Konsep ADC, DAC, BER, SNR sederhanaa

ADC DAN DAC

by Anindya on December 8, 2012

1. Analog to Digital Converter (ADC)

Analog to Digital Converter atau ADC yang artinya pengubah dari analog ke digital. Fungsi dari ADC adalah untuk mengubah data analog menjadi data digital yang nantinya akan masuk ke suatu komponen digital yaitu mikrokontroller AT89S51. Inputan dari ADC ini ada 2 yaitu input positif (+) dan input negatif (-). ADC 0804 ini terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter.

V (+) dan V (-) adalah inputan tegangan analog differensial sehingga data tegangan yang akan diproses oleh ADC adalah selisih antara Vi (+) dan Vi (-). Vref adalah tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besarnya tegangan referensi ini adalah setengah dari tegangan input maksimal. Hal ini bertujuan agar pada saat inputan maksimal data digital juga akan maksimal. Frekuensi clock dari ADC dapat diatur dengan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk dengan ketentuan :

Fclk = 1 / (1,1 RC)

Chip select fungsinya untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah inputan yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi logika low. Write berfungsi untuk melakukan start konversi ADC diaktifkan pada kondisi logika low. Instruksi berfungsi untuk mendeteksi apakah konversi telah selesai atau tidak, jika sudah selesai maka pin instruksi akan mengeluarkan logika low. Data outputan digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7) biner 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, sehingga kemungkinan angka decimal yang akan muncul adalah 0 sampai 255 dapat diambil pada pin D0 sampai D7. DB0-DB7 mempunyai sifat latching.

Gambar : Konfigurasi Pin ADC 0804

Deskripsi Fungsi Pin ADC 0804 :

WR, pulsa transisi high to low pada input input write maka ADC akan melakukan konversi data, tegangan analog menjadi data digital. Kode 8 bit data akan ditransfer ke output lacht flip – flop.
INT, bila konversi data analog menjadi digital telah selesai maka pin INT akan mengeluarkan pulsa transisi high to low. Perangkat ADC dapat diopersikan dalam mode free running dengan menghubungkan pin INT ke input WR.
CS, agar ADC dapat aktif , melakukan konversi data maka input chip select harus diberi logika low. Data output akan berada pada kondisi three state apabila CS mendapat logika high.
RD, agar data ADC data dapat dibaca oleh sistem mikroprosessor maka pin RD harus diberi logika low.
Tegangan analog input deferensial, input Vin (+) dan Vin (-) merupakan input tegangan deferensial yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input. Dengan memanfaatkaninput Vin maka dapat dilakukan offset tegangan nol pada ADC.
Vref, tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input tegangn pada Vin (+) dan Vin (-), Vref = Vin / 2.

Vresolusi = Vin max / 255.

CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternaldapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger

Resolusi dari converter menandakan nilai angka diskret yang menghasilkan range nilai analog, biasanya ditulis dalam biner dalam bit-bit. Contoh ADC dengan resolusi 8 bit dapat mengenkode masukan analog ke 256 (2⁸=256), yang merepresentasikan range dari 0 sampai 255 (unsigned integer) atau dari -128 ke 127 (signed integer) tergantung pada aplikasi.

Resolusi juga dapat didefinisikan secara elektris dan diekspresikan dalam volt. Resolusi tegangan ADC sama dengan range pengukuran tegangan dibagi dengan jumlah interval diskret, sebagaimana ditunjukkan berikut;

Dimana Q merupakan resolusi dalam volt per step (volt per kode keluaran), E_FSRmerupakan skala penuh range tegangan = V_RefHi – V_refLow, M merupakan resolusi ADC dalam bit dan N merupakan jumlah interval yang diberikan oleh kode keluaran dimana N=2^M.

Contoh 1;

Range skala pengukuran = 0 sampai 10 V

Resolusi ADC adalah 12-bit, sehingga 2¹² = 4096 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (10V – 0V)/4096 kode = 10V/4096 kode menghasilkan 0,00244V/kode≈2,44mV/kode.

Contoh 2;

Range skala pengukuran = -10 sampai +10 V

Resolusi ADC adalah 14-bit, sehingga 2¹⁴ = 16384 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (10V – (-10V))/16384 kode = 20V/16384 kode menghasilkan 0,00122V/kode≈1,22mV/kode.

