Отношение сигнал/шум (CNR) в телекоммуникациях: определение, отличие от SNR, применение в FM радио и цифровой модуляции (QAM, PSK). Важно для качества связи.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В телекоммуникациях отношение несущей к шуму, часто обозначаемое как CNR или C/N, является отношением сигнал/шум (SNR) модулированного сигнала. Этот термин используется для разграничения CNR радиочастотного сигнала в полосе пропускания от SNR аналогового сообщения в базовой полосе после демодуляции. Например, для FM-радио, сила несущей частотой 100 МГц с модуляцией учитывается при определении CNR, а аналоговый звуковой сигнал сообщения – при определении SNR; в каждом случае, по отношению к воспринимаемому шуму. Если такое различие не требуется, термин SNR часто используется вместо CNR с тем же значением. Цифровые модулированные сигналы (например, QAM или PSK) по сути состоят из двух несущих постоянной частоты (I и Q компоненты, являющиеся несущими, сдвинутыми по фазе). Фактически, информация (биты или символы) передается определенными комбинациями фазы и/или амплитуды I и Q компонентов. Именно поэтому, в контексте цифровой модуляции, цифровые модулированные сигналы обычно называют несущими. Следовательно, для оценки качества сигнала после цифровой модуляции предпочтительнее использовать термин "отношение несущей к шуму" (CNR) вместо "отношение сигнал/шум" (SNR). Высокие значения C/N обеспечивают хорошее качество приема, например, низкий уровень битовых ошибок (BER) цифрового сообщения или высокий SNR аналогового сообщения.
In telecommunications, the carrier to noise ratio, often written CNR or C/N, is the signal to noise ratio (SNR) of a modulated signal. The term is used to distinguish the CNR of the radio frequency passband signal from the SNR of an analog base band message signal after demodulation. For example, with FM radio, the strength of the 100 MHz carrier with modulations would be considered for CNR, whereas the audio frequency analogue message signal would be for SNR; in each case, compared to the apparent noise. If this distinction is not necessary, the term SNR is often used instead of CNR, with the same definition. Digitally modulated signals (e. g. QAM or PSK) are basically made of two CW carriers (the I and Q components, which are out of phase carriers). In fact, the information (bits or symbols) is carried by given combinations of phase and/or amplitude of the I and Q components. It is for this reason that, in the context of digital modulations, digitally modulated signals are usually referred to as carriers. Therefore, the term carrier to noise ratio (CNR), instead of signal to noise ratio (SNR), is preferred to express the signal quality when the signal has been digitally modulated. High C/N ratios provide good quality of reception, for example low bit error rate (BER) of a digital message signal, or high SNR of an analog message signal.
Измерения и оценка
Соотношение C/N измеряется аналогично соотношению сигнал/шум (S/N), и обе характеристики дают представление о качестве канала связи. В знаменитой теореме Шеннона — Хартли соотношение C/N эквивалентно соотношению S/N. Соотношение C/N близко к отношению несущей к помехе (C/I, CIR) и отношению несущей к шуму и помехе, C/(N+I) или CNIR. Для оптимизации работы приемника требуются оценки C/N. Обычно проще измерить общую мощность, чем отношение мощности сигнала к мощности шума (или спектральной плотности мощности шума), поэтому методы оценки CNR актуальны и важны.
The C/N ratio is measured in a manner similar to the way the signal to noise ratio (S/N) is measured, and both specifications give an indication of the quality of a communications channel. In the famous Shannon–Hartley theorem, the C/N ratio is equivalent to the S/N ratio. The C/N ratio resembles the carrier to interference ratio (C/I, CIR), and the carrier to noise and interference ratio, C/(N+I) or CNIR. C/N estimators are needed to optimize the receiver performance. Typically, it is easier to measure the total power than the ratio of signal power to noise power (or noise power spectral density), and that is why CNR estimation techniques are timely and important.
Отношение плотности носителя к уровню шума
В спутниковой связи отношение мощности несущей к спектральной плотности шума (C/N0) – это отношение мощности несущей C к спектральной плотности шума N0, выраженное в дБ·Гц. Если учитывать шум, создаваемый только приемником, это отношение называют отношением мощности несущей к спектральной плотности шума приемника. Оно определяет, способен ли приемник захватить несущую и восстановить информацию, закодированную в сигнале, при заданном уровне шума в принятом сигнале. Отношение мощности несущей к спектральной плотности шума приемника обычно выражается в дБ·Гц. Спектральная плотность шума, N0=kT, представляет собой мощность шума приемника на один герц и может быть выражена через постоянную Больцмана k (в джоулях на кельвин) и температуру шума T (в кельвинах).
In satellite communications, carrier to noise density ratio (C/N0) is the ratio of the carrier power C to the noise power density N0, expressed in dB Hz. When considering only the receiver as a source of noise, it is called carrier to receiver noise density ratio. It determines whether a receiver can lock on to the carrier and if the information encoded in the signal can be retrieved, given the amount of noise present in the received signal. The carrier to receiver noise density ratio is usually expressed in dB Hz. The noise power density, N0=kT, is the receiver noise power per hertz, which can be written in terms of the Boltzmann constant k (in joules per kelvin) and the noise temperature T (in kelvins).