Quando adolescente, aprendia os meandros do áudio automotivo, muitas vezes deleitou-se com os detalhes absolutos de cada nota. Para mim, a música era inebriante, quase tanto quanto as áreas de Ciência e Eletrônica. No entanto, durante esse tempo, o surgimento do CD e, claro, o subwoofer do carro estava no centro das atenções.
Antes do CD, o vinil era a escolha certa para a reprodução de áudio, em termos de ouvir prazer. No entanto, muitos argumentariam que ainda é, sob certas condições. Além disso, o CD foi uma virada de jogo naquela época, e a clareza que proporcionava em comparação com a fita cassete era inegável. Assim como havia uma demanda por dispositivos para reproduzir o novo padrão de vídeo 4K de hoje, o mesmo acontecia com o CD.
Que, é claro, deu início ao receptor de CD de áudio do carro. Com sua clareza superior e facilidade de uso, o reinado do receptor de CD estava completo. No entanto, onde há capitalismo, você certamente encontrará concorrência direta. Esse foi certamente o caso do receptor de CD, e a diferença mais provocada que os componentes de áudio automotivos de ponta podiam usar para influenciar seus clientes era a clareza superior. A clareza de que eles estavam falando só era alcançável por meio de suas especificações de relação sinal-ruído superiores.
A única especificação que sempre era melhor do que as marcas menores era sua relação sinal-ruído (SNR). Além disso, mesmo para o ouvido não treinado, a diferença na clareza e presença musical era inegável. Portanto, se SNR pode fazer tanta diferença na clareza do som musical, sua importância nas aplicações de transmissão de sinal é exponencialmente mais crítica. Portanto, nos próximos parágrafos, discutirei o SNR e como calculá-lo para garantir a precisão do projeto.
O que é razão sinal-ruído?
Em termos de definição, SNR ou relação sinal-ruído é a relação entre a informação desejada ou a potência de um sinal e o sinal indesejado ou a potência do ruído de fundo.
Além disso, SNR é um parâmetro de medição em uso nos campos da ciência e engenharia que compara o nível do sinal desejado ao nível de ruído de fundo. Em outras palavras, SNR é a relação entre a potência do sinal e a potência do ruído, e sua unidade de expressão normalmente é decibéis (dB). Além disso, uma proporção maior que 0 dB ou maior que 1: 1 significa mais sinal do que ruído.
Além da definição técnica de SNR, a forma como eu o defino em outros termos é usando um comparativo. Por exemplo, digamos que você e outra pessoa estejam conversando em uma sala grande. No entanto, a sala está cheia de outras pessoas que também estão conversando. Além disso, algumas das outras pessoas também têm padrões de voz semelhantes aos seus e da outra pessoa envolvida em sua discussão. Como você pode imaginar, seria difícil decifrar qual pessoa está dizendo o quê.
Por que a relação sinal / ruído é importante?
Na comparação anterior, você pode obter um melhor entendimento do que se entende por um sinal ou ruído indesejado. Como você também pode imaginar, seria quase impossível entender a outra parte envolvida em sua conversa. Além disso, em um cenário como este, consideraríamos isso como um problema de sinal para ruído ou o equivalente a uma relação sinal para ruído que está abaixo dos parâmetros aceitáveis.
Agora, suponha que o sinal desejado seja um dado essencial com uma tolerância estrita ou estreita para erros, e há outros sinais interrompendo o sinal desejado. Novamente, isso tornaria a tarefa do receptor exponencialmente mais desafiadora para decifrar o sinal desejado. Em resumo, é isso que torna tão importante ter uma alta relação sinal / ruído. Além disso, em alguns casos, isso também pode significar a diferença no funcionamento ou não do dispositivo e, em todos os casos, afeta o desempenho entre o transmissor e o receptor.
Na tecnologia sem fio, a chave para o desempenho do dispositivo é o capacidade do dispositivo de distinguir os sinais aplicados como informações legítimas de qualquer ruído de fundo ou sinais no espectro. Isso resume a definição dos padrões que as especificações SNR são utilizadas para definir. Além disso, os padrões a que me refiro também garantem a funcionalidade sem fio adequada.
Noções básicas de cálculos da relação sinal-ruído
Em termos básicos, SNR é a diferença entre o sinal desejado e o nível de ruído. Além disso, em termos de definição, o piso de ruído são as transmissões de fundo especiosas que são produzidas por outros dispositivos ou por dispositivos que estão gerando interferência não intencionalmente em uma frequência semelhante. Portanto, para determinar a relação sinal-ruído, deve-se encontrar a diferença quantificável entre a intensidade do sinal desejada e o ruído indesejado subtraindo o valor do ruído do valor da intensidade do sinal.
