации отношения сигнал / шум можно найти во многих продуктах и ​​компонентах, связанных со звуком, таких как динамики, телефоны (беспроводные или нет), наушники, микрофоны, усилители, приемники, проигрыватели, радио, CD / DVD / медиаплееры, Аудиокарты для ПК, смартфона, планшета и др. однако не все производители осознают это значение.

Фактический шум часто характеризуется как белое, электронное или статическое шипение, либо низкий или вибрирующий гул. Уменьшите громкость динамиков, когда он ничего не воспроизводит: если вы слышите шипение, это то, что часто называют «фоновым шумом». Как и в случае с холодильником в приведенном выше сценарии, этот уровень шума присутствует всегда.

Пока входящий сигнал сильный и намного превышает уровень шума, звук будет сохранять более высокое качество. Это хорошее соотношение сигнал / шум, которое люди предпочитают для получения четкого и точного звука.

Но если сигнал слабый, некоторые могут просто увеличить громкость, чтобы увеличить выход. К сожалению, увеличение и уменьшение громкости влияет как на уровень шума, так и на сигнал. Музыка может стать громче, но также будет фоновый шум. Для достижения желаемого эффекта просто увеличьте уровень исходного сигнала. Некоторые устройства имеют аппаратные и / или программные элементы, предназначенные для улучшения отношения сигнал / шум.

К сожалению, все компоненты, даже кабели, добавляют к аудиосигналу определенный уровень шума. Они лучше всего сконструированы так, чтобы обеспечить минимальный уровень шума для максимального соотношения сторон. Аналоговые устройства, такие как усилители и проигрыватели, обычно имеют более низкое отношение сигнал / шум, чем цифровые устройства.

Конечно, следует избегать продуктов с очень низким отношением сигнал / шум. Однако отношение сигнал / шум не следует использовать в качестве единственной спецификации для измерения качества звука компонентов. Также следует учитывать частотную характеристику и гармонические искажения.

Почему dBm отрицательный?

Мощность, выраженная в дБмВт, представляет собой логарифм принятой мощности, деленный на 1 мВт. (Помните, что 10 при мощности -3 равно 0,001, то есть -3 дБм = 0,001 мВт). Поскольку мобильный остается достаточно маломощным, но чувствительным устройством, его параметры характеризуются отрицательной цифрой.

Запомнить, что -80 меньше -40, очень просто: используйте связь с банковским счетом. Если на вашем счету -80,000, у вас на самом деле меньше денег, чем если бы долг был -40,000.

Затухание линии

Этот параметр также называется затуханием линии. Во время работы затухание линии ADSL в различных случаях может принимать следующие значения:

• Если затухание не превышает 20 дБ, речь идет о качественной линии.
• Затухание линии ADSL, норма 20-40 дБ.
• Если затухание составляет от 40 до 50 дБ, это означает, что возможен отказ.
• Если значение находится в диапазоне от 50 до 60 дБ, соединение будет прерываться с перерывами.

Начиная с 60 дБ связь ADSL работать не будет.

Объяснение отношения сигнал-шум

Отношение сигнал / шум сравнивает уровень мощности сигнала с уровнем мощности шума. Чаще всего выражается в децибелах (дБ). Более высокие числа обычно означают лучшие характеристики, поскольку полезной информации (сигнала) больше, чем нежелательных данных (шума).

Например, когда аудиокомпонент отображает отношение сигнал / шум 100 дБ, это означает, что уровень аудиосигнала на 100 дБ выше уровня шума. Отношение сигнал / шум 100 дБ значительно лучше, чем значение 70 дБ (или меньше).

В целях иллюстрации предположим, что вы разговариваете с кем-то на кухне, у которого также есть особенно шумный холодильник. Предположим также, что холодильник генерирует 50 дБ шума (воспринимайте это как шум), потому что он хранит свое содержимое в холодном — шумном холодильнике. Если человек, с которым вы разговариваете, предпочитает говорить тихо (считайте это сигналом) на уровне 30 дБ, вы не сможете услышать ни единого слова, потому что он перегружен холодильником! Затем попросите человека говорить громче, но даже при 60 дБ вы все равно можете попросить его повторить все. Разговор на уровне 90 дБ может показаться более ярким, но, по крайней мере, слова будут слышны и понятны четко. Это идея, лежащая в основе отношения сигнал / шум.