Contoh 3;

Range skala pengukuran = 0 sampai 8 V

Resolusi ADC adalah 3-bit, sehingga 2³ = 8 kode

Resolusi tegangan ADC adalah (8V – 0V))/8 kode = 8V/8 kode menghasilkan 1V/kode≈1000mV/kode.

Pada prakteknya, kode keluaran terkecil (“0” dalam unsigned) mewakili range tegangan 0,5X dari resolusi tegangan ADC (Q) sementara kode keluaran terbesar mewakili range tegangan 1,5X resolusi tegangan ADC (maksudnya 50% lebih lebar dari resolusi tegangan ADC. Kode N-2 semua lebarnya sama dan mewakili resolusi tegangan ADC (Q)). Misal sebagaimana pada contoh 3, dengan 3-bit ADC yang mempunyai range 8V, masing-masing bagian N akan diwakili 1V, kecuali yang pertama (kode ke-0) yang mempunyai lebar 0,5V dan terakhir (kode ke-7) yang mempunyai lebar 1,5V. Sehingga kode ke-1 mempunyai range tegangan dari 0,5-1,5V, kode ke-2 mempunyai range tegangan dari 1,5-2,5V dan seterusnya. Lalu jika sinyal masukan berada pada 3/8 dari range tegangan maka keluaran ADC adalah kode ke-3 dan seterusnya akan demikian dengan range tegangan 2,5/8 dan 3,5/8. Hal ini disebut dengan operasi “Mid-tread” dan dapat dimodelkan secara matematis sebagai:

Pada prakteknya, resolusi dari converter dibatasi oleh signal-to-noise ratio terbaik yang dapat dicapai untuk digitized signal. ADC dapat menghasilkan sinyal dengan resolusi bit angka tertentu yang disebut “effective number of bits” (ENOB). Satu resolusi bit saja dapat merubah signal-to-noise ratio dari digitized signal oleh 6dB, jika resolusi dibatasi oleh ADC. Jika preamplifier digunakan pada konversi A/D makaamplifier akan berkontribusi pada hasil SNR (Signal-to-Noise Ratio).

2. Digital to Analog Converter (DAC)

DAC adalah salah satu komponen elektronika yang cukup ampuh untuk pengaturan sebuah sistem berbasis digital, dengan kemampuan mengubah dari data digital ke tegangan analog.

DAC0808 adalah sebuah digital to analog converter 8-bit monolothic yang mempunyai waktu settling sekitar 150 ns. Tidak diperlukan setting arus referensi (I_REF)dalam berbagai penerapan. Pada pengaturan skala penuh arus output yang dikeluarakan umumnya 255 (I_REF/256). Arus power supply dari DAC0808 tidak bergantung pada kode bit dan akan menunjukkan karakteristik DAC yang tetap konstan pada keseluruhan jangkauan tegangan. DAC0808 mempunyai jangkauan tegangan power supply: ±4,5V sampai ±18V dengan konsumsi daya berkisar 33 mW pada tegangan ±5V. Untuk penggunaan interface ADC0808 dapat dihubungkan langsung ke level logika CMOS, TTL dan DTL.

Gambar : Konfigutasi Pin DAC0808

A1-A8, input digital 8 bit, data inputan yang akan dikonversikan ke besaran tegangan analog.
V_REF(-),V_REF(+)input tegangan referensi yang digunakan untuk mengatur levelouput tegangan analog.
Compensation, pin compensation dihubungkan dengan menggunakan capasitor ke V_EE atau ground untuk mempertahankan batas fase yang bersesuaian.

Gambar : Koneksi rangkaian DAC dan konverter arus ke tegangan

Pengubahan besaran analog ke digital ditentukan oleh besar tegangan input maksimum yang diukur dalam Volt, mVolt atau uVolt, sedang nilai konversi digitalnya juga bebas ditentukan hal ini tergantung berapa bita yang digunakan untuk mengkonversinya. Begitu pula untuk pengubah digital ke analog juga sama dan hasil konversi tergantung pula pada besar tegangan referensinya.

Bila kita gunakan tegangan tertinggi untuk konversi 15 volt maka setiap kenaikan nilai konversi adalah 1 volt jadi bila nilai digital 0100 hasil konversinya adalah 4x1volt = 4 volt. Seandainya nilai tertinggi dibuat 4,5 volt maka setiap kenaikan adalah 0,3 volt sehingga bila nilai digital 0100 hasil konversinya adalah 4×0,3volt = 1,2 volt.

