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信號與雜訊比、無線電及其在無線通訊中的定義與應用
你和你的伴侶一起去吃早餐。另一對夫妻也在餐廳裡。你們之間的談話很順暢。等到甜點上桌時，餐廳和酒吧區已經快滿了。現在的對話變得困難。你發現自己大聲喊叫，希望對方能聽懂。發生的情況是背景（環境）噪音的水平升高，為了維持溝通，您必須透過提高音量（更多訊號功率），以維持對話語音水平，來應付增加的噪音水平（更多噪音水平功率）。這與無線電 (RF) 世界的情況相同，在無線電 (RF) 世界中，訊號是您的無線電訊號，而噪音則是來自大氣、電力或其他干擾性的無線電訊號。
信號與雜訊的比率 (SNR) 是一種品質指標，用於比較所需信號的電壓水平與背景雜訊的電壓水平。它以信號功率與雜訊功率之比來計算。SNR 通常以 dB（分貝）表示。
信噪比 (dB) = 10 * LOG[訊號功率 / 噪音功率 (單位為瓦)]
對於訊號強度較高的情況，您可以使用 S 值粗略計算 SNR。如果接收到的 CW 訊號為 S9，而儀器在沒有訊號的情況下讀數為 S7，則 SNR 為 12dB（通常每個 S 單位為 6dB）。假設此訊號是透過 2400 Hz 的寬頻接收器濾波器接收的。現在應用窄 500 Hz CW 濾波器。雜訊讀數應降至 S6 以下，改善 6.8dB。這是兩個頻寬的比率。窄頻濾波器可以去除更多雜訊，從而提高您的 SNR。SNR 現在為 18.8 dB。但請注意，您所感興趣的訊號必須完全透過濾波器。將標稱的 2300 Hz 寬 SSB 訊號透過 500Hz 濾波器會使訊號難以辨識。
10 * LOG[2400 赫茲 / 500 赫茲] = 6.81 dB
噪音遍布整個無線電頻譜。它可能來自天線接收到的外部噪音 (RF 訊號)。 < 30兆赫、高頻 (NBW) 的常見情況，或是接收系統內部的雜訊 (信號)。 >（30兆赫、VHF、UHF 的常見情況）主要由…所主導。
從圖 1 可以看到，雜訊是一種寬頻信號。為了測量其功率，我們必須指定要測量的頻寬，稱為「雜訊頻寬」(24-15)。
圖 1：比較不同 SNR 的情況。訊號功率（紅色）與接收頻寬（藍色）中的雜訊功率進行比較。
SSB 訊號通常透過 2600 Hz 或 2400 Hz 的濾波器接收。在整個業餘無線電社群中，2500 Hz 已被用作比較接收能力的品質因數。我所指的模式是指 SSB、CW、RTTY、JT65 等。每種模式都有其優缺點。例如，SSB 是一個 2300 Hz 的訊號。如果你放入更小的濾波器，除了降低雜訊能量之外，你還開始損失訊號能量。這種訊號的損失會很快使 SSB 訊號變得難以理解。頻寬是 SSB 模式的限制因素。
CW 是一種非常窄的信號。 常用的濾波器包括 2400Hz、500Hz、250Hz 和 100Hz。 使用數位訊號處理 (DSP)，您可以進一步縮小範圍。
基本上，這就是所有新的數位訊號處理 (DSP) 調製方案所做的事情。他們正在利用 DSP 來縮小雜訊頻寬，使其盡可能接近訊號。除此之外，他們還對訊號進行編碼。編碼意味著他們正在輸入冗餘資訊和/或減少解碼訊號的字母表或已知結果*1 。編碼可以改善在給定的信噪比 (SNR) 下，訊號的資料恢復。編碼訊號的範圍超出了本討論的範圍。
專注於 HF 業餘通訊的 DXer 專注於遠距離、通常非常微弱的信號。不同的調製模式在不同程度上對弱信號具有不同的表現。讓我們來看看用於 DXing 的一些常見模式。在業餘無線電文獻中，通常以 dB 表示 SNR 性能，即聽到和解碼微弱信號的能力，這個值是相对于 2500 Hz 頻寬中的雜訊的。這就是我們在圖 2 中顯示的内容。