Код и не код

Теперь имеет смысл, по крайней мере в общих чертах, объяснить, что такое ЦАПы Chord Electronics и как Джон Фрэнкс и Роберт Уоттс работают над их созданием. С аппаратной точки зрения ЦАПы Chord Electronics — это микрокомпьютеры, основанные на программируемых микросхемах, таких как ПЛИС. Это логические массивы, работа которых определяется написанным специально для них программным кодом. Во время разработки ЦАП Фрэнкс участвует в аппаратном обеспечении, а Уоттс — в программном коде.

Случай, когда пространственная конструкция устройства полностью соответствует содержащимся в нем космическим технологиям

Учитывая, что Уоттс работал над своим ЦАП до встречи с Фрэнксом, общее время, потраченное на разработку и постоянное улучшение технологии, составляет порядка тридцати лет. И последние двадцать лет речь шла о практической реализации. Самое интересное, что большую часть времени Роберт работает один, улучшая программный код на существующих устройствах и прототипах Chord Electronics или в программе компьютерной эмуляции. Фактически, он даже не является штатным сотрудником компании. И хотя ЦАПы Chord Electronics по своей сути являются детищем Watts, без должным образом реализованного оборудования их просто не существовало бы. С технической точки зрения именно возможности используемых ПЛИС напрямую определяют возможности и уровень качества ЦАП Chord Electronics.

Джон Фрэнкс: «Развитие линейки ЦАП Chord Electronics основано на законе Мура. Это эмпирическое наблюдение, сделанное ученым Гордоном Муром, который предполагает, что по мере развития производства микросхем количество транзисторов, размещаемых на одном кристалле, будет удваиваться каждые 24 месяца. Прогноз оказался на удивление точным и до сих пор остается в силе. Именно разработка микросхем позволила нам значительно улучшить звучание ЦАП с 1998 года по сегодняшний день».

Выступление Роберта Уоттса было основной частью презентации и из-за объема полученной информации напомнило мне уроки электроники и программирования, которые я посещал в университете.

Что такое импеданс спикера и почему это имеет значение

Характеристики импеданса динамиков измеряются в омах. Узнайте, как динамики на 4 и 8 Ом создают звук и как они используются.

Влияние оконечных устройств и DSLAM на АТС

Во время работы линии ADSL происходит взаимодействие оконечных устройств: модема и DSLAM (оборудования провайдера). Чтобы связь была качественной, необходимо, чтобы были установлены такие параметры, которые гарантируют эффективное взаимодействие между ними.

Если между ними возникнут несоответствия, это может снизить скорость доступа.

Что лучше: более высокое или низкое SNR?

Подводя итог вышесказанному, для большей ясности, отношение сигнал / шум — это то, что отделяет излучаемую мощность устройства от шума, воздействующего на него, и, таким образом, чем больше разница, тем лучше. Поэтому при выборе звуковой карты, усилителя или другого устройства вывода звука, глядя на его характеристики, вы должны знать, что тот, у которого наивысший SNR, обеспечит более высокий уровень сигнала, который будет меньше зависеть от шума. Signal yes.

Итак, что такое хорошее соотношение сигнал / шум? Это зависит от категории продукта, но когда мы говорим об интегрированной звуковой карте, например, в обычной материнской плате ПК, SNR 90 дБ уже вполне приличный. Конечно, в специализированных решениях придется искать более высокие значения, по возможности превышающие 100 дБ.

Некоторые производители даже упоминают коэффициент шума в характеристиках своего оборудования, и в этой связи следует обращать 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 часто встречается только в продуктах, предназначенных для профессионального звука.

Точнее, это параметр, который, хотя большинство производителей знают, что не публикуют его, они, так сказать, «скрывают свой позор», если их продукт не хорош. По этой причине только производители профессиональных аудиопродуктов обычно публикуют это значение, потому что, если их продукт действительно хороший и качественный, им нечего скрывать. В любом случае не волнуйтесь, так как ни один из аудиопродуктов, которые вы видите, не указывает на этот фактор, поскольку он не имеет значения даже для обычного пользователя.

Основные проблемы, возникающие при использовании ADSL модема

Наиболее частые причины проблем с подключением xDSL в этих случаях обсуждаются ниже.

