izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-12-47-53izmertech-2108Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSПринцип прямого измерения отношения сигнал-шумPrinciple of signal-to-noise ratio direct measurementЗеньковичА. В.ZenkovichA. V.

Зенькович Алексей Вячеславович.

Нижний Новгород

Aleksey V. Zenkovich.

Nizhny Novgorod

avzen@nntu.ruНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University named after R.E. AlekseevRussian Federation2023310120240124753Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2108

Чувствительность радиоприёмных устройств и систем, используемых во всех областях практического применения электроники, определяется при заданном отношении сигнал-шум. Приведены примеры систем, для которых это отношение является одним из важных показателей качества. Цель исследования – решение актуальной проблемы измерения отношения сигнал-шум в широком диапазоне частот, упрощение требований к средствам измерений, повышение их технических и метрологических характеристик. Теоретически обоснован принцип измерения отношения сигнал-шум, состоящий в установлении точных связей этого отношения с параметрами шумовой амплитудной, фазовой и частотной модуляции сигнала. Доказана правомерность применения измерителей модуляции без изменения режима работы в качестве измерителей отношения сигнал-шум. При этом сигнал и шум не разделяются и отдельно не измеряются. Точные связи обусловливают отсутствие методических погрешностей измерения. Имеются три варианта реализации разработанного принципа измерения при использовании одного промышленного прибора (измерителя модуляции) и обеспечении прямого отсчёта отношения сигнал-шум. В двух из них нет ограничений по происхождению и виду шума. С учётом однозначной связи фазовой и частотной модуляции экспериментально проверены все варианты реализации рассмотренного принципа. Расхождения результатов измерений с исходными данными формирователя смеси сигнала и шума лежат в пределах погрешности приборов формирователя. Проведено математическое моделирование разработанного принципа измерения отношения сигнал-шум в программном пакете Mathcad, даны рекомендации по использованию принципа. Главные достоинства предложенного принципа – реализация с помощью одного промышленного прибора и метрологическое обеспечение режима измерения отношения сигнал-шум. Этот режим совпадает с основным режимом измерения модуляции. Метрологическое обеспечение режима измерения отношения сигнал-шум осуществлено в рамках существующих государственных поверочных схем. Полученные при применении рассмотренного принципа основные технические и метрологические характеристики измерителей отношения сигнал-шум определяются параметрами существующих измерителей модуляции – это широкий (до 26 ГГц) диапазон частот и малая (8 %) погрешность измерения.

The sensitivity of radio receivers and other systems used in all fields of practical applications of electronics is carried out at certain signal-to-noise ratio value. Examples of systems, for which this ratio is one of the important qualitative indicators, are given. The aim of the investigation is to solve the actual problem of signal-to-noise ratio measurement in a wide range of frequencies, simplify instruments and improve their technical and metrological parameters. A principle of signal-to-noise ratio measurement has been proposed, its theoretical foundation has been given. Precise relationship between the signal-to-noise ratio and the parameters of noise amplitude, phase and frequency modulation has been established, thus modulation meters can measure signal-to-noise ratio. There are three options for implementing the developed measurement principle. All of them use one existing industrial modulation meter and provide direct signal-to-noise ratio. For two options there are no restrictions on the origin and type of noise, it may be arbitrary. A pilot test of the measurement principle was conducted, and three implementation options were actually tested. Their discrepancies with the original data of the signal and noise generator lie within error limits of the instrumentation of the former. Mathematical modeling of the principle of signal-to-noise ratio measurement in Mathcad software package was also carried out. Recommendations on the use of the principle are given. The fundamental advantages of the developed principle consist of simple implementation by a single industrial instrument and solving the problem of metrological ensuring of signal-to-noise measuring instruments using the existing state verification plans. The main technical and metrological characteristics obtained by using the principle are determined by parameters of existing modulation meters and are proven to be high, the frequency range is till 26,5 GHz and the measurement error is as low as 8 %.

