Можно ли, и если можно то как, используя осцилографф, определить отношение сигнал/шум? Например, наблюдая сигнал на фоне шума осциллографом на входе измерительной схемы.

Все зависит от вида сигналов и вида (распределения) шума. Отношение сигнал/шум означает отношение мощности сигнала к мощности шума. Если сигнал например синусойда, то ее мощность понятно U^2/2 Но если сигнал более сложной формы, что и бывает как правило, то по внешнему виду определить нельзя.
Что касается шума, то по-моему, если он гауссовский, то его среднеквадратическое значение это как раз уровень шума на осциллографе. А мощность это квадрат среднеквадратического значения.

А чем Вас не устраивает измерения с помощью вольтметра? Все просто и точно

Простым вольтметров вы ничего не померите. Для измерения сигнал/шум используются среднеквадратичные вольтметры, но и осциллограф здесь нужен для визуального контроля за сигналом. Осциллограф должен подключаться выходу среднеквадратичного вольтметра - как прввило у таких вольтметров он есть. Не плохо иметь и фильтр, чтобы ограничить интересующую вас полосу частот.

Измерить нельзя, можно только слегка оценить по амплитуде картинки при наличии и отсутствии сигнала.

Многие современные цифровые тестеры меряют именно среднеквадратичное напряжение - так что это не проблема (если не лезть глубоко в метрологию). А учитывая, что нас интересует соотношение, а мощность пропорциональна напряжению (какое бы мы не взяли) это не очень принципиально.

Собственно, что бы измерить простыми средствами соотношение сигнал/шум есть два варианта:
- по отдельности измерить сигнал и шум
- измерить шум+сигнал и шум (или сигнал) и вычесть одно из другого.

Узнать бы, что хочется в итоге и что за сигнал.

Но возникает вопрос, какой шум интересует:
- собственные шумы устройства;
- наводки и шумы линии связи;
- шумы источника сигнала;
- .............................

Отсюда выбирается методика измерения, основа которой - измерение выходного напряжения (мощности) при наличии и отсутствии сигнала. Но при этом состояние "отсутствие сигнала" не должно изменять условия для возникновения шума.

Конечно можно,если:
1. ваш осциллограф поверен и его класс точности соответствует классу точности
ваших измерений.
2. сможете точно определить где сигнал, а где шум.

Измеряете амплитуду сигнала и амплитуду шума.Дальше вы знаете.
Осциллограф , обычно , для этих целей не применяют.

А что применяют и как?


А что применяют и как?

А что применяют и как?

Среднеквадратичный вольтметр или мультиметр с возможностью измерения среднеквадратичного значения, или дорогой цифровой осциллограф с вычисление среднеквадратичного.

Здесь надо поправиться, что это для синусоидальных сигналов и шумов (помех).
А для всего остального - конечно только среднеквадратичное напряжение.

Привожу пример сигнала:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Период повторения сигнала 10 мс.

Желательно такой сигнал спектроанализатором оценивать. А то получится +- лапоть. Это у Вас вроде 3000 Тектроникс - надо записать в компьютер 1000 кадров с сигналом, 1000 без сигнала. Сделать Фурье от каждого, усреднить, вырезать нужную полосу, и получить сигнал /шум. Хотя разрядов у этого осциллографа всего 9, так что точность будет посредственная - если есть чем поточнее оцифровать, лучше разрядов 14.

Спасибо, попробую что-нибудь в этом направлении!
А что скажете о БПФ модуле самого Тетроникса?

Мне кажется что так как мощность сигнала много больше мощности шума, что можно после оцифровки загнать сигнал в матлаб и просто вычислить его мощность. Присутствие или отсутствие шума мало скажется на полученном результате.
Затем так же загнать шум и вычислить его дисперсию.
Только если сигнал периодичесский, то анализировать надо длительность строго кратную периоду.

Встроенный БПФ, похоже предназначен для радиочастот. Мне на чатотах порядка 100 Кгц так и не удалось им попользоваться для оценки спектра. Да и обрабатывать неудобно, а когда Вы имеете уже данные в компьютере, фурье не представляет проблем, хоть Matlab, хоть Origin, хоть на Си стандартная библиотечная процедура.