Gambar : Pengubah digital ke analog (DAC) 4 bit

Dari penjelasan diatas dapat ditentukan jumlah harga tegangan atau aplitudo sebagai hasil konversi adalah tergantung pada jumlah bit digital yang dikonversikan, dan besar kecilnya harga analog hasil konversi juga ditentukan oleh besar kecilnya tegangan referensi.

Makin banyak jumlah bit yang digunakan untuk konversi maka akan semakin banyak jumlah harga amplitudo yang di dapat, dan dengan semakin banyaknya jumlah tersebut akan menyebabkan tingkat kehalusan konversi semakin tinggi. Sebagai contoh untuk konversi tegangan analog 10 volt dengan menggunakan jumlah bit 10, maka akan didapatkan jumlah harga amplitudo 1024 dengan demikian akan diperoleh perbedaan setiap tingkat konversi adalah 10volt dibagi (1024-1) yaitu sama dengan 9,77 milivolt dan bila digunakan 8 bit maka perbedaan setiap tingkat konversi adalah 39,21 milivolt.

Contoh: Tentukan hasil konversi digital ke analog 5 bit bila input 11111, dimana untuk nilai input 00001 tegangan output 0,2 volt!

Jawab: Jumlah harga amplitudo untuk DAC 5 bit adalah 32, sedang harga konversi setiap tingkat 0,2 volt maka tegangan untuk konversi 11111 adalah nilai tertinggi yaitu sama dengan (32-1)x0,2volt = 6,2 volt.

Dengan cara lain dapat pula kita hitung berdasarkan konversi tiap tingkat, yaitu sebagai berikut:

1111_B = 3,2 volt + 1,6 volt + 0,8 volt + 0,4 volt + 0,2 volt = 6,2 volt.

Secara struktur dari contoh diatas dapat kita tuliskan sebagai berikut:

Tingkat	2⁴	2³	2²	2¹	2⁰
Bit Digital	1	1	1	1	1
Konversi	(2⁴x0,2) =3,2 V	(2³x0,2) =1,6 V	(2²x0,2) =0,8 V	(2¹x0,2) =0,4 V	0,2 V

Dari contoh diatas dapat kita tuliskan rumus konversi secara umum sebagai berikut:

dimana : Vo = tegangan output hasil konversi

N = jumlah bit konversi

a = logika digit hasil konversi

Vk = besar konversi setiap tingkat (volt)

Bit error rate

Bit error rate atau Bit error ratio biasa disingkat dengan BER, merupakan sejumlah bit digital bernilai tinggi pada jaringan transmisi yang ditafsirkan sebagai keadaan rendah atau sebaliknya, kemudian dibagi dengan sejumlah bit yang diterima atau dikirim atau diproses selama beberapa periode yang telah ditetapkan.
Sebagai contoh, diasumsikan berikut ini urutan bit yang ditransmisikan:
0 1 1 0 0 0 1 0 1 1,
dan pada alat penerima akan menterjemahkan urutan bit sebagai berikut:
0 0 1 0 1 0 1 0 0 1,
Maka BER pada kasus ini ada 3 kesalahan penafsiran bit (yang digaris bawah) kemudian sebagai nilai BER yang dihasilkan adalah nilai kesalahan ini dibagi dengan sejumlah bit yang kirim yaitu 10 bit, sehingga didapatkan 0.3 atau 30%.
Kesalahan bit _e probabilitas p adalah nilai harapan dari BER. BER ini dapat dianggap sebagai estimasi perkiraan probabilitas kesalahan bit. Perkiraan ini cukup akurat untuk interval waktu yang lama dipelajari dan sejumlah besar kesalahan bit.