электронные измеренияотношение сигнал-шумпринцип измеренияпрямое измерениепогрешностьметрологическое обеспечениеelectronic measurementssignal-to-noise ratioprinciple of measurementdirect measurementerrormetrological ensuringАвтор выражает благодарность В.Л. Балло и В.Б. Добровольскому за участие в экспериментальных исследованиях и обсуждение статьи.The author is grateful to V.L. Ballo and V.B. Dobrovolskiy for participating in the experimental research and discussing the article.ReferencesВахлов М. Г., Шишов Ю. А. Динамический диапазон канала крупноапертурной цифровой антенной решетки // Радиотехника. 2018. № 2. С. 94–102. https://www.elibrary.ru/yxphksVakhlov M. G., Shishov Yu. A., Receiver module dynamic range measurement of the large aperture active phased array radar, Journal Radioengineering, 2018, no. 2, pp. 94–102. (In Russ.)Беккиев А. Ю., Маковий В. А. Измерение параметров импульсных помех в пакетной радиолинии // Российский технологический журнал. 2019. Т. 7. № 3. С. 28–40. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-28-40Bekkiev A. Yu., Makoviy V. A., Russian Tekhnological Journal. 2019, vol. 7, no. 3, pp. 28–40. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-3-28-40Варданян В. А. Методика оценки отношения сигнал-шум в волоконно-оптических системах передачи с частотным разделением каналов // Измерительная техника. 2017. № 7. С. 53–57. https://www.elibrary.ru/zdnkznVardanyan V. A., Measurement Techniques, 2017, vol. 60, no. 7, pp. 724–730. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1261-9Якубовский В. Л., Батенков А. А. Измерение оптического отношения сигнал-шум в когерентных системах с использованием передачи с поляризационным мультиплексированием // Аллея науки: сетевой журнал. 2021. Т. 1. № 6(57). С. 1131–1139. https://elibrary.ru/cvseivYakubovskiy V. L., Batenkov A. A., Izmerenie opticheskogo otnosheniya signal-shum v kogerentnikh sistemah s ispolzovaniem peredachi polyarizatsionnim multipleksirovaniem, Alley Science, 2021, vol. 1, no. 6(57), pp. 1131–1139. (In Russ.)Чзан Г., Янь С. Повышение отношения сигнал-шум при лазерном измерении дальности путем подбора порога фотонного эквивалента мультипиксельного счетчика фотонов // Квантовая электроника. 2018. Том 48. № 11. С 1062–1066. https://elibrary.ru/vmieuoZhang G., Yan X., Quantum Electronics, 2018, vol. 48, no. 11, pp. 1062–1066. https://doi.org/10.1070/QEL16610Богданова Е. Г. Оценка OSNR в когерентных системах связи // Информационные технологии и телекоммуникации: сетевой журнал. 2017. Т. 5. № 2. С 25–33. URL: https://www.sut.ru/doci/nauka/review/20172/25-33.pdf (дата обращения: 02.03.2023).Bogdanova E. G., OSNR evaluation in coherent networks, TELECOM IT, 2017, vol. 5, iss. 2, pp. 25–33. (In Russ.)Руммени Э. Й., Раймер П., Хайндель В. Магнитно-резонансная томография тела: Пер. с англ. / Под общ. ред. докт. мед. наук, проф. Г. Г. Кармазановского. М.: МЕДпресс-информ, 2017. 848 с.Rummeni E., Reimer P., Heindel W., MR imaging of the body. Stuttgart, N.Y., Georg Thieme Verlag, 2009, 672 p.Способ измерения отношения сигнал/шум: пат. RU 2414718 C2 / А. В. Зенькович, В. Л. Балло, В. Б. Добровольский // Изобретения. Полезные модели. 2010. № 34.Zenkovich A. V., Ballo V. L., Dobrovolskiy V. B. Patent RU 2414718 S2, Byull. Izobret., no. 34 (2010).Зенькович А. В., Балло В. Л., Добровольский В. Б. Использование амплитудной модуляции при измерении отношения сигнал-шум аддитивной смеси гармонического сигнала и шума // Радиотехника. 2013. № 2. С. 046–049. https://elibrary.ru/pxmdrjZenkovich A. V., Ballo V. L., Dobrovolskiy V. B., Utilization of amplitude modulation for measuring the signal-to-noise ratio of additive mixture of harmonic signal and noise, Radioengineering, 2013, no. 2, pp. 46–49. (In Russ.)Картьяну Г. Частотная модуляция. Бухарест: Меридиане, 1964. С. 157–159.Kartyanu G., Chastotnaya modulyatsiya. Bukharest, Merediane Publ., 1964, pp. 157–159. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.