Signaali-kohinasuhde

Puhdasta sinisignaalia (jännite ajan funktiona).

Sinisignaaliin summattuna satunnaista kohinaa (jännite ajan funktiona). SNR kertoo kuvassa näkyvän signaalin ja kohinan suhteen.

Signaali-kohinasuhde (engl. signal-to-noise ratio; lyh. SNR tai S/N) on sähkötekniikkaan liittyvä käsite, jonka vertauskuvallinen käyttö on levinnyt muillekin elämän aloille. Signaali-kohinasuhteella (SNR) tarkoitetaan useimmiten järjestelmässä esiintyvän hyötysignaalin ja kohinasignaalin tehojen suhdetta. Se on tärkeä suure varsinkin elektroniikassa, radiotekniikassa ja tietoliikenteessä, joissa vastaanotettavan hyötysignaalin erottaminen kohinasta on oleellista.

Määrittäminen ja ilmaiseminen

Signaali-kohinasuhde määritellään signaalitehon P_signaali ja kohinatehon P_kohina suhteena:

$\mathrm {SNR} ={\frac {P_{\mathrm {signaali} }}{P_{\mathrm {kohina} }}}$.

Koska signaali-kohinasuhde on tehosuhde, se voidaan ilmaista desibeleinä

$\mathrm {SNR} =10\log _{10}\left({\frac {P_{\mathrm {signaali} }}{P_{\mathrm {kohina} }}}\right)dB$.

Sähkötekniikassa signaali-kohinasuhde määritetään usein tehon sijaan jännitteen avulla. Kun signaali ja kohina ovat läsnä samassa järjestelmän pisteessä, ne näkevät saman impedanssin. Koska teho on

$\mathrm {P} ={\frac {U^{2}}{R}}$,

tehosuhde voidaan ilmaista signaalin ja kohinan RMS-jännitteiden (eli tehollisarvojen) suhteen avulla:

$\mathrm {SNR} =10\log _{10}\left({\frac {U_{\mathrm {signaali} }}{U_{\mathrm {kohina} }}}\right)^{2}dB=20\log _{10}\left({\frac {U_{\mathrm {signaali} }}{U_{\mathrm {kohina} }}}\right)dB$

Mitä suurempi signaali-kohinasuhde on, sitä paremmin hyötysignaali on havaittavissa johtimessa. Vastaavasti mitä matalampi signaali-kohinasuhde on, sitä enemmän hyötysignaali peittyy kohinan alle. Tämän vuoksi on hyödyllistä esittää arvot suurimman saavutettavan signaalin voimakkuuden mukaan, jolloin saavutetaan korkein S/N-suhde.

Useimmissa tapauksissa kohina koostuu useista eri komponenteista. Koska kohinan aiheuttama häiriöjännite on satunnaista, kohinakomponenttien yhteenlaskettu teho on osakohinoiden tehojen summa ja eri kohinalähteiden yhdessä aiheuttama tehollinen kohinajännite saadaan laskemalla neliöllisesti yhteen osakohinoiden tehollisarvot.

$U_{\mathrm {kohina} }={\sqrt {U_{\mathrm {kohina1} }^{2}+U_{\mathrm {kohina2} }^{2}}}$

Väljemmin määriteltynä signaali-kohinasuhdetta käytetään kuvaamaan halutun signaalin (esimerkiksi musiikin) erottuvuutta taustakohinasta. Mitä parempi signaali-kohinasuhde on, sitä vähemmän kohina häiritsee. Esimerkiksi puhelimissa signaali-kohinasuhteen halutaan olevan vähintään noin 12 dB ja hyvissä äänentoistolaitteissa vähintään 60 dB.

Digitaalisessa tiedonsiirrossa S/N-suhde määrittelee ylärajan käytettävissä olevalle tiedonsiirtonopeudelle (Shannonin–Hartleyn teoreema).

Kuvaannollisesti signaali-kohinasuhdetta käytetään myös kuvaamaan viestintäkanavien laatua, esimerkiksi keskustelufoorumin merkittävien viestien suhdetta sellaisiin viesteihin, joilla ei ole informaatioarvoa.

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Signaali-kohinasuhde Wikimedia Commonsissa