§ Отношение сигнал/шум.
В большинстве случаев абсолютный уровень мощности шума редка является тем параметром, по которому пользователь может оценить качество системы. Как правило, для этой цели удобней пользоваться отношением мощности сигнала/шум.(С/Ш) (signal to noise ratio – S/N) на выходе системы является параметром первостепенной важности и определяется так:
Часто реальные системы работают очень большом динамическом диапазон, который, простирается на два или трех порядка величин; при этом приходится дело как с очень малым, так и с очень большим значениями отношение сигнал/шум. По этой причине величину С/Ш часто более удобно выражать в логической форме, используя величину которая называется децибел (дБ) (decibel – dB):
Для того чтобы сигнал на выходе приемника можно было соответствующим образом обработать, необходимо, чтобы мощность сигнала превышала мощность шумов на некоторую величину. В качестве простой, но весьма наглядной аналогии моно привести пример, когда два человека разговаривают поблизости от места проведения дорожных работ, где работает пневматический дрель. Полезным сигналом, а данном случае является речь, а шумом - работающей дрели. Пока собеседники находятся на достаточно большом расстоянии от дрели, они могут говорить нормально, ведь помехи еще не слишком велики. Но когда они подадут ближе к участку работ, шумы заметно усилятся, и людям придется повышать голос, чтобы перекричит их. Наконец, когда они подойдут вплотную к дрели, шумы станут столь значительными, что собеседники уже даже не смогут слышать друг друга. Ясно, что для нормальной беседы уровень сигнала должен превышать уровень шумов с некоторым запасом. Если же они будут сравнимы или, более того шумы превысят мощность сигнала, то связь будет невозможна.
Итак, очевидно, что именно отношение мощности сигнала и шума, а не и абсолютные значения, является определяющим параметром качества системы. Величина запаса помехоустойчивости необходимого для обеспечения нормальной работы устройства, зависит от типа системы и обычно определяется для каждого отдельного случая. Типичные значения приемлемого отношения сигнал/шум составляют около 50-60 дБ для высококачественного радиовещания музыкальных программ,16 дБ – для передачи речи с низким качеством и до 30 дБ – для коммерческих телефонных систем, наконец, 60 дБ – для телевизионного вещания с хорошим качеством.
Коэффициент шума.
На входе любой системы или подсистемы всегда присутствует сигнал связанный с ним; таким образом, качество входного сигнала можно оценить с помощью отношения сигнал/шум, или (С/Ш)вх. И сигнал, и шум проходят через систему и потому оба одинаково усиливаются либо ослабляются каждым каскадом. Логично было бы ожидать, что отношение сигнал шум на выходе системы, или (С/Ш)вых. Однако каждый каскад системы обычно вносит собственные шумы, поэтому отношение сигнал/шум постепенно ухудшается при прохождении сигнала от входа до выхода.
Шум, привнесенный самой системой или ее подсистемами, можно охарактеризовать количественно, используя новый параметр: коэффициент шума F. При условии, что система полностью согласовано, можно записать выражение для ее коэффициента шума:
=
где (С/Ш)вх и (С/Ш)вых могут быть выражены как отношения, так и в децибелах. Следовательно, и коэффициент шума можно записать в виде безразмерного числа или выразить в децибелах, если отношение сигнал/шум на входе и выходе системы также выражены в децибелах.
Если отношение сигнал/шум на входе системы равно отношению сигнал/шум на выходе, то это значит, что система не имеет собственных шумов, а ее коэффициент шума равен 1 (либо0 дБ). Если же система привносит шум по мере прохождения через нее сигнала, то отношение С/Ш на ее входе будет большим, чем на выходе, а значение коэффициента шума превысит 1. Таким образом, видно, что введенный нами параметр явно свидетельствует о шумовых свойствах системы, подсистемы или схемы.
Эффективная шумовая температура Тс и коэффициент шума, выраженный безразмерным числом, связаны следующим выражением:
Тс=Т0(F-1),
где Т0=290 К – комнатная температура, выраженная в градусах Кельвина, которая часто принимает в спецификации как основная рабочая температура устройств.