نسبة إشارة إلى ضوضاء وتشويه في الاتصالات SINAD

العديد من مكونات الاتصالات غير خطية ولها قدرة ذروة أو قيود سعة الذروة، حيث يولد اللاخطي تشوهات وبالتالي فإنّ مقياس الأداء المناسب هو نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتشويه “SNDR”، كما يتم البحث عن إيجاد الخرائط غير الخطية التي تزيد من “SNDR” الخاضعة لقيد سعة الذروة، ولكنّها محدد ناعم مع كسب محسوب على أساس قدرة الضوضاء ودالة كثافة الاحتمال لسعة الإدخال.

ما هي نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتشويه SINAD

نسبة الإشارة إلى الضوضاء والتشويه “SINAD”: هي مقياس يستخدم على نطاق واسع لأداء حساسية مستقبل الراديو، وغالباً ما يستخدم للأنظمة القائمة على “FM” و”VHF / UHF” ولكنّه يستخدم أيضاً للعديد من أنظمة الاتصالات اللاسلكية الأخرى، وهي طريقة ملائمة للغاية لتضمين مجموعة متنوعة من مشكلات تدهور الإشارة في قياس واحد بحيث يمكن تقييم القياس الكلي لأداء النظام.

نظراً لاستخدام “SINAD” على نطاق واسع كمعامل لقياس حساسية الراديو ويتم اختباره خلال مراحل تصميم دائرة التردد اللاسلكي، تتوفر أدوات اختبار متخصصة لقياس “SINAD”.

• “SINAD” هي اختصار لـ “Signal-to-noise and distortion ratio”.

• “UHF” هي اختصار لـ “Ultra high frequency”.

• “VHF” هي اختصار لـ “Very High Frequency”.

• “SNDR” هي اختصار لـ “Signal-to noise-distortion-ratio”.

أساسيات نسبة SINAD

يُعد “SINAD” هو قياس يمكن استخدامه لأي جهاز اتصال لاسلكي للنظر في تدهور الإشارة من خلال الإشارات غير المرغوب فيها أو الخارجية لا سيما الضوضاء والتشويه، ومع ذلك فإنّ قياس “SINAD” هو الأكثر استخداماً لقياس وتعيين حساسية مستقبل الراديو.

كما تُعد “SINAD” بأنّها نسبة إجمالي مستوى طاقة الإشارة أي إشارة + ضوضاء + تشويه إلى قوة الإشارة غير المرغوب فيها أي ضوضاء + تشويه، حيث كلما ارتفع الرقم الخاص بـ “SINAD” كانت جودة الإشارة الصوتية أفضل.

تقنيات قياس SINAD

• لإجراء القياس يتم إدخال إشارة مشكلة بنبرة صوتية في جهاز استقبال الراديو، وعادةً ما يتم أخذ التردد “1 كيلو هرتز” كمعيار، حيث يقع في منتصف عرض النطاق الترددي الصوتي.

• يتم قياس الإشارة بأكملها أي الإشارة بالإضافة إلى الضوضاء بالإضافة إلى التشويه، ونظراً لأنّ تردد النغمة معروف يتم تمرير الصوت المجدد من خلال مرشح درجة لإزالة النغمة، ثم يتم قياس الضوضاء والتشويه المتبقيين.

• على الرغم من أنّه من الأكثر شيوعاً قياس الناتج الكهربائي في محطات ناتج صوت مستقبل الراديو، إلّا أنّ هناك طريقة أخرى غير مستخدمة على نطاق واسع، وهي تمرير الإشارة إلى المضخم ثم استخدام محول طاقة متصل بمقياس “SINAD” لتحويل الصوت مرة أخرى إلى إشارة كهربائية.

• وسيضمن ذلك تضمين أي تشويه يتضمنه مكبر الصوت وقد يتغلب على مشاكل الوصول إلى اتصالات السماعات في ظروف معينة، حيث قد لا يكون ذلك ممكناً.

• من خلال الحصول على الأرقام الخاصة بالإشارة بالإضافة إلى الضوضاء بالإضافة إلى التشويه والضوضاء بالإضافة إلى التشويه، يمكن بعد ذلك حساب قيمة “SINAD” لمستقبل الراديو لجهاز آخر من المعدات.

• بينما يمكن إجراء قياسات “SINAD” باستخدام عناصر فردية من معدات الاختبار، ويتم تصنيع عدد من عدادات “SINAD” تجارياً، حيث تتضمن أدوات الاختبار هذه جميع الدوائر المطلوبة ويمكن توصيلها مباشرة بمستقبلات الراديو لإجراء القياسات، وفقاً لذلك تُعد عدادات “SINAD” أدوات اختبار ملائمة بشكل خاص لإجراء هذه القياسات.

مرشح قياس SINAD

إنّ المرشح مطلوب لإنتاج النغمة في قياس “SINAD”، كما يؤثر شكل وأداء المرشح هذا على أي قياسات يتم إجراؤها، وفي عالم مثالي سيكون للمرشح درجة حادة غير متناهية بحيث تتم إزالة النغمة المعدلة فقط، ولكن في العالم الحقيقي سيكون للمرشح عرض نطاق ترددي محدود، حيث كلما زاد عرض النطاق الترددي الخاص به فإنّه سيزيل الضوضاء والتشويه بالإضافة إلى النغمة.

