SNR چیست؟ نحوه محاسبه دقیق به‌علاوه راه‌های افزایش آن

SNR در واقع مخفف عبارت Signal-to-noise ratio یا به فارسی «نسبت سیگنال به نویز» است که به صورت S/N نیز خوانده می‌شود. SNR معیاری برای سنجش نسبت سیگنال مطلوب به سیگنال نامطلوب یا همان نویز است که معمولا با واحد دسی‌بل اندازه‌گیری می‌شود. نسبتی بالاتر از ۱:۱ (بیشتر از صفر دسی‌بل) نشان‌دهنده سیگنال بیشتر نسبت به نویز است.

برای درک اولیه بهتر، فرض کنید شما در اتاقی بزرگ قرار دارید که با یک نفر دیگر در حال مکالمه در مورد موضوعی خاص هستید، حال این را هم اضافه کنید که تعداد زیادی از افراد دیگر نیز در همان اتاق در حال مکالمه با یکدیگر باشند. یکی در حال قهقه زدن، یکی در حال بلند بلند حرف زدن و هر کسی را به شکلی تصور کنید (نویزها). الان باید ناراحت باشید، چون شنیدن و داشتن یک مکالمه مناسب با مخاطب‌تان (سیگنال‌های مطلوب) بسیار دشوار می‌شود.

در این مفاله از مجله تکنولوژی ایده آل تک به صورت دقیق و مفصل به بررسی مفهوم SNR خواهیم پرداخت و بعد از آن، روش‌های محاسبه و راه‌های افزایش آن را نیز معرفی می‌کنیم.

SNR چه کاربردی دارد و چرا مهم است؟

در مورد مثال بالا بیشتر فکر کنید. هر چقدر تعداد افراد (نویزها) کمتر شود چالش شما برای شنیدن حرف‌های طرف مقابل‌تان آسان‌تر است.

حال فرض کنید سیگنال مطلوب شما، شامل داده‌های حساس و ضروری‌ای می‌شود که تحمل محدودی در برابر خطاها دارد و در آن طرف قضیه هم سیگنال‌هایی وجود دارند که در صدد اخلال در سیگنال مطلوب شما هستند. حال دوباره باید اشاره کنم که کار دستگاه گیرنده بسیار چالش‌برانگیز بوده و تشخیص درست سیگنال‌های مورد نظر شما، سخت می‌شود.

در نهایت این همان دلیلی است که SNR را مهم و نسبت سیگنال به نویز را یک معیار با اهمیت تلقی می‌کند. به‌علاوه در بعضی از موارد، SNR می‌تواند به دلیل تفاوت‌هایی که در عملکرد دستگاه‌ها وجود دارد باشد، همچنین این مورد کارایی میان فرستنده و گیرنده را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

نحوه محاسبه SNR

نسبت سیگنال به نویز با تعریف نسبت قدرت سیگنال (ورودی بامعنی) به قدرت نویز پس‌زمینه (ورودی بی معنی یا ناخواسته) تعریف می‌شود.

فرمول محاسبه SNR
فرمول محاسبه SNR

در فرمول بالا، P میانگین قدرت سیگنال‌ها است. هر دو سیگنال و نویز باید با هم و در یک نقطه معادل یکدیگر در سیستم و همچنین با پهنای باند مشابه اندازه‌گیری شوند.

از آنجا که بسیاری از سیگنال‌ها دارای محدوده داینامیکی وسیعی هستند، معمولا با مقیاس دسی‌بل لگاریتمی بیان می‌شوند. بر اساس تعریف دسی‌بل، سیگنال و نویز به دسی‌بل، به صورت زیر نمایش داده می‌شوند:

محاسبه SNR
محاسبه سیگنال
محاسبه نویز به دسی‌بل در SNR
محاسبه نویز

در بالا به صورت خلاصه‌وار به نحوه محاسبه SNR پرداختیم، باید گفت این زمینه بسیار وسیع‌تر از مواردی که در بالا ذکر شد بوده و برای کسب اطلاعات بیشتر باید بیشتر در این زمینه مطالعه داشته باشید.