Всем спасибо за ответы!

как измерить среднеквадратичное значение амплитуды например кода баркера на видео частоте ?
Иными словами , как найти RMS произвольного битового сигнала.

А что такое произвольный битовый сигнал? Для измерения СКЗ (или действующего значения) напряжения произвольной формы существуют вольтметры СКЗ, они используют различные методы интегрирования.
Вопрос, если сигнал двоичный, зачем это нужно.
Хотя, в этом случае, поскольку амплитуда меняется слабо, вопрос упрощается - необходимо лишь интегрировать скважность. Для этого, зная частоту передачи, достаточно воспользоваться расшифровкой кода.

Спрошу и я в этой теме аналогичный вопрос.
У меня есть сигнал с шумом. Всё это записано в WAV файл.
Есть ли у кого возможность измерить уровень шума и уровень сигнала? Сигнал ЧМ, стабильной амплитуды. На слух легко слышим, но по амплитуде ниже уровня шума. Интересует насколько он ниже.

Если уже есть файл, кто мешает сделать фурье-преобразование и потом на спектре провести нужные измерения ?

Вольтметры СКЗ не делают Фурье. Мой сигнал вместе с шумом имеет полосу 350-850 гц. Мне нужно узнать уровень шума во всей полосе. Уровень сигнала я как бы знаю. В файле две части, первая шум без сигнала, вторая шум с сигналом. Если Фурье таки нужен, то к сожалению мне не в чем сделать. Матлабом не владею.

Надо перевести Wav файл в отсчеты, а потом уже и Originа для анализа будет достаточно. Если надо знать уровень шума во всем сигнале, просто загрузить отсчеты в Origin, правой кнопкой щелкнуть на столбще, Statistics on Columns - он и посчитает уровень шума. Чем перевести wav в отсчеты не знаю. Но думаю должно быть немало таких приблуд.

Как бы это сказать. ЧМ 1200 бод от ФМ такой же на слух отличал при соотношении сигнал/шум более 12дБ - вторая чуть более свистяще-шумящая, но словами описать сложно. При соотношении +6дБ и меньше я уже ЧМ-ку от шумов не отличаю. Спектр смОтрите Спектралабом, Спектраплюсом, Кулэдитом (Адоуб Аудишеном). У специального софта для судебных экспертиз (ЕМНИП типа Фонекси) были корреляционные функции, то что быстрее всего надо. Возможно в кулэдите это есть - подзабыл

Может быть и так. У меня в начале сигнала идут нули пол секунды. Это простой синус, который хорошо выделяется слухом на фоне шумов. В конце сигнала немного данных со скоростью 100 бод, которые действительно слабо (если вообще) различимы на фоне шума.

Признаюсь, я сигнал создал в компе. Приблизительно по этой формуле Y = rand(0x8000) - 0x4000 + (sin(faza)*0x1000) однако сказать о реальном уровне шумов затрудняюсь.

Допустим я буду иметь график БПФ. Чтобы увидеть уровень шума куда нужно смотреть?

Я был немного на своей волне. 1200 бод. Извинтиляюсь. Ваши 100 бод действительно будут заметны под шумами - такой себе булькающе-флейтовый звук на Катране если несучку на килогерц выставить. Мозги его достают из шумов. Любимый морской погодный телетайп на 11.039МГц рядом с НАТОвским ТОФ-7200 на 11.043. 10 лет назад, правда, слушал в последний раз. На спектре остановите модуляцию. Делов-то. Это ж ЧМ-ка. Постоянная амплитуда. А по разрешению ФФТ и уровню шумовой дорожки легко пересчитаете в интегральный шум в полосе.

Тогда поставьте себе Origin и там играйтесь. Эту формулу можно прямо в нем превратить в последовательность отсчетов, и дальше анализировать. На изучение интерфейса больше часа не уйдет.

Установил Origin, завтра поиграюсь. Там кстати есть импорт прямо из WAV файла.