Packet tingkat kesalahan

Kesalahan paket rate (PER) adalah jumlah paket data yang ditransfer tidak benar dibagi dengan jumlah paket yang ditransfer. Sebuah paket diasumsikan tidak benar jika paling tidak satu bit tidak benar. Nilai harapan PER yang dilambangkan paket probabilitas kesalahan _p p, yang untuk panjang paket data bit N dapat dinyatakan sebagai:
p _p = 1 − (1 − p _e ) ^N , p _p = 1 – (1 – _e p) ^N,
asumsi bahwa kesalahan sedikit yang independen satu sama lain Untuk probabilitas kesalahan bit yang kecil, ini adalah sekitar:

Faktor-faktor yang mempengaruhi BER

Dalam sistem komunikasi, BER sisi penerima mungkin akan terpengaruh oleh saluran transmisi noise , interferensi , distorsi , sinkronisasi bit masalah, redaman , nirkabel multipath fading , dll
BER ini dapat ditingkatkan dengan memilih kekuatan sinyal yang kuat (kecuali ini menyebabkan lintas-talk dan kesalahan sedikit lebih), dengan memilih lambat dan kuat modulasi atau skema line coding skema, dan dengan menerapkan pengkodean kanal skema seperti berlebihan maju koreksi kesalahan kode .
BER transmisi adalah jumlah bit yang salah terdeteksi sebelum koreksi kesalahan, dibagi dengan jumlah bit yang ditransfer (termasuk kode kesalahan berlebihan). BER informasi, kira-kira sama dengan probabilitas kesalahan decoding, adalah jumlah bit decode yang tetap salah setelah koreksi kesalahan, dibagi dengan jumlah bit diterjemahkan (informasi yang berguna). Biasanya BER transmisi lebih besar dari BER informasi. BER informasi dipengaruhi oleh kekuatan kode kesalahan koreksi ke depan.

Analisis BER

BER mungkin dianalisa dengan menggunakan simulasi komputer stokastik. Jika transmisi sederhana saluran model dan sumber data model diasumsikan, BER juga dapat dihitung secara analitik. Sebuah contoh dari model sumber data adalah Bernoulli sumber.
Contoh seperti model saluran sederhana adalah:

Biner simetris channel (digunakan dalam analisis probabilitas decoding kesalahan dalam kasus bursty non-bit kesalahan pada saluran transmisi)
Aditif white gaussian noise (AWGN) channel tanpa fading.

Sebuah skenario terburuk adalah saluran-benar acak, di mana kebisingan benar-benar mendominasi selama sinyal berguna. Hal ini menghasilkan BER transmisi sebesar 50% (dengan ketentuan bahwa suatu Bernoulli biner sumber data dan kanal simetris biner diasumsikan, lihat di bawah).

Ket gambar di atas:

Bit-error rate kurva untuk BPSK , QPSK , 8-PSK dan 16-PSK, AWGN channel.

Ket gambar di samping

BER perbandingan antara BPSK dan -encoded BPSK diferensial dengan abu-abu-coding yang beroperasi di white noise.
Dalam saluran bising, BER sering dinyatakan sebagai fungsi dari dinormalisasi -to-noise rasio carrier mengukur dinotasikan Eb/N0 , (energi per bit terhadap noise rasio kepadatan spektral daya), atau Es/N0 (energi per simbol modulasi untuk kepadatan spektral noise).
Misalnya, dalam kasus QPSK modulasi dan kanal AWGN, BER sebagai fungsi dari Eb/N0 diberikan oleh: B E R = 1 / 2 r e c f (E b / N 0 / q r s t (2 )).
Orang biasanya plot BER kurva untuk menggambarkan fungsionalitas dari sistem komunikasi digital.. Dalam komunikasi optik, BER (dB) vs Diterima Power (dBm) biasanya digunakan, sedangkan dalam komunikasi nirkabel, BER (dB) vs SNR (dB) digunakan.
Mengukur rasio kesalahan bit membantu orang memilih yang sesuai depan koreksi kesalahan kode. Karena kode seperti yang paling benar hanya sedikit-membalik, tetapi tidak dengan bit-bit insersi atau delesi, yang jarak Hamming metrik adalah cara yang tepat untuk mengukur jumlah kesalahan bit. Banyak FEC coders juga terus mengukur BER saat ini.
Sebuah cara yang lebih umum untuk mengukur jumlah kesalahan bit adalah jarak Levenshtein. Jarak pengukuran Levenshtein lebih tepat untuk mengukur kinerja kanal mentah sebelum sinkronisasi frame , dan bila menggunakan kode koreksi kesalahan yang dirancang untuk memperbaiki bit-bit sisipan dan penghapusan, seperti Marker Kode dan Watermark Kode.

