Signal-Rausch-Verhältnis – SNR und GPS erklärt
Mai
Die Bezeichnung Signal-Rausch-Verhältnis beschreibt den Störabstand, der als Maß für die technische Qualität von Signalen eingesetzt wird. Vor allem bei Nutzsignalen wird das SNR als Indikator für die Qualität erforderlich. Mittels SNR erhält das Rauschsignal eine Bewertung, die angibt, ob die Video- oder Sprachqualität gut und nutzbar ist. Optional wird die Bezeichnung Signal-to-noise ratio als Synonym für den Begriff SNR genutzt.
Bedeutung vom Begriff Signal-Rausch-Verhältnis
Signal-Rausch-Verhältnisse stammen ursprünglich aus der Messtechnik, rund um Hochfrequenz- und Nachrichtentechnik. Auch in weiteren Bereichen, beispielsweise der Akustik findet dieser Messwert Anwendung, überall dort wo Signalverarbeitung eine Rolle spielt, gilt das Signal-Rausch-Verhältnis als Gütekriterium einer Signalübertragung. In diesem Zusammenhang werden unterschiedliche Größen verwendet, um den Rauschanteil zu bestimmen: Träger-Rausch-Verhältnis (C/N), Träger-Interferenz-Verhältnis (C/I+N) und das Signal-Rausch-Verhältnis (PSNR).
Das Signal-Rausch-Verhältnis definiert das Verhältnis einer vorhandenen Signalleistung zur Rauschleistung, bei der Messung ist dieses Verhältnis dimensionslos. Die meisten Signale sind größer als die Rauschleistung, hier wird db (Dezibel) als Synonym eingesetzt, so kann eine Größe bestimmt werden. Eingesetzt wird diese Größe in verschiedenen Bereichen, so auch in der Spektroskopie, der Bildverarbeitung aber vor allem in der medizinischen Bildgebung.
Was ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis ausmacht und wie man das SNR verbessern kann
Durch die Beurteilung eines Nutzsignals können Qualität, Signalstärke und Signalleistung bewertet werden. Um übertragene Informationen aus dem Nutzsignal brauchbar zu machen, müssen sie sich vom Hintergrundrauschen deutlich unterscheiden. Ist das nicht der Fall, können de erhobenen Informationen nicht genutzt werden, sie werden unbrauchbar. Die Fehlerrate im Rahmen der Datenübertragung kann man bewusst niedrig halten, wenn man berücksichtigt, dass das Signal deutlich genug ist und der SNR-Wert ausreichend groß ist.
Ein Kennwert für die Signalqualität ist der Moment, ab dem der Empfänger das Rauschen vom Signal deutlich unterscheiden kann. Zusätzlich werden mit dem SNR sogenannte Analog digital Umsetzer bewertet, wenn die Analyse des linear verläuft, lässt sich der Wer einsetzen, der die Anzahl der Bits bestimmt.
Es gibt eine Vielzahl an Möglichkeiten, die die Rauschleistung vermindern und das gewünschte Signal verstärken können. Eine Verminderung der Bandbreite sorgt immer für ein besseres Signal, umso geringer die Bandbreite, desto besser ist die Signalqualität. Wird die Spannbreite der Frequenz verringert, lässt sich die Qualität des Signals erhöhen, die Faktoren ergeben sich aus der Festlegung einer Norm oder werden aus einem technischen Datum berechnet. Die Angabe vom Rauschabstand ohne eine Bewertung ist sinnlos.
Auch die Signalstärke selbst kann man anheben, so sinkt der Rauschanteil und das Nutzsignal wird größer. Einfach ausgedrückt: Das Vorgehen ist vergleichbar mit Flüstern oder Rufen in Menschenmengen.
Durch die Reduzierung der Quellimpedanz wird ebenfalls eine Verbesserung herbeigeführt, da das Rauschsignal vor allem abhängig von der Impedanz seiner Quelle ist. Somit ist essenziell, dass beim SNR-Verhältnis auch der Quellwiderstand ins Verhältnis gesetzt wird.
Berechnung, Anwendung und Definition des Signal-Rausch-Verhältnisses
Wichtig ist eine Unterscheidung: Kann die Breite des Signals gemindert werden oder kann man die Messung eventuell mit einer geringeren Spannbreite durchführen? Vor allem bei Tonaufnahmen besteht eine Abhängigkeit, ein gutes Signal ist unabdingbar für eine gute Qualität und hervorragende Lautstärke. Konstantes Rauschen sorgt dafür, dass die Qualität der Audio schwach ist. Ein Signal-Rausch-Verhältnis über 0 Dezibel bedeutet, dass der Signalpegel größer ist als der Rauschpegel. Je höher das Verhältnis ist, desto besser ist die Signalqualität, die die Aufnahmen auf dem Gerät liefern.
Die Bedeutung von GPS und welche Rolle der Rauschpegel bei der Übertragung von Signalen spielt
Auch beim GPS-Signal sind zusätzliche Signale unerwünscht, diese gilt es zu reduzieren, um das Maximale aus den Aufnahmen herauszuholen. GPS-Signale können verfälscht, überschattet oder gar gespiegelt werden, hier spielen verschiedene Faktoren eine Rolle. Mögliche Störungen umfassen unter anderem die Vegetation, starke Bewaldung ist ein großer Störfaktor. Gleiches gilt für Gebirge, aber auch für Menschenmassen, je größer die Anzahl der Störfaktoren ist, desto unzuverlässiger ist die berechnete Position. Mithilfe von GPS-Trackern werden Positionen ermittelt, für die korrekte Definition einer Position werden Satellitensignale genutzt, neben der Verbindung von Sender und Empfänger sind weitere Faktoren maßgeblich für die Nutzbarkeit der Informationen verantwortlich. Grundsätzlich kann das GPS-System mit Standardabweichungen umgehen, diese werden bereits während der Übertragung ausgebessert, hohe Gebäude und Wälder können jedoch für eine Spiegelung der Signale sorgen und das Ergebnis verfälschen. Je mehr Störfaktoren involviert sind, desto ungenauer wird die Positionsbestimmung mittels GPS.
Mit modernen GPS-Empfängern ist das Tracking auch unter schweren Bedingungen möglich, das GPS-Gerät ermöglicht weiterhin das Senden von Informationen, ein gutes SRV gewährleistet ein nutzbares Signal, so werden auch schwache Signale verwendet, um eine exakte Ortung durchzuführen.
