Cuando era adolescente, mientras aprendía los entresijos del audio del automóvil, a menudo disfrutando del puro detalle de cada nota. Para mí, la música fue embriagadora, casi tanto como los campos de la ciencia y la electrónica. Sin embargo, durante este tiempo, la aparición del disco compacto y, por supuesto, el subwoofer del automóvil ocupaba un lugar central.
Antes del disco compacto, el vinilo era la opción clara para la reproducción de audio, en términos de placer auditivo. Sin embargo, muchos dirían que todavía lo es, bajo ciertas condiciones. Además, el CD fue un cambio de juego en ese entonces, y la claridad que brindaba frente a la cinta de casete era innegable. Al igual que había una demanda de dispositivos para reproducir el nuevo estándar de video 4K de hoy, lo mismo ocurrió con el disco compacto.
Lo que, por supuesto, marcó el comienzo del receptor de CD de audio para automóvil. Con su claridad superior y facilidad de uso, el reinado del receptor de CD fue completo. Sin embargo, donde hay capitalismo, seguramente encontrará competencia directa. Este fue sin duda el caso del receptor de CD, y la diferencia más burlada que los componentes de audio para automóviles de alta gama podrían usar para influir en sus clientes fue una claridad superior. La claridad de la que estaban hablando solo se podía lograr a través de sus especificaciones superiores de relación señal / ruido.
La única especificación que siempre fue mejor que las marcas menores fue su relación señal / ruido (SNR). Además, incluso para el oído inexperto, la diferencia en la claridad y la presencia musical era innegable. Por lo tanto, si SNR puede hacer una gran diferencia en la claridad del sonido musical, entonces su importancia en las aplicaciones de transmisión de señales es exponencialmente más crítica. Por lo tanto, en los próximos párrafos, discutiré la SNR y cómo calcularla para asegurar la precisión del diseño.
¿Qué es la relación señal / ruido?
En términos de definición, SNR o La relación señal-ruido es la relación entre la información deseada o la potencia de una señal y la señal no deseada o la potencia del ruido de fondo.
Además, SNR es un parámetro de medición que se utiliza en los campos de ciencia e ingeniería que compara el nivel de la señal deseada con el nivel de ruido de fondo. En otras palabras, SNR es la relación entre la potencia de la señal y la potencia del ruido, y su unidad de expresión suele ser los decibelios (dB). Además, una relación superior a 0 dB o superior a 1: 1 significa más señal que ruido.
Aparte de la definición técnica de SNR, la forma en que lo defino en otros términos es mediante un comparativo. Por ejemplo, digamos que usted y otra persona están dentro de una habitación grande conversando. Sin embargo, la sala está llena de otras personas que también están conversando. Además, algunas de las otras personas también tienen patrones de voz similares a los de usted y la otra persona involucrada en su discusión. Como puede imaginar, sería difícil descifrar qué persona está diciendo qué.
¿Por qué es importante la relación señal / ruido?
En la comparación anterior, puede comprender mejor de lo que se entiende por señal o ruido no deseado. Como también puede imaginar, sería casi imposible entender a la otra parte involucrada en su conversación. Además, en un escenario como este, consideraríamos que esto es un problema de señal a ruido o el equivalente de una relación señal a ruido que está por debajo de los parámetros aceptables.
Ahora suponga que la señal deseada es un dato esencial con una tolerancia estricta o estrecha a los errores, y hay otras señales que interrumpen la señal deseada. Una vez más, la tarea del receptor sería exponencialmente más desafiante descifrar la señal deseada. En resumen, esto es lo que hace que la relación señal / ruido sea tan importante. Además, en algunos casos, esto también puede significar la diferencia en el funcionamiento o no de un dispositivo, y en todos los casos, afecta el rendimiento entre el transmisor y el receptor.
En la tecnología inalámbrica, la clave del rendimiento del dispositivo es el capacidad del dispositivo para distinguir las señales aplicadas como información legítima de cualquier ruido de fondo o señales en el espectro. Esto personifica la definición de los estándares que se utilizan para establecer las especificaciones SNR. Además, los estándares a los que me refiero también garantizan la funcionalidad inalámbrica adecuada.
Los conceptos básicos de los cálculos de la relación señal / ruido
En términos básicos, SNR es la diferencia entre la señal deseada y el piso de ruido. Además, en términos de definición, el piso de ruido son las transmisiones de fondo engañosas que son producidas por otros dispositivos o por dispositivos que involuntariamente generan interferencias en una frecuencia similar. Por lo tanto, para determinar la relación señal / ruido, se debe encontrar la diferencia cuantificable entre la intensidad de la señal deseada y el ruido no deseado restando el valor de ruido del valor de la intensidad de la señal.