Rumus Matematika

BER adalah kemungkinan salah tafsir sedikit karena w kebisingan listrik (t). Considering a bipolar NRZ transmission, we have Menimbang transmisi NRZ bipolar, kami telah
x ₁ (t) = A w + (t) untuk “1” dan x ₀ (t) = – A + w (t) untuk “0”. Setiap x ₁ (t) dan x ₀ (t) memiliki periode T.
Mengetahui bahwa kebisingan memiliki densitas spektral bilateral , ,
x ₁ (t)
dan x ₀ (t) . .
Kembali ke BER, kita memiliki kemungkinan salah tafsir bit p _e = p (0 | 1) p ₁ + p (1 | 0) p _0.
dan
dimana λ adalah ambang keputusan, set ke 0 jika p ₁ = p ₀ = 0,5.
Kita dapat menggunakan energi rata-rata dari sinyal E = A ² T untuk menemukan ekspresi terakhir:
±§ ± §

Bit Error Rate Test

Bert atau Bit Error Rate uji adalah metode pengujian untuk sirkuit komunikasi digital yang menggunakan pola stres yang telah ditentukan yang terdiri dari urutan yang logis dan nol yang dihasilkan oleh pseudorandom biner sequencer .
Sebuah Bert biasanya terdiri dari generator pola uji dan penerima yang dapat diatur dengan pola yang sama. Mereka dapat digunakan di pasang, dengan satu di kedua ujung link transmisi, atau tunggal pada salah satu ujungnya dengan loopback pada akhir remote. Bert biasanya berdiri sendiri khusus instrumen, namun dapat Personal Computer berbasis. Dalam penggunaan, jumlah kesalahan, jika ada, dihitung dan disajikan sebagai perbandingan seperti 1 dalam 1.000.000, atau 1 di 1e06.

Jenis-jenis pola stres Bert

PRBS (Pseudo Random urutan biner) – Sebuah pseudorandom biner sequencer N Bits. Pola urutan ini digunakan untuk mengukur jitter dan masker mata TX-Data di optik data link dan listrik.
QRSS (Kuasi Random Signal Source) – Sebuah biner sequencer pseudorandom yang menghasilkan setiap kombinasi dari kata-bit 20, berulang setiap 1.048.575 bit, dan menekan angka nol berturut-turut tidak lebih dari 14. Ini berisi urutan high-density, low-density urutan, dan urutan bahwa perubahan dari rendah ke tinggi dan sebaliknya. Pola ini juga merupakan pola standar yang digunakan untuk mengukur jitter.
3 dalam 24 – Pola berisi string terpanjang dari nol berturut-turut (15) dengan kepadatan yang terendah (12,5%). Pola ini secara bersamaan yang menekankan densitas minimum dan jumlah maksimum nol berturut-turut. Para D4 format frame dari 3 dalam 24 dapat menyebabkan D4 Kuning Alarm untuk sirkit frame tergantung pada jajaran dari satu bit untuk bingkai.
Ini hanya memiliki satu pun dalam urutan mengulangi 8-bit. Pola ini menekankan kepadatan yang minimum sebesar 12,5% dan harus digunakan saat fasilitas pengujian ditetapkan untuk B8ZS coding sebagai 3 di 24 meningkat 29,5% pola konversinya ke B8ZS .
Min / Max – Pola perubahan urutan cepat dari kepadatan rendah kepadatan tinggi. Kebanyakan berguna ketika menekankan repeater’s Albo fitur.
Semua Ones (atau Markus) – Sebuah pola terdiri dari satu-satunya. Pola ini menyebabkan repeater untuk mengkonsumsi jumlah maksimum kekuasaan. Jika DC untuk pengulang diatur dengan benar, repeater tidak akan kesulitan transmisi urutan yang panjang. Pola ini harus digunakan bila pengukuran peraturan span kekuasaan. Suatu yang semua pola dibingkai digunakan untuk menunjukkan suatu AIS (juga dikenal sebagai alarm Blue).
Semua Zero – Sebuah pola terdiri dari nol saja. Hal ini efektif dalam menemukan peralatan misoptioned untuk AMI , seperti serat / input radio multiplex kecepatan rendah.
Bolak 0s dan 1s – Sebuah pola yang disusun oleh dan nol.
2 di 8 – Pola berisi maksimum empat nol berturut-turut. Tidak akan memanggil B8ZS urutan delapan nol karena berturut-turut yang diperlukan untuk menyebabkan B8ZS substitusi. Pola ini efektif dalam menemukan peralatan misoptioned untuk B8ZS .
Bridgetap – Jembatan keran dalam rentang yang dapat dideteksi dengan menggunakan sejumlah pola uji dengan berbagai orang dan kepadatan nol. Tes ini menghasilkan pola uji 21 dan berlangsung selama 15 menit. Jika kesalahan sinyal terjadi, span mungkin memiliki satu atau lebih keran jembatan. Pola ini hanya efektif untuk T1 rentang yang mengirimkan sinyal mentah. Modulasi yang digunakan pada HDSL mencakup meniadakan Bridgetap ‘pola kemampuan untuk menemukan keran jembatan.
Multipat – Tes ini menghasilkan 5 tes pola yang digunakan umumnya untuk memungkinkan DS1 pengujian span tanpa harus memilih setiap pola tes secara individual. Pola: Semua Ones, 1:7, 2 di 8, 3 di 24, dan QRSS.
T1-DALY dan 55 oktet – Setiap pola-pola ini mengandung lima puluh lima (55), oktet delapan bit data secara berurutan bahwa perubahan cepat antara kepadatan rendah dan tinggi. Pola ini digunakan terutama untuk menekankan sirkuit Albo dan equalizer tetapi mereka juga akan menekankan pemulihan waktu. 55 octet memiliki lima belas (15) nol berturut-turut dan hanya dapat digunakan dibingkai tanpa melanggar persyaratan yang density. Untuk sinyal berbingkai, pola T1-DALY harus digunakan. Kedua pola akan memaksa B8ZS kode di sirkuit optioned untuk B8ZS.