Но меня вот такой вопрос беспокоит. Допустим есть система связи ЧМ, не важно сколько бод. Когда в сигнале идут примерно поровну 0 и 1 оч часто меняясь, то БПФ покажет (предположительно) две палки в сигнале с очень пологими склонами в зависимости от шума. Когда в сигнале идут только 0 или 1 долго, то БПФ покажет одну большую палку, гораздо выше двух предыдущих и такой же уровень шума, как был. Это что за парадокс? Ведь уровень сигнала остался прежним, уровень шума тоже, а уровень С/Ш повысился. Я в шоке

Может я что-то недоперепонял.

Отсюда http://signals.radioscanner.ru/base/fsk/ можете поскачивать ЧМ-ки для экспериментов. NAVY of Singapore и US-INTEL похожи на то, что Вы возможно моделировали.

Вот к примеру сигнал примерно из 36 байт (из файла вырезана преамбула, может быть меньше байт). Файл WAV в приложении по формуле rand(0x8000) - 0x4000 + sin(faza)*0x800.
Даже на слух слышно что сигнал ниже шумов минимум в 2 раза, то бишь сигнал вобще не слышно. Последовательность байт в нём грубо такая
af,5a,a5, 0a,54,2F,BF,D6,09,55,DB,D1, 1A,71,21,4B,9D,63,80,53, 80,C4,23,7F,34,D1,C1,F0, 91,E1,27,FE,EB,AD,1F,17.
Однако, Origin показывает амплитуду достаточно высокую на фоне шумов. Там две частоты примерно 575 и 775 гц. На графике Power MSA ещё выше палки.

Как по этим графикам высчитывается реальное С/Ш ?

Если считать по формуле, то сигнал должен быть слабее шума в 10 или более раз.

Может быть С/Ш, которое можно высчитать по графику есть С/Ш определения несущей. Тогда да, я соглашусь. Но вряд ли можно делая ДПФ 3 секунд сигнала (то бишь 300 бит) можно сказать что-то о С/Ш для определения одного бита. А это и есть главный показатель уровня шума.

Что вкладывается в понятие "сигнал-шум" ? Отношение энергии сигнала к энергии шума во всей полосе или к энергии шума в полосе, занимаемой сигналом - соответственно и ответ будет разным.

Могу сказать например, что полоса сигнала в выложенном файле максимум в 2 раза уже всей полосы сигнала с шумами. Там сигнал ЧМ 100 бод с девиацией 200 гц. Полоса сигнала (+шум) в файле 350-850 гц. Уровень сигнала в 2 или более раз ниже шума. Эти графики я никак не могу "притянуть" к известным мне характеристикам сигнала.

Кроме того, я могу подобрать девиацию и модуляцию так, что частоты одинаковых, но не соседних бит будут складываться в противофазе и тогда таких ярковыраженных палок на ДПФ не будет. Хотя амплитуда сигнала и шума останутся прежними. Очередной парадокс.

На графике не видно ЧМ сигнала - две несущие и все. Если правильно задать модуляцию сигнала, он размажется между пиками и Вы получите искомое низкое отношение с/ш. Думаю, в файле низкая скорость модуляции сигнала, или модулирующая последовательность не случайная.

Я всю нужную информацию уже выложил. Скорость 100 бод. Поток данных тоже выложил. Он не случаен как белый шум, т.к. это данные из AVI файла. Но в общем в нём часто меняются 0 и 1.

Вот сигнал чистый, без шума с той же битовой последовательностью, но слегка сдвинутой несущей, которая у меня тоже по рандому выбирается. Но девиация всегда 200 гц. На первой картинке амплитуда, на второй Real. Не пойму где тут что. Но предположительно на Real-е видна модуляция, а на амплидудной картинке видны несущие.

А на последней картинке ДПФ от чистого короткого сигнала с двумя разными битами. 500 сэмплов.