جلوگیری از هک وای فای Wi-Fi
بخوانید

اندازه‌گیری و مشاهده SNR در مودم

برای اینکه بتوانید SNR مودم خود را مشاهده کنیدt نیاز به محاسبه دستی و استفاده از فرمول‌های بالا نیست! برای اینکار باید وارد پنل مدیریت مودم خود شده و سپس در آنجا به دنبال SNR باشید.

برای این کار و بسته به اینکه از دستگاه مورد ساخت چه شرکتی استفاده می‌کنید، از طریق یکی از آدرس‌های زیر وارد پنل مدیریت مودم خود شوید:

شرکت مودم\روتر آدرس پنل مدیریت
تی‌پی لینک | TP-LINK ۱۹۲.۱۶۸.۱.۱
دی لینک | D-LINK ۱۹۲.۱۶۸.۰.۱
ایسوس | ASUS https://router.asus.com
وستل | WESTELL ۱۹۲.۱۶۸.۲۰۰.۱
لینک‌سیس | Linksys ۱۹۲.۱۶۸.۱.۱
هواوی | Huawei ۱۹۲.۱۶۸
درایتک | Draytek ۱۹۲.۱۶۸.۱.۱
موتورولا | Motorola ۱۹۲.۱۶۸.۰.۱
بوفالو | BUFFALO ۱۹۲.۱۶۸.۱۱.۱
نت‌گیر | NETGEAR ۱۹۲.۱۶۸.۱.۱
نت‌کام | NetComm ۱۹۲.۱۶۸.۲۰.۱

بعد از اینکه با موفقیت به پنل مدیریت مودم خود وارد شدید، مراحل زیر را برای محاسبه SNR انجام دهید:

  1. ابتدا با صفحه‌ای مشابه صفحه زیر مواجه خواهید شد که باید نام‌کاربری و گذرواژه خود را وارد و سپس به پنل لاگین کنید. (نام‌کاربری و گذرواژه پیش‌فرض در دفترچه یا روی جعبه مودم نوشته شده است.)
    SNR چیست
  2. بعد از اینکه وارد پنل شدید باید دنبال قسمتی با نام SNR باشید. در بیشتر مودم\روترها این بخش در صفحه اصلی قرار دارد.
    نمایش SNR در مودم
در تصویر بالا می‌توان «SNR Margin»، «Data Rate» و «Power» را مشاهده کرد. به بخش SNR Margin توجه کنید، این بخش نتیجه سنجش SNR مودم شماست. برای اینکه از حداقل‌ها برخوردار باشید باید این مقدار کمتر از ۲۰ دسی‌بل نباشد، محققان این حوزه بر این باورند که با SNR margin کمتر از ۲۰ نمی‌توان به جستجو در وب پرداخت.

در زیر می‌توانید وضعیت شبکه خود را بر اساس مقدار این معیار بسنجید:

  • ۵ تا ۱۰ دسی‌بل: بسیار پایین‌تر از کمترین سطحی است که بتوان یک اتصال را برقرار کرد. در این حالت مقدار نویز بسیار بالاست.
  • ۱۰ تا ۱۵ دسی‌بل: حداقل مقدار قابل پذیرش برای برقرار کردن یک اتصال غیر قابل اعتماد.
  • ۱۵ تا ۲۵ دسی‌بل: معمولا به عنوان حداقل سطح پذیرفته شده برای برقرار کردن یک ارتباط ضعیف تلقی می‌گردد.
  • ۲۵ تا ۴۰ دسی‌بل: به عنوان یک مقدار خوب تلقی می‌شود.
  • ۴۱ دسی‌بل و بالاتر: به عنوان یک مقدار بسیار عالی در نظر گرفته می‌شود.

دو فاکتور دیگر به نام‌های Downstream و Upstream در این بخش دیده می‌شود. همانطور که می‌دانید این‌ها مشخص کننده وضعیت دانلود و آپلود یا ارسال و دریافت هستند.