ونظراً لأنّ منتجات التشويه ستنتج عادةً من التوافقيات الثانية والثالثة للنغمة فلن يكون للمرشح تأثير ملحوظ على هذا العنصر من القراءة ولكنّه سيؤثر على قراءات مستوى الضوضاء، وفي ضوء هذه المشكلة تحدد بعض المعايير المواصفات أو الإرشادات الخاصة بالفلتر المستخدم في قياس “SINAD”، و”ETSI” يعرّف مرشح الشق “ETR 027”.

ومع تردد النغمة القياسي البالغ “1 كيلو هيرتز”، ينص على أنّ المرشح المستخدم لقياسات “SINAD” يجب أن يتم تخفيف ناتج نغمة “1000 هرتز” بمقدار “40 ديسيبل” على الأقل، وعند “2000 هرتز” يجب ألّا يتجاوز التوهين “0.6 ديسيبل” وكما يجب أن تكون خاصية المرشح مسطحة في حدود “0.6 ديسيبل” على مدى “20 هرتز” إلى “500 هرتز” و”2000 هرتز” إلى “4000 هرتز”.

في حالة عدم وجود تشكيل يجب ألّا يتسبب المرشح في توهين يزيد عن “1 dB” من القدرة الكلية للضوضاء لناتج التردد السمعي للمستقبل قيد الاختبار، وبالإضافة إلى أداء المرشح هناك مجال حرج آخر لقياس “SINAD” وهو قياس مستويات طاقة إشارة الناتج، حيث يجب أن تكون هذه قياسات طاقة حقيقية تستوعب عوامل الشكل المختلفة لمجموعة متنوعة من أشكال الموجة، أي موجة جيبية لنغمة “1 كيلو هرتز” وتوافقياتها لكنّ الضوضاء ستكون عشوائية ولها عامل شكل مختلف.

• “ETSI” هي اختصار لـ “European Telecommunications Standards Institute”.

تطبيقات وقياسات SINAD

1- حساسية جهاز الاستقبال

الاستخدام الأكثر شيوعاً لقياس “SINAD” هو تقييم أداء حساسية مستقبل الراديو، ويمكن قياس ذلك كاختبار روتيني أثناء اختبار القبول لإدراجه في صحيفة بيانات، ولكنّه يُستخدم أيضاً أثناء مراحل تصميم دارة التردد اللاسلكي للتأكد من أنّ أداء الراديو يلبي متطلباته.

ولتحقيق ذلك يمكن تقييم الحساسية بتحديد مستوى إدخال التردد الراديوي على الهوائي المطلوب لتحقيق رقم معين من “SINAD”، وعادةً ما يتم أخذ قيمة “SINAD” بقيمة “12 dB” لأنّ هذا يتوافق مع عامل تشويه بنسبة “25%” ويتم استخدام نغمة تعديل مقدارها “1 كيلو هيرتز”، ومن الضروري أيضاً تحديد الشروط الأخرى.

وبالنسبة إلى النطاق “AM” من الضروري تحديد عمق التشكيل وأمّا مستوى الانحراف “FM” فهو مطلوب وبالنسبة للأنظمة التماثلية “FM”، يحدد “ETSI” استخدام مستوى انحراف بنسبة “12.5%” من تباعد القنوات.

كما قد تكون المواصفات النموذجية هي أنّ جهاز الاستقبال الراديوي لديه حساسية تبلغ “0.25 V” لـ “12 ديسيبل SINAD”، كما أنّه كلما انخفض جهد الإدخال المطلوب لتحقيق المستوى المحدد من “SINAD” كان أداء المستقبل أفضل، وعادة ما يتم استخدام رقم “12dB SINAD” لجهد إدخال معين ويميل جهد الإدخال المطلوب لهذا إلى أنّ يكون عامل المقارنة.

• “AM” هي اختصار لـ “amplitude modulation”.

• “FM” هي اختصار لـ “frequency modulation”.

2- حجب المستقبل

يمكن استخدام “SINAD” لتشكيل أساس قياس حجب المستقبل، حيث يُعد هذا مفيداً جداً لاختبار القبول ولإدراجه في ورقة البيانات، والأهم من ذلك في مراحل تصميم دائرة التردد اللاسلكي لضمان تلبية التصميم لمتطلباته وغالباً ما يحدث في نظام الاتصالات اللاسلكية، حيث قد تكون هناك أجهزة إرسال أخرى تعمل بالقرب منه ومن المهم ألّا يتأثر أي جهاز استقبال لاسلكي بشكل غير ملائم بإشارات قوية أو قوية جداً خارج القناة.

كما هو الحال مع القياسات الأخرى المماثلة تم العثور على مستوى حساسية مرجعي لـ “SINAD”، كما يتم زيادة مستوى إشارة “SINAD” بمقدار “3 ديسيبل” عند الهوائي، ثم تضاف إشارة غير مشكلة خارج القناة وترفع مستواها حتى يزيل المستقبِل حساسية إلى حد يتم بموجبه الوصول إلى مستوى “SINAD” المرجعي.

3- حجب القناة المجاورة

هذه المعلمة هي مقياس لقدرة المستقبل على رفض الإشارات على قناة قريبة، ومع تدهور أداء القناة المجاورة ستزداد مستويات الضوضاء والإشارات الخارجية، ممّا يؤدي إلى تدهور أداء “SINAD”.