Bit Error Rate Tester
Bit Error Rate Tester (Bert), als dikenal sebagai Bit Error Ratio Tester atau Bit Error Rate Solusi Test (Betts) adalah suatu peralatan pengujian elektronik. Hal ini digunakan untuk menguji kualitas sinyal transmisi komponen tunggal atau sistem lengkap.
Blok bangunan utama dari sebuah Bit Error Rate Tester adalah:

Pola Generator , yang mentransmisikan pola tes didefinisikan sebagai DUT atau sistem uji
Error Detector terhubung ke sistem DUT atau tes, untuk menghitung kesalahan yang dihasilkan oleh DUT atau sistem uji
Jam untuk sinkronisasi generator pola dan detektor kesalahan
Komunikasi Penganalisa adalah opsional untuk menampilkan sinyal yang ditransmisikan atau diterima
Listrik-Optical converter dan konverter Optik-listrik untuk pengujian sinyal komunikasi optik.

Signal-to-noise rasio

Signal -to noise rasio (sering disingkat SNR atau S / N) adalah ukuran yang digunakan dalam ilmu dan rekayasa untuk mengukur berapa banyak sinyal telah rusak oleh kebisingan . Hal ini didefinisikan sebagai rasio dari daya sinyal terhadap daya noise merusak sinyal. ebuah rasio yang lebih tinggi dari 1:1 menunjukkan sinyal lebih dari kebisingan. Sementara SNR sering dikutip untuk sinyal-sinyal listrik, dapat diterapkan untuk setiap bentuk sinyal (seperti tingkat isotop dalam inti es atau biokimia isyarat antara sel-sel).
Dalam istilah teknis yang kurang, sinyal-to-noise rasio membandingkan tingkat sinyal yang diinginkan (seperti musik) dengan tingkat kebisingan latar belakang. Semakin tinggi rasio, kebisingan yang kurang menonjol latar belakang.
“Sinyal-untuk rasio-noise” kadang-kadang digunakan secara informal untuk merujuk pada rasio informasi yang berguna untuk data palsu atau tidak relevan dalam percakapan atau pertukaran. Misalnya, dalam forum diskusi online dan komunitas online lainnya, off-topik posting dan spam dianggap sebagai “noise” yang mengganggu dengan “sinyal” dari diskusi yang sesuai.

