10代の頃、カーオーディオの詳細を学びながら、私はよくすべての音符の細部に浸りました。私にとって、音楽は科学と電子工学の分野とほぼ同じくらい酔わせていました。しかし、この間、コンパクトディスク、そしてもちろん車のサブウーファーの登場が中心となりました。
コンパクトディスクが登場する前は、オーディオ再生の明確な選択肢はビニールでした。聞く喜びの。しかし、多くの人は、特定の条件下では、それがまだあると主張するでしょう。さらに、CDは当時のゲームチェンジャーであり、カセットテープと比較してCDが提供する明瞭さは否定できませんでした。今日の新しい4Kビデオ規格を再生するデバイスが求められていたように、コンパクトディスクにも同じことが当てはまりました。
もちろん、これはカーオーディオCDレシーバーの先駆けとなりました。その優れた透明度と使いやすさで、CDレシーバーの統治は完了しました。しかし、資本主義があるところでは、あなたは直接の競争を見つけることは確実です。これは間違いなくCDレシーバーの場合であり、ハイエンドのカーオーディオコンポーネントが顧客を揺さぶるために使用できる最も罵倒された違いは、優れた明瞭さでした。彼らが話していた明快さは、優れた信号対雑音比の仕様によってのみ達成可能でした。
常に下位ブランドよりも優れていた仕様の1つは、信号対雑音比（SNR）でした。さらに、訓練を受けていない耳でも、明瞭さと音楽的存在感の違いは否定できませんでした。したがって、SNRが音楽の音の明瞭さを大きく変えることができる場合、信号伝送アプリケーションにおけるSNRの重要性は指数関数的に重要になります。したがって、次の数段落で、SNRと、設計の正確性を確保するためにSNRを計算する方法について説明します。
信号対雑音比とは
定義の観点から、SNRまたは信号対雑音比は、信号の必要な情報または電力と、不要な信号またはバックグラウンドノイズの電力との比率です。
また、SNRは、フィールドで使用される測定パラメーターです。目的の信号のレベルをバックグラウンドノイズのレベルと比較する科学技術の分野。言い換えると、SNRは信号電力とノイズ電力の比率であり、その表現の単位は通常デシベル（dB）です。また、0 dBより大きいか1：1より大きい比率は、ノイズよりも信号が多いことを意味します。
SNRの技術的な定義とは別に、私が別の言葉で定義する方法は、比較を使用することです。たとえば、あなたと他の1人が会話をしている大きな部屋の中にいるとします。しかし、部屋は会話をしている他の人々でいっぱいです。さらに、他の何人かの個人も、あなたやあなたの議論に関与している他の個人と同様の声のパターンを持っています。ご想像のとおり、誰が何を言っているのかを理解するのは難しいでしょう。
信号対雑音比が重要な理由
前の比較では、よりよく理解することができます。不要な信号やノイズが何を意味するのか。ご想像のとおり、会話の相手を理解することはほぼ不可能です。また、このようなシナリオでは、これは信号対雑音比の問題、または許容可能なパラメータを下回る信号対雑音比に相当すると見なされます。
ここで、目的の信号が必須データであると仮定します。エラーに対する厳密または狭い許容範囲を持ち、他の信号が目的の信号を妨害します。この場合も、受信機のタスクは、目的の信号を解読するのが指数関数的に難しくなります。要約すると、これが信号対雑音比を高くすることが非常に重要になる理由です。さらに、場合によっては、これはデバイスが機能するかどうかの違いを意味することもあり、すべての場合において、送信機と受信機の間のパフォーマンスに影響します。
ワイヤレステクノロジーでは、デバイスのパフォーマンスの鍵は適用された信号を正当な情報としてバックグラウンドノイズまたはスペクトル上の信号から区別するデバイスの機能。これは、SNR仕様が設定に使用される標準の定義の典型です。さらに、私が参照している標準は、適切なワイヤレス機能も保証します。
信号対雑音比の計算の基本
基本的に、SNRは目的の信号間の差です。とノイズフロア。また、定義の観点から、ノイズフロアは、他のデバイスまたは同様の周波数で意図せずに干渉を生成しているデバイスによって生成される、疑わしいバックグラウンド送信です。したがって、信号対雑音比を確認するには、信号強度値からノイズ値を差し引くことによって、目的の信号強度と不要なノイズの間の定量化可能な差を見つける必要があります。
目的の信号整合性を実現するには設計のどの段階でも困難です。
仮に、デバイスの無線が-65 dBm（ミリワットあたりのデシベル）の信号を受信し、ノイズフロアが-80 dBmの場合、結果の信号は対ノイズ比は15dBです。これは、このワイヤレス接続の信号強度15 dBとして反映されます。ご存知のとおり、ワイヤレスネットワークの接続性に関して、専門家は少なくともSNRの要件を述べています。 20 dBと言うと、Webをサーフィンします。ただし、SNR要件とSNR値の関係は次のとおりです。