Разрывы соединения

Причины ухудшения отношения сигнал / шум могут иметь различный характер:

• Когда происходит логический сбой, причина кроется в функционировании программного и аппаратного обеспечения. В этом случае могут помочь: установка последней версии драйвера, проверка работоспособности модема.
• Физические перебои в подключении могут быть вызваны схемой подключения или качеством используемых соединительных кабелей.

Если после осмотра проблемы не были обнаружены, вам следует обратиться за помощью к поставщику.

Параметры для диагностики

Если у вас есть какие-либо перебои в подключении к Интернету, это может быть вызвано несколькими причинами. Наиболее распространены:

1. Соотношение сигнал / шум важно для качества связи. Оно должно быть больше 6 дБ.
2. При измерении затухания убедитесь, что оно не превышает 50 дБ. В противном случае не удастся установить соединение с мировой сетью.

Если эти параметры сигнала шумового отношения выходят за пределы нормы, необходимо выяснить причины, которые к этому привели.

Методика диагностики проблем с разрывами соединения

После того, как параметры подключения были измерены и стало ясно, что интернет-соединение не работает, необходимо изучить текущую ситуацию и определить, какие причины могут к этому привести.

Нужно проверить, как подключен сплиттер. Это актуально для тех, у кого есть как асимметричная цифровая абонентская линия, так и стационарный телефон. Если устройство неисправно, это может быть причиной отсутствия связи с мировой сетью. Далее нужно осмотреть доступный кабель и убедиться, что он не поврежден.

Важно удобство использования мест, где есть связи. Необходимо осмотреть все доступные места и убедиться в отсутствии механических повреждений, окисления или плохих контактов.

Причина бездействия ADSL может быть связана с модемом. Это мог быть неисправен или блок питания, через который был подключен блок питания. Если вы попросите у друга рабочий модем и подключите его к сети, вы наверняка узнаете, правильно ли работает ваш.

Важно! Перенапряжения в сети могут быть не только причиной обрыва соединения, но и могут повредить оборудование. Если возникают такие проблемы, есть смысл подумать о покупке трансформатора.

Если в результате этой проверки причины отключения не могут быть найдены, вам следует обратиться к провайдеру с этой проблемой, который определит, что может быть причиной проблемы, и устранит ее.

Одной из причин разрыва соединения могло быть несоответствие настроек провайдера и модема пользователя, что может ухудшить параметры ADSL.

Правильная схема подключения

Правильная схема использования в домашних условиях подразумевает, что телефонная линия должна быть подключена к разветвителю. Имеет отдельные розетки для подключения настольного телефона и компьютера.

Если у вас возникли проблемы со связью, в первую очередь нужно проверить, работает ли эта схема. В этом случае необходимо не только проверить устройства, но и осмотреть телефонные кабели на предмет: отсутствия механических повреждений, некачественной обжимки при подключении к коллектору, перекручивания провода.

Вы можете начать тест, подключив модем непосредственно к телефонной розетке, минуя разветвитель. Если характеристики настолько хороши, неисправности нужно искать по схеме подключения.

Важно! Также рекомендуется подключить другой модем. Это исключит в нем технические сбои.

Низкая скорость

Возможные причины слишком низкой скорости соединения:

• Плохое подключение к каналу связи.
• Неисправная телефонная линия.
• Расстояние от УАТС слишком большое.
• Проблемы, возникшие из-за установленных на компьютере приложений.
• Плохая конфигурация межсетевого экрана.
• Иногда замедление соединения происходит из-за работы антивируса.
• Аппаратные проблемы, выражающиеся в отказах используемого оборудования.

Для устранения каждой из этих ситуаций требуются разные методы. Однако пользователь без серьезных технических знаний может ознакомиться с параметрами линии ADSL, предоставляемыми маршрутизатором, и узнать, какова реальная скорость при доступе к мировой сети.

Низкая исходящая скорость

Важно! Рассматриваемая коммуникационная технология асимметрична. В этом случае входящий и исходящий поток информации имеет разную скорость. В последнем случае будет значительно меньше.

При использовании асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL) подразумевается, что большой поток информации должен быть направлен пользователю, а тем более ему.