کاهش نویز – افزایش SNR

همه اندازه‌گیری‌های واقعی با نویز تحت تاثیر قرار می‌گیرند. این نویز شامل نویز الکترونیکی می‌شود، اما ممکن است رویدادهای خارجی نیز روی پدیده اندازه‌گیری تاثیر بگذارند. وزش باد، قدرت جاذبه ماه، تغییرات دما، تغییرات رطوبت و … همگی با توجه به نوع اندازه‌گیری و حساسیت دستگاه تاثیرگذار هستند. در اغلب مواقع می‌توان با کنترل محیط، نویز را کاهش داد.

نویزهای داخلی را می‌توان با استفاده از LNA یا تقویت‌کننده نویزهای ضعیف کاهش داد یا از بین برد.

LNA یا Low-noise amplifier تقویت‌کننده‌ای الکترونیکی برای تقویت سیگنال‌های بسیار ضعیف است. این تقویت‌کننده معمولاً بسیار نزدیک به آنتن گیرنده قرار داده می‌شود تا نسبت سیگنال به نویز در هنگام پردازش سیگنال دریافتی افت نکند. یک تقویت‌کننده عادی، هم سیگنال و هم نویز را تقویت می‌کند. LNAها طوری طراحی شده‌اند تا اثر نویز را به حداقل برسانند.

زمانی که مشخصات نویز شناخته شده باشد و بتوان آن را از سیگنال متمایز کرد، این امکان وجود دارد که از فیلتر برای کاهش نویز استفاده کنیم. برای مثال، یک تقویت‌کننده حساس به فاز یا lock-in amplifier می‌تواند یک پهنای باند باریک سیگنال را از میلیون‌ها نویز قوی  استخراج کند.

تقویت‌کننده حساس به فاز یا Lock-in amplifier نوعی دستگاه اندازه گیری است که می‌تواند یک سیگنال ضعیف الکتریکی را که سوار یک موج حامل با فرکانس و فاز مشخص است از یک محیط پر از نویز استخراج کند.

هنگامی که سیگنال ثابت یا دوره‌ای است و نویز به صورت تصادفی در نظر گرفته شود، می‌توان SNR را با اندازه‌گیری میانگین سیگنال (Signal averaging) تقویت کرد. در این حالت، همانگونه که جذر نمونه‌های میانگین گرفته‌شده پایین می‌رود نویز نیز کاهشی می‌شود.

میانگین‌گیری سیگنال یا Signal averaging یک تکنیک از پردازش سیگنال است که بر روی تایم دومین (تحلیل سیگنال‌ها بر اساس زمان) اعمال می‌شود که با در نظر گرفتن افزایش قدرت سیگنال نسبت به نویزی که آن را مبهم می‌سازد انجام می‌گیرد.

موارد بالا مربوط به مطالعات تخصصی این حوزه است، کاربران خانگی می‌توانند با استفاده از DSL filter یا اسپلیتر خط تلفن را از ADSL جدا کرده و باعث کاهش نویز روی روی ADSL خود شوند. همچنین باید اطمینان حاصل کرد که اسپلیتر مورد استفاده سالم باشد تا بهترین کارایی و عملکرد را از آن ببینید.

توصیه دیگر بررسی سوکت‌ها و سیم‌های مودم\روتر و خط تلفن است. اطمینان حاصل کنید که آنها کاملا سالم باشند و حدالامکان مسیر سیم‌ها را کوتاه‌تر کنید.

کلام پایانی 

در این مقاله دیدیم که SNR چیست و کاربرد و نحوه محاسبه آن را به طور کامل با یکدیگر بررسی کردیم. همینطور دانستیم که این یک معیار مهم برای سنجش ضعیف یا قوی بودن یک ارتباط است. در ادامه SNR Margin را در پنل مدیریت مودم خود چک کردیم و انواع مقادیر آن را از ۵ دسی‌بل تا بالاتر دسته‌بندی کردیم. در آخر نیز پی بردیم که چگونه می‌توانیم SNR خود را افزایش دهیم و از ارتباطی بهتر و پایدارتر برخوردار شویم.

شما همراهان عزیز مجله ایده آل تک می‌توانید کلیه سوالات خود را در زمینه SNR، در بخش نظرات همین مقاله مطرح نمایید تا ما در اولین فرصت، پاسخگو باشیم.

ممکن است شما دوست داشته باشید
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
View all comments
0
افکار شما را دوست دارم، لطفا نظر دهیدx
()
x