Λόγος σήματος προς θόρυβο (Signal/Noise - S/N).

Συλλεκτικός του Blogger
από την Morse Electronics

Είναι σημαντικό όταν σχεδιάζεται ο εξοπλισμός  επικοινωνίας (πομποδέκτης) να δίδεται ιδιαίτερη προσοχή στην αναλογία σήματος προς θόρυβο (Signal/Noise - S/N). Στα βραχέα (HF) αυτό είναι ένα περίπλοκο ζήτημα. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο ενδιαφέρει πολύ περισσότερο στα βραχέα από ότι στις εγκαταστάσεις VHF και UHF γιατί όπως θα καταλάβουμε στη συνέχεια επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα της ακρόασης (R από τα RST).

Όταν ακούμε σε έναν δέκτη καλής ποιότητας ένα σήμα VHF ή UHF, όπου η διάδοση είναι με οπτική επαφή, η ισχύς λήψης του σήματος δεν μεταβάλλεται παραμένει σταθερή. Ως αποτέλεσμα αυτού, ο λόγος σήματος προς θόρυβο στα VHF και UHF δεν αλλάζει και δεν επηρεάζει τη λήψη.

Στα βραχέα (HF) θα μπορούσαμε να πούμε ότι ισχύει το ίδιο μόνο στις περιπτώσεις διάδοσης με κύματα εδάφους. Αν υπάρχει κύμα «ουρανού» τότε αναμένουμε να υπάρχει θόρυβος κατά τη λήψη. Ανακεφαλαιώνοντας αναφέρουμε ότι όσο η ένταση του σήματος είναι σταθερή, ο λόγος του σήματος προς θόρυβο (S/N) είναι και αυτός σταθερός.

Ο λόγος αυτός ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της διαμόρφωσης που χρησιμοποιείται αλλά και από τα χαρακτηριστικά του δέκτη. Όταν χρησιμοποιείται σταθερό διαμορφωμένο σήμα όπως συμβαίνει με τη διαμόρφωση FM ή AM που υπάρχει πάντα κάριερ (φέρον σήμα), ο θόρυβος μεταξύ των λέξεων είναι σχετικά χαμηλός, επειδή το φέρον σήμα κρατάει το θόρυβο κάτω από το κάριερ, κατά την ακρόαση. Στη διαμόρφωση μονής πλευρικής ζώνης που είναι γνωστή ως SSB (για την οποία έχουμε αναφερθεί στην ανάρτηση http://sv1ahh.blogspot.com/2019/08/ssb.html) ή ακόμη και στο CW, δεν υπάρχει συνεχόμενο κάριερ για να παραμείνει ο δέκτης ήσυχος μεταξύ των λέξεων, ο θόρυβος της μπάντας ακούγεται ανάμεσα στις λέξεις ή ανάμεσα στο σήματα Μορς αφού το κάριερ ανοιγοκλείνει με τη διαμόρφωση.

Η στάθμη του θορύβου που ακούγεται κατά τη χρήση διαμόρφωσης SSB (μίας πλευρικής ζώνης) ποικίλλει ανάλογα με τις τρεις παρακάτω αναφερόμενες παραμέτρους:

1. την ισχύ του σήματος SSB στις κορυφές της φωνής,
2. τις συνθήκες διάδοσης του περιβάλλοντος και
3. τον αυτόματο έλεγχο του gain (AGC Automatic Gain Control) του δέκτη.

Ένα ισχυρό σήμα SSB ή CW μπορεί να λαμβάνεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αφαιρείται ποσοστό θορύβου ρυθμίζοντας την ευαισθησία του δέκτη (Attenuator). Για παράδειγμα, η ενεργοποίηση του Attenuator (εξασθενητή) κατά τη λήψη με υποβιβασμό αυτής κατά 20 dB θα έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του θορύβου αλλά και της στάθμης του σήματος Όμως για δυνατά σήματα η ακρόαση θα είναι ευχάριστη και ευκολότερη. Εμπειρικά το γνωρίζουμε όλοι μας αυτό.

Προφανώς, οι συνθήκες του περιβάλλοντος του δέκτη αλλά και η στάθμης της διάδοσης θα επηρεάσουν την αναλογία σήματος προς θόρυβο που παρατηρείται στη διαμόρφωση SSB. Για παράδειγμα, μια κρύα χειμωνιάτικη νύχτα με ένα δέκτη μακριά 80 Km από την πλησιέστερη πόλη και ρευματοδότηση αυτού με μπαταρία, θα περιμένουμε ιδανικές συνθήκες λήψης στην περιοχή των 7 MHz ή σε οποιαδήποτε άλλη μπάντα. Στην ίδια συχνότητα, στο κέντρο της πόλης (μιας ηλεκτρικά θορυβώδους πόλης), η ανάφλεξη των αυτοκινήτων, η ηλεκτρική σκούπα, οι λαμπτήρες LED και άλλα πολλά στοιχεία προκαλούν παράσιτα και αυξάνουν το θόρυβο της λήψης του δέκτη. Όμως και οι καταιγίδες είναι υπεύθυνες για την παραγωγή τέτοιων φαινομένων και ας είναι σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Τέλος, ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N) θα ποικίλει ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του δέκτη. Όταν ληφθεί ένα ισχυρό σήμα όπως είναι η κορυφή της φωνής που λαμβάνεται κατά τη διαμόρφωση SSB, ο δέκτης είναι ήδη απευαισθητοποιημένος με τη χρήση AGC για να αποτρέψει την υπερφόρτωση και την παραμόρφωση μέσω του αυτόματου κυκλώματος ελέγχου AGC. Όταν η κορυφή της φωνής έχει παρέλθει χρονικά, η ευαισθησία του δέκτη επιστρέφεται αργά - αργά έως το μέγιστο κέρδος. Ο ρυθμός ανάκτησης από ένα ισχυρό σήμα σε ένα ασθενές προσδιορίζεται από κάτι που ονομάζεται AGC χρονική σταθερά.

