Пик-фактор - это параметр формы волны , например переменного тока или звука, показывающий отношение пиковых значений к действующему значению. Другими словами, пик-фактор показывает, насколько экстремальными являются пики сигнала. Пик-фактор 1 указывает на отсутствие пиков, таких как постоянный ток или прямоугольная волна . Более высокие коэффициенты амплитуды указывают на пики, например, для звуковых волн характерны высокие коэффициенты амплитуды.
Пик- фактор - это пиковая амплитуда сигнала, деленная на среднеквадратичное значение сигнала. Это эквивалентно отношению L ∞ нормы в L 2 нормы в зависимости от формы сигнала: [1]
Отношение пиковой мощности к средней мощности ( PAPR ) - это квадрат пиковой амплитуды (дающий пиковую мощность ), деленный на квадрат среднеквадратичного значения (дающий среднюю мощность ). [2] Это квадрат коэффициента амплитуды:
При выражении в децибелах коэффициент амплитуды и PAPR эквивалентны из-за способа вычисления децибел для отношения мощности к отношениям амплитуды .
Таким образом, пик-фактор и PAPR являются безразмерными величинами . Хотя пик-фактор определяется как положительное действительное число , в коммерческих продуктах он также обычно указывается как отношение двух целых чисел, например 2: 1. PAPR чаще всего используется в приложениях обработки сигналов. Поскольку это коэффициент мощности, он обычно выражается в децибелах (дБ) . Пик-фактор тестового сигнала - довольно важный вопрос в стандартах тестирования громкоговорителей ; в этом контексте он обычно выражается в дБ. [3] [4] [5]
Минимально возможный коэффициент амплитуды составляет 1, 1: 1 или 0 дБ.
Примеры
В этой таблице приведены значения для некоторых нормализованных сигналов . Все пиковые величины были нормализованы к 1.
Тип волны | Форма волны | Значение RMS | Крест-фактор | PAPR (дБ) |
---|---|---|---|---|
ОКРУГ КОЛУМБИЯ | 1 | 1 | 0,0 дБ | |
Синусоидальная волна | [6] | 3,01 дБ | ||
Двухполупериодный выпрямленный синус | [6] | 3,01 дБ | ||
Полуволновой выпрямленный синус | [6] | 6,02 дБ | ||
Треугольник волна | 4,77 дБ | |||
Квадратная волна | 1 | 1 | 0 дБ | |
Сигнал ШИМ V (t) 0,0 В | [6] | дБ | ||
QPSK | 1 | 1 | 1,761 дБ [7] | |
8PSK | 3,3 дБ [8] | |||
π / 4DQPSK | 3,0 дБ [8] | |||
OQPSK | 3,3 дБ [8] | |||
8VSB | 6,5–8,1 дБ [9] | |||
64QAM | 3,7 дБ [10] | |||
-QAM | 4,8 дБ [10] | |||
Несущая нисходящего канала WCDMA | 10,6 дБ | |||
OFDM | 4 | ~ 12 дБ | ||
ГМСК | 1 | 1 | 0 дБ | |
Гауссов шум | σ {\ displaystyle \ sigma} [11] [12] | [13] [14] | дБ | |
Периодический щебет | 3,01 дБ |
Примечания: 1. Коэффициенты амплитуды, указанные для QPSK, QAM, WCDMA, являются типичными факторами, необходимыми для надежной связи, а не теоретическими коэффициентами амплитуды, которые могут быть больше.
Цифровые мультиметры
Пик-фактор - важный параметр, который необходимо понимать при попытке провести точные измерения низкочастотных сигналов. Например, для определенного цифрового мультиметра с точностью измерения переменного тока 0,03% (всегда указывается для синусоидальных волн) с дополнительной погрешностью 0,2% для коэффициентов амплитуды от 1,414 до 5, тогда общая погрешность измерения треугольной волны (коэффициент амплитуды = 1,73) составляет 0,03% + 0,2% = 0,23%.
Акустика и аудиотехника
В акустике и звуковой инженерии коэффициент амплитуды обычно выражается в децибелах , поэтому он определяется как разность уровней между среднеквадратичным значением и пиковым значением формы волны. Например, для синусоидальной волны отношение 1,414 составляет 20 log (1,414) или 3 дБ. Большая часть окружающего шума имеет пик-фактор около 10 дБ, в то время как импульсные звуки, такие как выстрелы, могут иметь пик-фактор более 30 дБ. [ необходима цитата ]
Измеритель отношения пикового значения к среднему (PAR)
Пиковые к среднему метру ( Пар метр ) представляет собой устройство , используемое для измерения отношения пиковой мощности уровня до времени уровня -averaged мощности в электрической цепи . Эта величина известна как отношение пикового значения к среднему ( p / a r или PAR). Такие измерители используются как быстрое средство для выявления ухудшенных телефонных каналов.