Alcançar a integridade de sinal desejada pode será difícil em qualquer estágio do projeto.
Falando hipoteticamente, se o rádio do seu dispositivo receber um sinal de -65 dBm (decibéis por miliwatt) e o nível de ruído for de -80 dBm, o sinal resultante a relação de ruído é de 15 dB. Isso refletiria então como uma intensidade de sinal de 15 dB para esta conexão sem fio. Como tenho certeza de que você sabe, em termos de conectividade em redes sem fio, os especialistas declaram um requisito de um SNR de pelo menos 20 dB para dizer, navegar na web. No entanto, o seguinte é requisitos SNR versus valores SNR:
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5 dB a 10 dB: está abaixo do nível mínimo para estabelecer uma conexão, devido ao nível de ruído sendo quase indistinguível do sinal desejado (informações úteis).
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10 dB a 15 dB: é o mínimo aceito para estabelecer uma conexão não confiável.
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15 dB a 25 dB: normalmente é contra ided o nível minimamente aceitável para estabelecer conectividade fraca.
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25 dB a 40 dB: é considerado bom.
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41 dB ou superior: é considerado excelente.
Embora SNR seja rotineiramente usado para quantificar a clareza ou intensidade de sinais elétricos, ele também pode se aplicar a qualquer forma de sinal (transmissão). Por exemplo, é usado para descrever os níveis de isótopos em núcleos de gelo, sinalização bioquímica entre células ou clareza de som de áudio para amplificadores de carro e unidades de fonte (DVD, CD ou Digital). No entanto, com componentes de áudio, o SNR é sempre um valor positivo. Por exemplo, um SNR de 95 dB significa que o nível do sinal de áudio é 95 dB mais alto que o nível do ruído. O que, por sua vez, significa que um SNR de 95 dB é melhor do que aquele de 80 dB.
Como calcular a relação sinal / ruído
Os cálculos SNR podem ser simples ou complexos e depende dos dispositivos em questão e dos dados disponíveis. Portanto, se suas medições de SNR já estão na forma de decibéis, você pode subtrair a quantidade de ruído do sinal desejado: SNR = S – N. Isso ocorre porque quando você subtrai logaritmos, é o equivalente a dividir os números normais. Além disso, a diferença nos números é igual ao SNR. Por exemplo, você mede um sinal de rádio com uma intensidade de -10 dB e um sinal de ruído de -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Como afirmei anteriormente, o cálculo do SNR também pode estar envolvido. Portanto, para cálculos complexos, você divide o valor do sinal desejado pela quantidade de ruído e, em seguida, obtém o logaritmo comum do resultado, ou seja, log (S ÷ N). Depois disso, se as medições de intensidade do sinal forem em watts (potência), você multiplicará por 20. No entanto, se forem unidades de voltagem, você multiplicará por 10.
Fórmula da relação sinal-ruído e capacidade do canal
A relação sinal / ruído afeta todas as redes sem fio, e isso inclui Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE e 5G, uma vez que sua operação depende de sinais de rádio. Além disso, uma vez que funcionam através do uso de sinais de rádio, cada um dos métodos de comunicação mencionados tem uma capacidade máxima de canal. Além disso, à medida que o SNR aumenta, também aumenta a capacidade do canal.
No geral, a capacidade do canal, a largura de banda e a relação sinal / ruído afetam a capacidade máxima dos canais de comunicação. Além disso, essa descoberta pertence a Claude Shannon, e ele faz essa correlação durante a Segunda Guerra Mundial. Nos campos atuais da eletrônica e da ciência, engenheiros e cientistas se referem a ela como Lei de Shannon ou teorema de Shannon-Hartley.
De acordo com a Lei de Shannon, a fórmula a seguir descreve essa correlação que forma a capacidade relacionamento dependente:
C = W log2 (1 +)
Dentro desta fórmula:
C é igual à capacidade do canal (bits / s)
S é igual à potência média do sinal recebido
N é igual à potência média do ruído
W é igual à largura de banda (Hertz)
O teorema de Shannon-Hartley mostra que os valores de S (potência média do sinal), N (potência média do ruído) e W (largura de banda) define o limite da taxa de transmissão.
Alcançar projetos técnicos com desafios de sinal exigentes é recompensador no setor em evolução atual.
Th A importância de calcular com precisão a relação sinal / ruído é fundamental para o objetivo final de projetos eficientes e precisos. Além disso, computar o SNR também fornecerá uma visão sobre a funcionalidade e o desempenho do design. O momento de perceber que um projeto não é viável é antes da fase de fabricação. Portanto, é essencial avaliar os parâmetros de projeto por meio de cálculos, bem como de simulação.
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