Ένα κύκλωμα AGC με μεγάλο χρόνο ανάκτησης της ευαισθησίας θα έχει ως αποτέλεσμα πολύ ήσυχη λήψη σε ισχυρά σήματα, επειδή ο δέκτης θα απευαισθητοποιείται αυτόματα ανάμεσα στις λέξεις λόγω χρονικής καθυστέρησης ανάκαμψης της ευαισθησίας του. Αυτό λοιπόν είναι μία καλή λύση να ελαττώνεται ο θόρυβος όταν γίνεται χρήση της διαμόρφωσης SSB. Το μειονέκτημα της καθυστέρησης αυτής του AGC είναι ότι αν καλέσει κάποιος χαμηλός σταθμός εκείνη τη χρονική στιγμή ανάμεσα στις λέξεις ή αμέσως μετά το κλείσιμο του σταθμού που ακροαζόμαστε, τότε δεν θα τον ακούσουμε μέχρι να επιστρέψει η ευαισθησία στα κανονικά επίπεδα λήψης. Ο ισχυρός σταθμός θα μειώσει την ευαισθησία του δέκτη μας στο ελάχιστο τόσο πολύ ώστε να μην ακούσουμε κάποιον ασθενή σταθμό που θα καλέσει.

Υπάρχει όμως ακόμη μια παράμετρος του λόγου σήματος προς θόρυβο που πρέπει να ληφθεί υπόψη: Όταν ο δέκτης λαμβάνει σήμα από κύμα του «ουρανού», η ισχύς του σήματος αυτού δεν είναι σταθερή. Θα μεταβάλλεται από στιγμή σε στιγμή. Κατά συνέπεια, ο λόγος σήματος προς θόρυβο θα ποικίλει σε ένα σήμα του ουρανού λόγω των ανακλάσεων και των διαλείψεων με τη συμβολή των κυμάτων στην κεραία του δέκτη, όπως έχουμε εξηγήσει στην ανάρτησή μας : http://sv1ahh.blogspot.com/2019/08/blog-post_22.html

Μερικοί από τους παράγοντες σήματος προς θόρυβο (S/N) μπορεί να αλληλεπιδράσουν: Μια κατάσταση γρήγορης εξασθένισης και πολύ αργής ανάκαμψης του AGC μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ολόκληρων λέξεων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πρέπει να χρησιμοποιούμε γρήγορες ρυθμίσεις του AGC. Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα ακούσουμε περισσότερο θόρυβο στο δέκτη κατά τη διαμόρφωση SSB ή και CW, αλλά δεν θα χάσουμε λέξεις ή σήματα Morse. Δεν θα χάσουμε επίσης τους αδύναμους σταθμούς που προσπαθούν να μας καλέσουν όταν συνομιλούμε με ισχυρούς σταθμούς.

Παρατηρούμε ότι η μετατόπιση φάσης (διάλειψη), επηρεάζει τη λήψη μας με εξασθένιση του πλάτους και την αλλαγή των αναλογιών σήματος προς θόρυβο στα βραχέα (HF).

Ως κριτήρια σχεδιασμού του συστήματος επικοινωνίας (πομποδέκτη), θα πρέπει πάντα να επιλέγεται η λειτουργία που θα προσφέρει την υψηλότερη απόδοση στη χαμηλότερη δυνατή τιμή.

Στην περίπτωση μετάδοσης δεδομένων στα βραχέα (HF), ο καλύτερος λόγος κόστους/οφέλους παρουσιάζεται συνήθως από το ARQ/FEC όπου τα πρωτόκολλα διόρθωσης σφαλμάτων μειώνουν δραματικά την πιθανότητα σφαλμάτων. Αλλά για αυτά θα αναφερθούμε σε επόμενη ανάρτησή μας.
Στις προδιαγραφές των δεκτών ή των πομποδεκτών αναφέρεται ο λόγος (S/N). 
Για τους πιο απαιτητικούς αναγνώστες του Blog μας προτείνουμε την ανάγνωση του κειμένου που βρίσκεται στο link. : http://opencourses.uoa.gr