Вы б все-таки остановили модуляцию. Иначе у меня глупость получается по первому вэйву. Хотя спектралаб дает очень оптимистичную цифру. Моя же прикидка такова - сигнал за полосой фильтра сильно ослаблен - можно отбросить в некотором приближении, для удобства сделал передискретизацию до 2 кГц - на результат шумовой дорожки и сигнала не повлияло. Для простоты выберем, так, чтобы количество точек совпало с полосой сигнала ~1000 точек на 1000Герц. Тогда шумовая дорожка численно равна спектральной плотности шума - минус 45дБ/попугай на Герц. Уровень сигнала - минус 31.5дБ/попугай (попугаи - типа FS) считаем, что мощность сигнала равномерно размазалась в обеих палках, тогда уровень сигнала на 3дБ больше - минус 28.5дБFS. Мощность шумов при этом будет минус 45+10log(полосы фильтра=830-355)=минус 45+27=минус18дБFS. SNR получается минус 10дБ порядка. Где-то глючу - не могу понять где.
Но ИМХО Вы не с той стороны зашли. Попробуйте написать демодулятор. Смысл осреднение на спектре смотреть? А вот когда напишете демодулятор, тогда и можно смотреть результирующий SNR .

Остановить - в смысле постоянно гнать 0 или 1 ? И что в результате можно увидеть? - С/Ш по отделению несущей от шумов? А оно мне надо?! Мне нужно видеть именно 100 гц модуляцию. Применительно к АМ можно тоже за минуту набрать статистику, когда уровень несущей вырастет в 1000 раз по отношению к полосе модуляции.


Это уже похожая на правду цифра, т.к. я ранее ошибся, судя по формуле уровень синуса меньше шума в 8 раз. (0x8000 / 0x1000)
Не, вру. -10 дб это 3 раза.
Или я перемудрил. Я шум создавал на частоте 12 кгц (24 кгц сэмплирование) а потом его фильтровал. Так что он мог и уменьшиться.

В результате остановки я увижу правильно я добавил 3 дБ или где-то ошибся.
Тогда у меня результат точнее, чем у спектралаба.
Хотя. 20log(8) - 10log(475/12000)=18 - 14 = 4дБ - у спектралаба точнее

Я сомневаюсь, что он считает именно то, что нужно.

Ну как он многие вещи считает - никто не знает, но чаще выглядит правильно, чем нет.

Он считает С/Ш двух несущих - я поверю. Но он не знает про модуляцию 100 гц и её он не видит в сигнале, а соответственно не считает относительно неё.
Я могу щас посчитать так девиацию чтобы в последовательности 0,1,0 несушки нуля накладывались в противофазе. И две палки из спектра исчезнут, ну или сильно уменьшатся. Хотя сигнал будет практически с тем же С/Ш.

Уж сильно подозреваю, что он не по спектру считает. Но вот с отрицательным соотношением не видел, чтобы его проверяли. Что он считает полезным сигналом - непонятно. При полосе 12кГц он дал минус 3 дБ.

В этом файле первые пол секунды (0.48) передаётся 0 из преамбулы. Это тот же файл, из которого я вырезал самый первый выложенный WAV.
Однако когда посчитаете С/Ш скорректируйте её с 2 гц стартового нуля в 100 гц полосы сигнала. Будет тоже приблизительно, но интересней.


А поможет если я выложу неотфильтрованный WAV, в котором полоса шума 12 кгц, а полоса сигнала точно такая как обычно? Только предположительно там мощность шума будет в 64 раза выше мощности сигнала. Но это тот же по уровню сигнал как и в первом вейве, только с широкой полосой шума, но тем же уровнем (на спектре) как и был.

Много поэкспериментировав с комбинациями девиации прихожу к результату что уровень с/ш в районе от -3 до -6 дб. Вот одна из худших картинок, на которой из-за модуляции несущие размазаны. Сигнал создавался по всё той же формуле. В сигнале 50 бит в наихудшей последовательности 0,1,0,1... Когда сокращал кол-во бит в исходнике для ДПФ в 2 раза шум возрастал в корень из двух. Поэтому если эти 50 бит сократить до 1, то шум вырастет в 7 раз. Щас шум на уровне 200 уе, сигнал 800 уе (если из 1000 вычесть шум). Получается на картинке С/Ш = +12 дб, а если взять для 1 бита, то будет -5 дб с/ш 1 бита.

А может правильнее по другому делать? Смешать сигнал с белым шумом, подать на декодер и увеличивать шум до тех пор, пока вероятность ошибки при приеме не достигнет заданного значения?

