Співвідношення сигнал
Розміщення наскрізного посилання
Шум - серйозний ворог систем передачі. У якому б середовищі не «мандрували» електрони, вони породжують певний електромагнітний шум. Коли сигнал передається по каналу зв'язку, наприклад по мідному дроту або трансляції в радіочастотному діапазоні, його завжди супроводжують фонові електромагнітні перешкоди, або шум.
Співвідношення сигнал/шум (S/N) — кількість небажаного електромагнітного шуму, віднесена до сили сигналу. Якщо фоновий шум у каналі даних вище, ніж сигнал, це може призвести до зниження швидкості передачі даних або порушення стабільності роботи системи.
У провідних системах проблеми, пов'язані з рівнем шуму, вирішуються досить просто через відносну замкнутість систем. Розглянемо звичайну локальну мережу, де низькорівневі шуми від радіо та інших пристроїв можуть викликати перешкоди. Мережа Ethernet, що працює на частоті 10 МГц, у точці прийому сигналів використовує фільтр, щоб відсікти сигнали, що за частотою перевищують 10 МГц. Ще один спосіб збільшити співвідношення S/N – підвищити потужність сигналу.
Стандарти задають рівень електромагнітних перешкод у дозволеному для виробництва обладнанні, щоб мінімізувати перешкоди при передачі даних.
Ціла область електрозв'язку присвячена способам максимального збільшення сили сигналу щодо небажаного електромагнітного шуму. У деяких складних пристроях, таких як радіотелескопи, для мінімізації електромагнітних перешкод температури мікроелектронних компонентів знижують майже до абсолютного нуля (-273°С).
Питання придушення шумів у бездротових комунікаціях приділяється особливої уваги, оскільки електромагнітні перешкоди можуть серйозно вплинути на передачу сигналу. Справа в тому, що при бездротовихЗ'єднаннях сигнал відносно слабкий і до того ж згасає з великою швидкістю - обернено пропорційно площі, «пройденої» сигналом, що розповсюджується по всіх напрямках.
Як передачі сигналу позначається і те, що може існувати безліч джерел електромагнітних перешкод, у тому числі і навколишнє середовище. Силові кабелі та ретрансляційні вежі здатні породжувати дуже значні електромагнітні перешкоди. Стіни будинків можуть блокувати чи послаблювати сигнали.
Поверхні, що відбивають, такі як металевий паркан і навіть хмари, можуть затримувати сигнали. Тому один і той же сигнал може бути отриманий з різних напрямків у час, що викликає спотворення.
Один із способів мінімізації рівня шуму при бездротових з'єднаннях - це зміна частот (frequency hopping), що використовується в Bluetooth та стандарті IEEE 802.11.
Передавач посилає сигнал на одній частоті протягом заздалегідь визначеного короткого проміжку часу (йдеться про мілісекунди), потім переходить на іншу частоту і передає сигнал протягом іншого проміжку часу і т. д. Порядок та тривалість зміни частот визначає конкретний алгоритм, а оскільки сигнал використовує кожну із задіяних частот лише протягом короткого періоду часу, ймовірність виникнення перешкод або спотворення сигналу знижується.
І все-таки питання про S/N не втрачає своєї гостроти. У 2001 році варто очікувати появи багатьох пристроїв, що використовують технологію Bluetooth.
На перший погляд Bluetooth було б природно використовувати для отримання діагностичної інформації від машини, але до того моменту, як подібні пристрої встановлюватимуться в автомобілях, пройде ще чимало часу. І все через електромагнітні перешкоди.
«Намнеобхідно бути впевненими в тому, що подібні пристрої не викличуть перешкод в інших системах автомобіля, - зазначив Майк Хічме з корпорації General Motors. — Щоразу, коли мікропроцесор чи комутатор передає сигнал за допомогою бездротового зв'язку, він може викликати перешкоди в інших системах автомобіля».
Якщо сигнал слабкий, іноді його заглуше фоновий шум. Для електронних систем це може бути залишковий шум компонентів пристрою, космічні промені, перешкоди від інших електронних пристроїв та багато іншого. Як можна побачити з представленої діаграми, коли рівень сигналу опускається нижче фонового шуму, його інформаційне наповнення втрачається. Якщо сигнал сильний, то навіть його найслабші фрагменти не спотворюються через шум і, таким чином, може підтримуватися більша різниця в інтенсивності (наприклад, гучності) між найнижчими та найвищими значеннями сигналу. Величина, на яку максимальна інтенсивність сигналу перевищує мінімальний рівень, коли цей сигнал ще можна виявити (тобто шумовий поріг) називається динамічним діапазоном і зазвичай вимірюється в децибелах.
Термін сигнал/шум спочатку виник у галузі розробки електричних схем як спеціальний кількісний параметр, проте саму концепцію цілком справедливо застосувати до будь-якого методу зв'язку.
Наприклад, дим багать може бути ефективним засобом передачі сигналів на далекі відстані, щоправда, доти, доки не завадить природний «шум» — скажімо, туман чи дощ.
Або уявіть собі місце, де водночас розмовляють десятки людей. Якщо ви хочете поговорити з кимось, то доведеться стати до свого співрозмовника настільки близько, щоб ваш голос (сигнал) можна було почути крізь звуки розмови оточуючих (шум). Іншимисловами, необхідно досягти досить високого співвідношення S/N.
Зрештою, зверніть увагу на тисячі груп новин, відомих під загальною назвою Usenet. Мені часто доводиться чути від досвідчених користувачів (і, безумовно, стикатися з цим досить часто), що у багатьох груп REC (розважальних) або ALT (альтернативних, тобто повністю некерованих), «недостатньо високе співвідношення сигнал/шум». Іншими словами, дуже багато людей публікують повідомлення, які не несуть у собі, по суті, жодної інформації; це часто трапляється, коли розпалюються пристрасті навколо якогось, взагалі кажучи, дрібниці.