Definisi

Signal-to noise rasio didefinisikan sebagai kekuatan rasio antara sinyal (informasi yang berarti) dan latar belakang noise (sinyal yang tidak diinginkan):
dimana P adalah daya rata-rata. Baik kekuatan sinyal dan kebisingan harus diukur pada titik yang sama atau setara dalam sistem, dan dalam sistem yang sama bandwidth . Jika sinyal dan kebisingan diukur di sama impedansi , maka SNR dapat diperoleh dengan menghitung kuadrat dari amplitudo rasio:
di mana A adalah root mean square (RMS) amplitudo (misalnya, tegangan RMS). Karena banyak sinyal yang sangat luas memiliki dynamic range , SNRs sering dinyatakan dengan menggunakan logaritmik desibel skala. Dalam desibel, SNR didefinisikan sebagai
yang dipersamakan dapat ditulis menggunakan rasio amplitudo sebagai
Konsep rasio signal-to-noise dan dynamic range berkaitan erat. Dynamic range mengukur perbandingan antara-kuat un distorsi sinyal pada saluran dan sinyal discernable minimum, yang untuk sebagian besar tujuan adalah tingkat kebisingan. SNR mengukur perbandingan antara tingkat sinyal sewenang-wenang (tidak perlu sinyal yang paling kuat mungkin) dan kebisingan. Pengukuran sinyal-to noise rasio-memerlukan pemilihan atau referensi sinyal representatif. Dalam teknik audio , sinyal referensi biasanya adalah gelombang sinus pada standar nominal atau tingkat keselarasan , seperti 1 kHz pada +4 DBU (1,228 V _RMS).
SNR biasanya diambil untuk menunjukkan rasio signal-to-noise rata-rata, karena ada kemungkinan bahwa (dekat) sesaat sinyal-to-noise rasio akan jauh berbeda. Konsep ini dapat dipahami sebagai normalisasi tingkat kebisingan untuk 1 (0 dB) dan mengukur sejauh mana sinyal ‘menonjol’.

Definisi Alternatif
Definisi alternatif SNR sebagai kebalikan dari koefisien variasi , yaitu, rasio rata-rata untuk deviasi standar dari suatu sinyal atau pengukuran:
dimana μ adalah sinyal mean atau nilai yang diharapkan dan σ adalah deviasi standar dari kebisingan, atau perkiraan daripadanya. Perhatikan bahwa seperti definisi alternatif hanya berguna untuk variabel yang selalu positif (seperti jumlah foton dan pencahayaan ). Oleh karena itu umumnya digunakan dalam pengolahan citra, dimana SNR dari suatu gambar biasanya dihitung sebagai rasio dari rata nilai piksel dengan standar deviasi dari nilai-nilai piksel atas lingkungan yang diberikan . Kadang-kadang SNR didefinisikan sebagai kuadrat dari definisi alternatif di atas.
Rose kriteria (bernama setelah Albert Rose ) menyatakan bahwa SNR minimal 5 diperlukan untuk dapat membedakan fitur gambar di% kepastian 100. Sebuah SNR kurang dari 5 berarti kurang dari 100% kepastian dalam detil gambar mengidentifikasi.
Namun alternatif lain, spesifik dan definisi yang sangat berbeda SNR digunakan untuk menandai sensitivitas sistem pencitraan, lihat perbandingan sinyal terhadap noise .
langkah-langkah terkait adalah ” rasio kontras “dan”-to-noise rasio kontras “.

SNR Meningkatkan dalam praktek

Perekaman suara dari analisis termogravimetri perangkat yang buruk terisolasi dari sudut pandang mekanis; tengah kurva menunjukkan suara lebih rendah, karena aktivitas manusia di sekitarnya yang lebih rendah di malam hari.
Semua pengukuran nyata merasa terganggu oleh kebisingan. Hal ini meliputi bising elektronik, tetapi juga dapat termasuk peristiwa eksternal yang mempengaruhi fenomena diukur – angin, getaran, tarikan gravitasi bulan, variasi suhu, variasi kelembaban, dll tergantung pada apa yang diukur dan sensitivitas perangkat. Hal ini sering mungkin untuk mengurangi kebisingan dengan mengendalikan lingkungan. Jika tidak, ketika karakteristik kebisingan dikenal dan berbeda dari sinyal, adalah mungkin untuk menyaring atau untuk memproses sinyal. Ketika sinyal konstan atau periodik dan kebisingan adalah acak, adalah mungkin untuk meningkatkan SNR dengan rata-rata pengukuran.