Все гораздо сложнее. Но явно я бы тоже подошел с другой стороны.
1. Коррелятор - SARAM длиной в несколько информационных пакетов или набор кольцевых буферов длиной в информационный пакет + сумматор-накопитель.
2. Демодулятор. (Можно и лучше поменять местами с п.1)
3. Перемежитель ИМХО не нужен - не думаю что будет динамически столь быстрое изменение параметров линка при почти прямой видимости.
4. Помехоустойчивое кодирование. Сверточное, по скромному мнению технолога микроэлектронного производства, на короткий пакет смысла нет, а на всю посылку - сделает невозможным работу коррелятора. Т.е. блочный код или просто CRC - для тупой отбраковки.
5. А теперь уже можно заниматься энергетикой линка.
PS. 3дБ нашел - Переход от шумовой дорожки к суммарной мощности все-таки 10log(M/2) , где М - количество точек ФФТ. Т.е. минус 7дБ, а не 10. 0.48с мало - слишком мало выборок. Да и см. выше.

Я вот не понял, как можно накапливать повторы пакетов в аналоге, допустим на ПАВе, когда фазы несучки для одинаковых бит могут отличаться. Тут скорее лучше складывать амплитуды после ДПФ, а фазы не использовать.


Это +4 или -4 С/Ш?


Имхо декодеры бывают разные. Могут и на +12 ошибаться, а могут и на 0 дб декодировать. О С/Ш сигнала это не говорит никак.


Над всем этим я уже 3 дня как думаю. Но без знания реального С/Ш сигнала невозможно понять крутизну декодера

минус (BTW в советское время меня отучили ставить в документации "-", только "минус" - дабы с тире не путать) - ниже шумов


Мы (не я лично) уже 16 лет делаем какие-то линки. Сначала демодулятор, потом модулятор, потом кодирование, а уж потом - оценка - можно или нельзя сделать линк - что поделать у нас ни одного специально обученного ЦОСника изначально не было, поэтому как слепые котята, учились на своих ошибках.
А по первому вопросу - может поэтому ПАВы у коллег и не пошли. А мы перебрались в ЦОС - там можно подкрутить оперативненько и на нулевой частоте - при невысоких уже скоростях.
Что значит крутизна декодера? Чет не припомню такого термина. Да и зона работы, как себе представляю, не очень велика - при хорошем соотношении сигнал/шум и без декодера нормальненько, потом где-то 3-5дБ, где он дает значительный выигрыш, а потом, ниже определенного порога, начинает уже размножать ошибки. Но и без него связь уже никакая.

Хотел ведь в кавычках написать. Не поняли.


Это конечно дикое предположение, но КВ сигнал может обогнуть шарик и вернуться в любую точку, в которую по прямой сигнал не идёт.

Да не, я просто смайлик не поставил. Просто даже у самых "крутых" декодеров достаточно узкий интервал целесообразной работы - порядка 5 дБ. При промахе проектирования никакой декодер не поможет. Это на спутниках, где более-менее стабильный уровень, можно работать на грани фола и сэкономить в 2 раза по мощности, например, - там помехоустойчивое кодирование просто панацея. Или в КВ на скачках перемежитель+кодирование. Блок потеряли из-за многолучевости или еще чего-нибудь в атмосфере - кодирование и перемежитель его могут вытянуть из избыточной информации в нормально принятых блоках. Иначе - передаем до посинения, пока не получим квитанцию - система с ARQ.

Не только на спутниках. Представьте девайс для односторонней связи в случае заранее неизвестной наземной обстановки, но в общем на пределе или с возможностью работы на пределе. 6 дб позволит увеличить дальность в 2 раза. Или даже пробить небольшую гору в КВ. Понятно, что мощностью передатчика можно сделать то же самое. Но мощность надо экономить не только на спутниках но и с аккумуляторных девайсов.

У меня ещё родился метод по более точному измерению С/Ш моего сигнала. Не знаю, выгорит или нет. Можно взять почти ту же формулу, но уменьшить в ней шум в 10-100 раз. Пропустить через спектралаб, который скажет достаточно точную цифру, а уже потом из этой цифры вычесть заданные 20-40 дб уровня сигнала.