Соотношение сигнал – шум

Этот параметр называется маржой SNR. В зависимости от значения отношения сигнал / шум ADSL можно сделать следующие выводы:

• Если значение параметра меньше 7 дБ, то подключение к Интернету в этом случае невозможно.
• Если отношение сигнал / шум ADSL составляет от 7 до 10 дБ, то речь идет о нестабильном соединении, в котором могут быть какие-то сбои.
• При значениях от 20 до 40 дБ линия работает.
• Значение параметра до 29 дБ означает, что линия хорошего качества.

Если параметр SNR ADSL превышает 29 дБ, линию можно считать отличной.

Что за единица измерения дБм?

Для измерения качества приема используется внесистемная единица дБм (децибел милливатт), которая представляет собой отношение принятого сигнала к стандартному значению. Он показывает, на сколько децибел параметры сигнала, поступающего от базовой станции, меньше (или, при положительных значениях, больше), чем значение в 1 мВт.

Что означает уровень сигнала dBm ASU?

Одно из обозначений отношения уровня передаваемой информации к шуму в пилотном канале обозначается как ASU. Пилотный сигнал — это излучение, которое непрерывно передается (в фоновом режиме) от базовой станции. Уровень мощности остается постоянным, он всегда на 4-5 дБ выше каналов данных.

Параметр ASU отображается не в децибелах, а в точках. Таблица перевода баллов в дБ выглядит так:

• 0-1 ASU: уровень RSSI ниже -110 дБм, слабый сигнал, нестабильный, возможные прерывания;
• 2-3 ASU: значение RSSI от -110 дБм до -105 дБм, сигнал отключен, очень слабый;
• 4-5 ASU: значение RSSI от -95 дБм до -105 дБм, находится в «зоне плохого приема»;
• 6-7 ASU означает хорошее качество сигнала в дороге или общественном транспорте.

Если показатель ASU выше (13 и более), значение RSSI больше -75 дБм, что обеспечивает качественную связь в зданиях, помещениях, на местности с переменным рельефом.

Наилучшее значение, которое можно получить для этого параметра, будет около -50 дБмВт. Это означает, что сигнал четкий, стабильный и отлично различимый.

Теория Роберта Уоттса

«Основная проблема цифрового звука — это время. Человеческий мозг определяет тембр инструмента и громкость звуковой сцены по форме и времени появления звукового импульса. Аналоговый звук дискретно оцифровывается, например, каждые 22 мкс. АЦП (аналого-цифровой преобразователь) не знает, что происходит с сигналом между этими моментами времени, эта информация не сохраняется.

Роберт Уоттс объясняет, как можно восстановить красивый аналоговый звук из обычных образцов цифрового сигнала

Если пик звукового импульса не совпадает с моментом включения АЦП, в цифровой форме сохраняется не сам пик, а уровень аналогового сигнала через несколько микросекунд после этого момента. Таким образом, вместо фактического пика сигнала в цифровой форме мы получаем пик меньшей высоты и смещенный вперед во времени. Человеческое ухо чувствительно к таким искажениям, поэтому задача ЦАП — восстановить исходный размер сигнала.

Роберт Уоттс — крайне редкая профессия, он программист ЦАП

Теория цифрового звука говорит нам, что интерполяционный фильтр способен идеально восстанавливать форму аналогового сигнала. Очевидно, что это практически бесконечное количество процедур интерполяции, но так или иначе нет теоретических препятствий для точного восстановления формы и временных характеристик исходного аналогового сигнала, а значит, мы можем реализовать это на практике».

Роберт Уоттс: «Типичный цифровой фильтр в высококачественном ЦАП — это 8-кратная передискретизация, что означает скорость обработки сигнала 2 микросекунды. DAVE DAC подвергается передискретизации 256 раз, что обеспечивает точность 0,86 наносекунды (более чем в 2000 раз быстрее — прим. Ред.). Ни один из существующих цифровых фильтров не работает на этой частоте»

Влияние параметров абонентской линии

Абонентская линия имеет определенные физические свойства, которые существенно влияют на работу интернет-соединения. Их можно разделить на две группы: основные и специальные.

В первую группу входят:

• наличие напряжения на линии;
• сопротивление, емкость и индуктивность абонентского кольца;
• электрическое сопротивление при использовании рабочей частоты.

К специализированным параметрам относятся: затухание, отношение сигнал / шум, импульсный шум и многое другое.