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5 dB〜10 dB：接続を確立するための最小レベルを下回っています。ノイズレベルが目的の信号とほとんど区別できない場合（有用な情報）。
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10 dB〜15 dB：信頼性の低い接続を確立するために許容される最小値です。
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15 dB〜25 dB：通常は短所です不十分な接続を確立するために最低限許容できるレベルを検討しました。
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25 dB〜40 dB：良好と見なされます。
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41 dB以上：優れていると見なされます。
SNRは、電気信号の明瞭度や強度を定量化するために日常的に使用されていますが、どのような形式にも適用できます。信号（送信）。たとえば、氷床コアの同位体レベル、細胞間の生化学的信号、またはカーアンプとソースユニット（DVD、CD、またはデジタル）のオーディオサウンドの明瞭さを説明するために使用されています。ただし、オーディオコンポーネントの場合、SNRは常に正の値です。たとえば、SNRが95 dBの場合、オーディオ信号のレベルがノイズのレベルより95dB高いことを意味します。つまり、95dBのSNRは80dBのSNRよりも優れているということです。
信号対雑音比の計算方法
SNRの計算は単純でも複雑でもかまいません。 、およびそれは問題のデバイスと利用可能なデータによって異なります。したがって、SNR測定値がすでにデシベル形式である場合は、目的の信号からノイズ量を減算できます。SNR= S-N。これは、対数を減算すると、通常の数値を除算するのと同じであるためです。また、数値の差はSNRに等しくなります。たとえば、強度が-10 dBの無線信号と、ノイズ信号が-50dBの場合を測定します。 -10-（-50）= 40dB。
前述したように、SNRの計算も含まれる可能性があります。したがって、複雑な計算の場合は、目的の信号の値をノイズの量で除算してから、結果の常用対数、つまりlog（S÷N）を取ります。この後、信号強度の測定値がワット（電力）の場合は20を掛けます。ただし、電圧の単位の場合は10を掛けます。
信号対雑音比の式およびチャネル容量
信号対雑音比はすべてのワイヤレスネットワークに影響します。これらの動作は無線信号に依存するため、Bluetooth、Wi-Fi、4G、4G LTE、および5Gが含まれます。また、無線信号を利用して機能するため、上記の各通信方式には最大のチャネル容量があります。さらに、SNRが増加すると、チャネル容量も増加します。
全体として、チャネル容量、帯域幅、および信号対雑音比はすべて、通信チャネルの最大容量に影響します。さらに、この発見はクロードシャノンに属しており、彼は第二次世界大戦中にこの相関関係を示しています。今日の電子工学と科学の分野では、エンジニアと科学者は同様に、それをシャノンの法則またはシャノンハートレーの定理と呼びます。
シャノンの法則によれば、次の式は、容量を形成するこの相関関係を表しています。依存関係：
C = W log2（1 +）
この式内：
Cはチャネルの容量（ビット/秒）に等しい
Sは平均受信信号電力に等しい
Nは平均ノイズ電力に等しい
Wは帯域幅（ヘルツ）に等しい
シャノンハートレーの定理は、値がS（平均信号電力）、N（平均ノイズ電力）、およびW（帯域幅）の組み合わせにより、伝送速度の制限が設定されます。
要求の厳しい信号の課題を伴う技術設計を達成することは、現在の進化する業界でやりがいがあります。
Th信号対雑音比を正確に計算することの重要性は、効率的で正確な設計という究極の目標にとって不可欠です。さらに、SNRを計算すると、設計機能と設計パフォーマンスに関する洞察も得られます。設計が実現不可能であることに気付く時期は、製造段階の前です。したがって、シミュレーションだけでなく計算を通じて設計パラメータを評価することが不可欠です。
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