Warum wird eine niedrigere Rauschzahl als besser angesehen als eine höhere Rauschzahl?

Ich versuche zu verstehen, warum eine kleinere Rauschzahl besser sein soll. Die herkömmliche Definition für NF ist das Verhältnis von SNR(in)zu SNR(out). Dies kann weiter wie folgt untergliedert werden:

N . F . = S N R ich N S N R Ö u T = P S ich G , ich N P N Ö ich S e , ich N P S ich G , Ö u T P N Ö ich S e , Ö u T = P S ich G , ich N P S ich G , Ö u T ⋅ P N Ö ich S e , Ö u T P N Ö ich S e , ich N

Wenn wir eine niedrige Rauschzahl wollen, brauchen wir ein niedriges SNR(in) und ein hohes SNR(out). Bedeutet dies also, dass unser Endziel darin besteht, immer zu versuchen, unser SNR(out) so hoch wie möglich zu machen, damit unser Signal viel stärker verstärkt wird als unser Rauschen?

Ja, Sie wollen ein Signal, das Rauschen ist Ihnen egal. Denken Sie daran: Sie versuchen, Informationen aus Ihrem Ausgangssignal zu extrahieren, die an einen anderen Ort gesendet wurden, und Rauschen enthält keinen Hinweis auf diese ursprünglichen Informationen
Das SNR des Eingangs ist immer höher als das des Ausgangs, da die Verstärkung von Eingangssignal und Rauschen gleich ist plus zusätzliches Rauschen des Verstärkers. Ein niedriger Rauschfaktor fügt also so wenig Rauschen wie möglich hinzu, um dem Verhältnis = 1 so nahe wie möglich zu kommen. Die Rauschzahl ist die 10*log-Version des linearen Rauschfaktors. Das SNR wird dann erhöht, indem die Filterbandbreite an die Signalbandbreite angepasst und somit Rauschen unterdrückt wird.
Sie denken rückwärts, wenn Sie sagen: "Wir brauchen ein niedriges SNR (in) ...". Sie brauchen nie ein niedriges SNR(in); Sie müssen mit einem bestimmten (niedrigen) SNR(in) auskommen, und das ist der Grund, warum Sie eine niedrige NF benötigen, um ein bestimmtes (minimales) SNR(out) zu erreichen.

Antworten (4)

o Bedeutet dies, dass unser letztes Ziel darin besteht, immer zu versuchen, unser SNR(out) so hoch wie möglich zu machen

Ja, wir wollen das Ausgangs-SNR so hoch wie möglich, denn das bedeutet die beste Chance, das Nachrichtensignal genau wiederherzustellen.

dass unser Signal viel stärker verstärkt wird als unser Rauschen?

Das ist nicht möglich.

Das Eingangsrauschen wird genauso verstärkt wie das Signal.

Außerdem wird durch unseren Verstärker etwas zusätzliches Rauschen hinzugefügt.

Der Gesamteffekt ist also, dass das Ausgangs-SNR niedriger ist als das Eingangs-SNR. (Deshalb ist die NF positiv, wenn sie in dB ausgedrückt wird)

Aber wir wollen, dass das SNR so wenig wie möglich reduziert wird.

Die Rauschzahl ist ein Maß dafür, wie stark sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert hat, nachdem es einen Empfänger durchlaufen hat. Das folgende Bild verdeutlicht diesen Effekt:

Rauschzahl

Quelle des Bildes: diese Seite

Da wir immer fast so viel verstärken können, wie wir brauchen, ist der begrenzende Faktor nicht ein extrem schwacher Signalpegel, sondern das Vorhandensein von Rauschen, wenn wir das Signal empfangen – plus das vom System hinzugefügte Rauschen.

Eine niedrige Rauschzahl ist der Schlüssel, um die bestmögliche Empfindlichkeit zu haben, d. h. um die Signalleistung, die am Eingang des Empfängers benötigt wird, um das Signal erfolgreich zu demodulieren, so gering wie möglich zu halten.

Diese erhöhte Sensibilität entspannt das Erforderliche S N R ich N , was wiederum die effektive Reichweite unserer Kommunikationsverbindung erweitern kann.

Beispiel: Wenn wir NF um 3 dB reduzieren können, benötigen wir 3 dB weniger Signalleistung am Eingang des Empfängers, um die gleiche zu haben S N R Ö u T , und unser Sortiment wird um satte +40 % zunehmen.

Danke für deine aufschlussreiche Antwort. Kann die Rauschzahl jemals kleiner als 0 dB, dh kleiner als 1 sein?
Nein, das kann es nicht. Das würde bedeuten, dass das interne Rauschen des Empfängers das externe Rauschen irgendwie aufheben kann, was unmöglich ist.

Warum wird eine niedrigere Rauschzahl als besser angesehen als eine höhere Rauschzahl?

das ist nicht allgemeingültig. Es gibt Anwendungen, bei denen Geräusche erwünscht sind. in diesen Fällen sind höhere Rauschzahlen hilfreich.

In den meisten Anwendungen möchten Sie ein Signal verarbeiten, nicht das Rauschen, daher ist eine niedrigere Rauschzahl besser.

In einer kanalreichen Umgebung (WiFI, Mobiltelefone) müssen Sie SPFR – den störungsfreien Dynamikbereich – berücksichtigen, da ein Transistor mit geringerem Rauschen eine akzeptable IP3-Leistung haben kann oder nicht (wichtig in kanalisierten Systemen). Und IP2 kann nicht ignoriert werden.

Zusammenfassung: Wenn Kreuzprodukte auf Ihr Signal fallen oder so nahe aneinander liegen, dass Sie die Kreuzprodukte nicht einfach mit Filter (Zwischenfrequenz) zurückweisen können, hat dies die gleiche (oder schlimmere) Auswirkung wie höheres Zufallsrauschen. Kreuzprodukte können deterministisch sein und somit das Datenauge wirklich verschlechtern.

Ich sehe nicht, wie dies die gestellte Frage beantwortet.
Warum wird eine niedrigere Rauschzahl als besser angesehen als eine höhere Rauschzahl?
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