Lograr la integridad de la señal deseada puede ser difícil en cualquier etapa del diseño.
Hipotéticamente hablando, si la radio de su dispositivo recibe una señal a -65 dBm (decibelios por milivatio) y el piso de ruido es -80 dBm, entonces la señal resultante relación ruido / ruido es de 15 dB. Esto se reflejaría entonces como una fuerza de señal de 15 dB para esta conexión inalámbrica. Como estoy seguro de que usted sabe, en términos de conectividad en redes inalámbricas, los expertos establecen un requisito de una SNR de al menos 20 dB para decir, navegar por la web. Sin embargo, los siguientes son los requisitos de SNR frente a los valores de SNR:
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5 dB a 10 dB: está por debajo del nivel mínimo para establecer una conexión, debido hasta que el nivel de ruido sea casi indistinguible de la señal deseada (información útil).
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10 dB a 15 dB: es el mínimo aceptado para establecer una conexión no confiable.
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15 dB a 25 dB: normalmente son contras ideó el nivel mínimamente aceptable para establecer una mala conectividad.
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25 dB a 40 dB: se considera bueno.
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41 dB o más: se considera excelente.
Aunque la SNR se utiliza habitualmente para cuantificar la claridad o la fuerza de las señales eléctricas, también se puede aplicar a cualquier forma de señal (transmisión). Por ejemplo, se utiliza para describir los niveles de isótopos en los núcleos de hielo, la señalización bioquímica entre células o la claridad del sonido del audio para amplificadores de automóviles y unidades fuente (DVD, CD o digitales). Sin embargo, con los componentes de audio, la SNR siempre es un valor positivo. Por ejemplo, una SNR de 95 dB significa que el nivel de la señal de audio es 95 dB más alto que el nivel del ruido. Lo que, a su vez, significa que una SNR de 95 dB es mejor que una de 80 dB.
Cómo calcular la relación señal-ruido
Los cálculos de SNR pueden ser simples o complejos y depende de los dispositivos en cuestión y de los datos disponibles. Por lo tanto, si sus medidas de SNR ya están en forma de decibelios, puede restar la cantidad de ruido de la señal deseada: SNR = S – N. Esto se debe a que cuando resta logaritmos, es el equivalente a dividir números normales. Además, la diferencia en los números es igual a la SNR. Por ejemplo, mide una señal de radio con una intensidad de -10 dB y una señal de ruido de -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Como dije anteriormente, el cálculo de la SNR también puede estar involucrado. Entonces, para cálculos complejos, divide el valor de la señal deseada por la cantidad de ruido y luego toma el logaritmo común del resultado, es decir, log (S ÷ N). Después de esto, si las medidas de la fuerza de la señal están en vatios (potencia), entonces multiplicará por 20. Sin embargo, si son unidades de voltaje, entonces multiplicará por 10.
Fórmula de relación señal / ruido y capacidad de canal
La relación señal / ruido afecta a todas las redes inalámbricas, y esto incluye Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE y 5G, ya que su funcionamiento depende de las señales de radio. Además, dado que funcionan mediante el uso de señales de radio, cada uno de los métodos de comunicación mencionados tiene una capacidad máxima de canal. Además, a medida que aumenta la SNR, también lo hace la capacidad del canal.
En general, la capacidad del canal, el ancho de banda y la relación señal / ruido afectan la capacidad máxima de los canales de comunicación. Además, este descubrimiento pertenece a Claude Shannon, y él hace esta correlación durante la Segunda Guerra Mundial. En los campos actuales de la electrónica y la ciencia, tanto los ingenieros como los científicos, se refieren a ella como la Ley de Shannon o el teorema de Shannon-Hartley.
De acuerdo con la Ley de Shannon, la siguiente fórmula describe esta correlación que forma la capacidad relación dependiente:
C = W log2 (1 +)
Dentro de esta fórmula:
C es igual a la capacidad del canal (bits / s)
S es igual a la potencia media de la señal recibida
N es igual a la potencia de ruido promedio
W es igual al ancho de banda (Hertz)
El teorema de Shannon-Hartley muestra que los valores de S (potencia de señal media), N (potencia de ruido media) y W (ancho de banda) establece el límite de la velocidad de transmisión.
Lograr diseños técnicos con desafíos de señal exigentes es gratificante en la industria en evolución actual.
Th La importancia de calcular con precisión la relación señal / ruido es imperativa para el objetivo final de diseños eficientes y precisos. Además, calcular la SNR también proporcionará información sobre la funcionalidad y el rendimiento del diseño. El momento de darse cuenta de que un diseño no es factible es antes de la fase de fabricación. Por lo tanto, es esencial evaluar los parámetros de diseño mediante cálculos y simulación.
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