Sinyal Digital

Ketika pengukuran adalah digital, jumlah bit yang digunakan untuk mewakili pengukuran menentukan maksimum yang mungkin signal-to-noise rasio. Hal ini karena mungkin minimum noise level adalah kesalahan yang disebabkan oleh kuantisasi dari sinyal, kadang-kadang disebut kebisingan Kuantisasi . Tingkat kebisingan adalah non-linear dan sinyal-tergantung; perhitungan yang berbeda ada untuk model sinyal yang berbeda. Kebisingan kuantisasi dimodelkan sebagai sinyal analog kesalahan dijumlahkan dengan sinyal sebelum kuantisasi (“noise aditif”).
Ini SNR maksimum teoritis mengasumsikan sinyal input yang sempurna. Jika sinyal input sudah bising (seperti yang biasanya terjadi), kebisingan sinyal mungkin lebih besar dari kebisingan kuantisasiReal -ke-digital converter analog juga memiliki sumber-sumber lain dari kebisingan yang selanjutnya menurunkan SNR dibandingkan dengan maksimum teoritis dari kebisingan kuantisasi ideal, termasuk penambahan sengaja gentar .
Meskipun Tingkat kebisingan di suatu sistem digital yang dapat dinyatakan dengan menggunakan SNR, lebih umum untuk menggunakan E _b / N _o , energi per bit per kerapatan spektral daya noise.
Kesalahan modulasi rasio (MER) adalah ukuran dari SNR dalam termodulasi sinyal digital.

titik tetap

Untuk-bit bilangan bulat n dengan jarak yang sama antara tingkat kuantisasi ( kuantisasi seragam ) dengan rentang dinamis (DR) juga ditentukan.
Dengan asumsi distribusi seragam nilai sinyal input, kebisingan kuantisasi merupakan sinyal-acak terdistribusi seragam dengan-ke-puncak amplitudo puncak satu level kuantisasi, membuat rasio amplitudo 2 ⁿ / 1. Rumusnya adalah maka:
Hubungan ini adalah asal dari pernyataan seperti ” 16-bit audio memiliki jangkauan dinamis 96 dB “. Setiap bit ekstra kuantisasi meningkatkan rentang dinamis oleh sekitar 6 dB.
Dengan asumsi skala penuh gelombang sinus sinyal (yaitu, quantizer ini dirancang sedemikian rupa sehingga memiliki minimal sama dan nilai-nilai maksimum sebagai sinyal input), kebisingan kuantisasi mendekati sebuah gelombang gigi gergaji dengan-ke-puncak amplitudo puncak satu tingkat kuantisasi dan distribusi seragam. In this case, the SNR is approximately Dalam hal ini, SNR kira-kira
Floating point
Floating-point nomor menyediakan cara untuk trade off-to-noise rasio sinyal untuk peningkatan dalam jangkauan dinamis. Untuk n bit bilangan floating-point, dengan bit nm pada mantissa m bit dan dalam eksponen :
Perhatikan bahwa rentang dinamis jauh lebih besar dari fixed-point, tetapi dengan biaya yang lebih buruk rasio signal-to-noise. Hal ini membuat floating-point lebih baik dalam situasi di mana rentang dinamis yang besar atau tidak terduga. Implementasi Fixed-point’s sederhana dapat digunakan dengan tidak merugikan kualitas sinyal dalam sistem di mana dynamic range kurang dari 6.02m. Dinamika berbagai macam sangat floating-point dapat posisi yang kurang menguntungkan, karena memerlukan lebih banyak pemikiran dalam algoritma perancangan.

Optik SNR

Optical sinyal memiliki frekuensi pembawa, yang jauh lebih tinggi daripada frekuensi modulasi (sekitar 200 THz dan lebih). Dengan cara ini bandwidth kebisingan meliputi bandwidth yang jauh lebih lebar dari sinyal itu sendiri. Pengaruh sinyal yang dihasilkan bergantung terutama pada penyaringan kebisingan. Untuk menggambarkan kualitas sinyal tanpa receiver memperhitungkan SNR optik (OSNR) digunakan. OSNR adalah perbandingan antara daya sinyal dan daya kebisingan di bandwidth seperti yang diberikan. Umumnya lebar pita referensi 0,1 nm digunakan. Bandwidth ini independen dari format modulasi, frekuensi dan penerima. Sebagai contoh sebuah OSNR dari 20dB/0.1nm bisa diberikan, bahkan sinyal 40 Gb DPSK tidak akan masuk dalam bandwidth ini. OSNR diukur dengan Optical Spectrum Analyzer

SUMBER :

Cari Blog Ini

Nat'Post