信噪比(Signal to Noise Ratio)是什么及其计算

本文翻译自: What is Signal to Noise Ratio and How to calculate it?

1.什么是信噪比？ 从定义上来说，SNR或信噪比是有用信息与有害信号，或信号功率与背景噪声功率之间的比率。换句话说，SNR是信号功率与噪声功率的比率，其表达单位通常是分贝 (dB)。大于0dB或高于1:1的比率表示信号大于噪声。 除了 SNR 的技术定义之外，我使用比较法来定义它。例如，假设您和另一个人在一个大房间里交谈。但是，房间里挤满了其他人，他们也在交谈。此外，其他一些人的声音模式也与您和参与讨论的另一个人相似。您可以想象，很难辨别哪个人在说什么。

2.为什么信噪比重要？ 现在假设所需信号是具有严格或狭窄错误容忍度的重要数据，并且还有其他信号干扰了您的所需信号。同样，这将使接收器破译所需信号的任务成倍增加。 在无线技术中，设备性能的关键是设备能够将应用的信号作为合法信息与任何背景噪声或频谱上的信号区分开来。

3.信噪比计算基础 要确定信噪比，必须通过从信号强度值中减去噪声值来找到所需信号强度与不需要的噪声之间的可量化差异。 假设您的设备的无线电接收信号为 -65 dBm（每毫瓦分贝），噪声基底为 -80 dBm，则产生的信噪比为15dB。这将反映为该无线连接的信号强度为15dB。 以下是SNR要求与SNR值：

(1) 5dB to 10dB: 低于建立连接的最低水平，因为噪声水平几乎与所需信号（有用信息）无法区分。

(2) 10dB to 15dB: 是建立不可靠连接的可接受的最低限度。

(3) 15dB to 25dB: 通常被认为是建立较差连接的最低可接受水平。

(4) 25dB to 40dB: 被认为是好的。

(5) 41dB以上: 被认为是优秀的。

尽管 SNR适用于任何形式的信号（传输）。例如冰芯中的同位素水平、细胞之间的生化信号或汽车放大器和源设备（DVD、CD 或数字）的音频声音清晰度。 但是，对于音频组件，SNR 始终为正值。例如，95dB 的 SNR 意味着音频信号的级别比噪声级别高 95 dB。这反过来意味着 95 dB 的 SNR 优于 80 dB 的 SNR。

3.如何计算信噪比？ (1) 如果您的SNR测量结果已经是分贝形式，那么您可以从所需信号中减去噪声量：SNR = S - N。 (2) 对于复杂的计算，您可以将所需信号的值除以噪声量，然后取结果的常用对数，即 log (S ÷ N)。此后，如果信号强度测量单位为瓦特（功率），则需要乘以 20。但是，如果它们是电压单位，则需要乘以 10。

例如，您测量的噪声值(N)为2微伏，信号(S)为300毫伏。则SNR = 10log(0.3 ÷ 0.000002)或大约62dB。

4.信噪比公式和信道容量

所有无线网络都有最大信道容量。随着 SNR 的增加，信道容量也会增加。 总体而言，信道容量、带宽和信噪比都会影响通信信道的最大容量。在当今的电子和科学领域，工程师和科学家都将其称为香农定律或香农-哈特利定理。 根据香农定律，以下公式描述了这种形成容量依赖关系的相关性： 在此公式中： (1) C: 等于信道容量（比特/秒） (2) S: 等于平均接收信号功率 (3) N: 等于平均噪声功率 (4) W: 等于带宽（赫兹）

香农-哈特利定理表明，S（平均信号功率）、N（平均噪声功率）和W（带宽）的值设定了传输速率的极限。