圖 2：2500 Hz 隨機複製的 SSB 訊號 SNR 效能參考
如圖 2 所示，臨時 SSB 通訊需要 6dB 的 SNR。一個幾乎無法辨識的 SSB 訊號（識別您的呼叫並取得訊號報告）將是 0 dB SNR。請注意，當我們進行這些 SNR 比較時，是在一個清晰的頻道上。沒有 QRM、沒有靜電干擾、也沒有失真。為了補償這些頻道特性，我們需要更高的 SNR。
請參閱圖 2，我們可以看到，對於隨機的 CW 操作，信號可以降低 11 dB 或 -5 dB 的 SNR，以達到與隨機 SSB 相同的清晰度。但是，「-5 dB」是什麼意思？這是否表示信號低於噪音？怎麼可能！請記住，這是相對於 2500 Hz 的頻寬而言。您通常會使用 500 Hz 濾波器，現在 -5dB 變成 1.8dB。這足以複製 CW。還是太吵了？點擊 250 Hz 濾波器，現在 SNR=4.8dB。
圖 3 中，我們參考 100Hz 濾波器重新計算了數據。原本在 2500 Hz 時具有 -5 dB SNR 的 CW 訊號，現在則具有 9dB 的 SNR。對於能夠清楚接收訊號的 DXer（即，那些能很好地辨識呼叫和訊號報告的人），他們可以將 SNR 降低到 -1dB（這表示大腦在訊號上進行了一些自己的數位信號處理）。此外，當您只是在尋找自己的呼叫和回覆的訊號報告時，實際上是在減少字母表的雜訊——並獲得一些解碼優勢。有關哪些 CW SNR 可以複製的討論，請參閱 W2RS 的 Ray Soifer 撰寫的人耳弱訊號能力。
圖 3：參考 100 Hz 最小複製 CW 訊號的 SNR 表現
為了獲得更好的 SNR 性能，您需要使用其中一種 DSP 模式。JT65 1 最初是為非常微弱的 EME 通信而設計的。JT65A 已作為 JT65-HF 2 適用於 HF 。從圖 2 中可以看到，如果您的 JT65A SNR 報告為 -15 或更低，您接收到的訊號對於傳統 CW 接收來說太弱了。使用 JT65，您可以將訊號接收增加 9 分貝 (24-15)。在使用此模式時，請注意，它永遠不會報告超過 -1dB 的訊號。該軟體限制了此程度強訊號的報告。這可以追溯到 JT65 最初設計的目的：EME。編寫的 DSP 程式碼不知道如何處理正 SNR 訊號3。根據我的經驗，任何報告為 -10 或更大的東西都是可疑的 SNR。
WSPR 4 並非雙向通訊模式，而是 Beacon 模式。通過窄頻的數位式濾波和編碼，可以接收到更微弱的信號，並增加 8 分貝的增益。
JT9 是在 JT65 之後開發的。它與 JT65 相似，但更窄且效能更好。與 JT65 不同，它專為高頻操作而設計。它會報告正確的 SNR 值。
FT8 是一種最近開發出來的技術，旨在減輕 6 兆米範圍內間歇性 E 頻道的衰落，但它已獲得無線電愛好者社群（包括 HF 和 VHF 頻段）廣泛採用。
請注意：
*想想您學習摩爾斯電碼的時間。您可能先學會字母，然後再學數字。當您只用字母來測試時，會比較容易，因為字母表中沒有數字。您也不需要擔心將「B」與「6」搞錯。
參考文獻：
1 使用 JT65 進行遠端無線電通信
2 JT65-HF
3 JT65A 最大訊噪比 -1dB
4 WSPR
5 JT9
ACRONYMS
SSB = 單向頻寬；窄帶語音通訊模式
CW=連續波，一種摩爾斯電碼通訊模式。
HF = 高頻無線電頻譜，範圍為 3 兆赫至 30 兆赫。
VHF = 超高頻無線電頻譜，範圍為 30 兆赫至 300 兆赫。
UHF = 超高頻無線電頻譜，範圍為 300 MHz 至 3 GHz
RTTY = 無線電電傳通訊模式
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