Иногда можно повлиять на пропускную способность линии с помощью telnet. В этом случае вам нужно знать, какие команды («adsl start snr 1» или другие) использовать для этого.

Параметры для сети 4G

Для сетей четвертого поколения будут отображаться уже рассмотренные характеристики:

• CIRN (Полезная информация о коэффициенте шума). Если значение около 0, скорость и качество соединения низкие. Низкое значение указывает на сильный шум и слабый сигнал.
• RSSI, мощность сигнала в точке приема. Хорошее качество связи находится в диапазоне от -80 дБм до -58 дБм.
• Группа. Частота базовой станции.

Для каждого типа сети выделяется частотный пул:

• 2G: от 900 до 1800 МГц;
• 3G: от 900 до 2100 МГц;
• 4G / LTE — используются частоты 800/900/1800/2600.

Программа также предложит дополнительные приложения для Android, которые вы можете скачать и использовать.

Как проверить стабильность сети на мобильном устройстве

В современных смартфонах и планшетах есть программное обеспечение, позволяющее определять силу, надежность и стабильность сигнала. Лучше всего эта функция реализована на ОС Android. Для определения устойчивости рекомендуется:

• открыть список приложений, доступных в Play Market;
• с помощью поиска выберите тот, который вам нужен (специалисты предлагают информацию о сетевом сигнале или аналог);
• загрузите приложение на свой телефон и запустите его;
• после входа в интерфейс выберите подпункт «Мобильный»;
• окно «Уровень сигнала» отобразит текущий статус сети.

На основании полученных данных вы сможете оценить силу и стабильность сигнала.

Параметры для сетей поколения 3G

Для сетей третьего поколения программы показывают следующие данные:

• UARFCN (может называться RX). Указывает канал, который работает на определенной частоте.
• ECLO (аналог CINR для сетей 4G). Показывает отношение сигнал / шум. При низкой нагрузке на сеть параметр будет стремиться к нулю. В загруженных каналах (с увеличением количества пользователей) параметр растет, а его пропускная способность уменьшается;
• RSCP — это мощность, принимаемая антенной устройства в рабочем диапазоне базовой станции. Нормальное значение — 70 и ниже. Чем выше параметр, тем хуже качество связи.

Программы для измерения уровня сигнала модемного устройства

Сегодня, чтобы скачать программы и узнать уровень сигнала, достаточно зайти в Play Market и выбрать понравившуюся программу или рекомендованную программу для определения основных параметров.

Самый простой вариант — использовать приложение Mobile Data Monitoring. Чтобы программа работала максимально точно, после загрузки и перед началом измерения необходимо закрыть все приложения, связанные с управлением модемом.

После открытия меню войдите в подраздел «RSSI». Отображается информация о мощности принимаемого сигнала. Использование программы позволяет:

• анализировать величину отношения сигнал / шум;
• определить амплитуду сигнала на модеме;
• изучить способы обмена данными между базовой станцией и телефоном;
• определить частоты базовой станции.

Но сегодня разработаны и другие программы, оценивающие параметры сетей 3G или 4G. Скачать приложения можно с официальных сайтов компаний-производителей или из проверенных источников.

Как сделать уровень сигнала более качественным

Если анализ состояния показывает слабый сигнал, можно попробовать усилить его «бытовыми» средствами. Вот несколько рекомендаций:

• поднести телефон или модем ближе к окну;
• не используйте слишком длинные удлинители, сигнал, содержащийся в них, может быть ослаблен;
• используйте для подключения качественные экранированные удлинительные кабели USB;
• подключить устройство с модемом в сочетании с USB-хабом;
• держите подальше от себя любые устройства, которые мешают работе.

В некоторых случаях, если сигнал принимается с достаточной силой, качество связи самого устройства ухудшается. При этом рассматривается возможность замены модема на новый.

Распространенные проблемы с кабелем

На качество кабеля влияет наличие разрывов. Если с ним проделаны работы и сделаны отводы, каждый из них будет рассеивать входящий сигнал. Он будет отражаться в этом месте и, таким образом, рассеивать передаваемый сигнал. Второй сигнал будет шумом, ухудшающим качество передачи.

Если два кабеля расположены рядом друг с другом, они могут электрически влиять друг на друга, ослабляя проходящие через них сигналы.