Парметры очень чувствительны к искажениям задержки огибающей . Их также можно использовать для измерения шума холостого канала , нелинейных искажений и амплитудных искажений.
Отношение пикового значения к среднему можно определить для многих параметров сигнала , таких как напряжение, ток, мощность, частота и фаза .
Снижение пик-фактора
Многие методы модуляции были специально разработаны для обеспечения постоянной модуляции огибающей , т. Е. С минимально возможным коэффициентом амплитуды 1: 1.
В общем, методы модуляции, которые имеют меньшие пик-факторы, обычно передают больше битов в секунду, чем методы модуляции, которые имеют более высокие пик-факторы. Это потому что:
- любой данный линейный усилитель имеет некоторую «пиковую выходную мощность» - некоторую максимально возможную мгновенную пиковую амплитуду, которую он может поддерживать и при этом оставаться в линейном диапазоне;
- средняя мощность сигнала - это пиковая выходная мощность, деленная на пик-фактор;
- количество передаваемых битов в секунду (в среднем) пропорционально средней передаваемой мощности ( теорема Шеннона – Хартли ).
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) - очень многообещающий метод модуляции; возможно, его самая большая проблема - это высокий коэффициент амплитуды. [15] [16] Для OFDM было предложено множество методов уменьшения пик-фактора (CFR). [17] [18] [19] Снижение коэффициента амплитуды приводит к системе, которая может либо передавать больше битов в секунду с тем же оборудованием, либо передавать те же биты в секунду с помощью оборудования с меньшим энергопотреблением (и, следовательно, более низкие затраты на электроэнергию [ 20] и менее дорогое оборудование), либо и то, и другое.
Методы снижения пик-фактора
Существуют различные методы уменьшения пик-фактора, такие как управление окнами пиков, формирование шума , введение импульсов и подавление пиков.
Приложения
- Электротехника - для описания качества формы волны переменного тока.
- Вибрация анализ - для оценки количества ударного износа в подшипнике [21]
- Радио и аудиоэлектроника - для оценки запаса, необходимого в сигнальной цепи [22] [23]
- Музыка имеет очень разный пик-фактор. Типичные значения для обработанного микса составляют около 4–8 (что соответствует 12–18 дБ запаса, обычно с использованием сжатия уровня звука ) и 8–10 для необработанной записи (18–20 дБ). [24] [25] [26] [27]
- Физиология - для анализа звука храпа [28]
Смотрите также
- Клиппинг (обработка сигнала)
- Форм-фактор (электроника)
Рекомендации
- ^ «Что такое пик-фактор» .
- ^ «Беспроводная связь 101: соотношение пиковой и средней мощности (PAPR)» .
- ^ JBL Speaker Power Requirements , который применяетстандарт IEC 268-5, недавно переименованный в 60268-5.
- ^ Стандарт AES 2-2012, приложение B (справочное), пик-фактор, стр. 17-20 в печати 2013-02-11
- ^ "Dr. Pro-Audio", Управление мощностью , обобщает различные стандарты динамиков.
- ^ а б в г «Среднеквадратичные и средние значения для типичных сигналов» . Архивировано из оригинала на 2010-01-23.
- ^ Палико, Жак; Луэ, Ив. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗ СООТНОШЕНИЯ МОЩНОСТЕЙ В МОДУЛЯЦИЯХ ОДНОГО НОСИТЕЛЯ (PDF) . IETR / Supélec - Campus de Rennes. п. 2.
- ^ а б в «Прочтите steer_rf_chapter1.pdf» .
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2009-08-21 . Проверено 17 июня 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ а б Р. Вольф; Ф. Эллингер; Р. Эйкхофф; Массимилиано Ладдомада; Оливер Хоффманн (14 июля 2011 г.). Периклис Хатцимисиос (ред.). Мобильные легкие беспроводные системы: Вторая международная конференция по ИККТ, Mobilight 2010, 10–12 мая 2010 г., Барселона, Испания, отредактированные избранные статьи . Springer. п. 164. ISBN 978-3-642-16643-3. Проверено 13 декабря 2012 года .
- ^ Теория шума операционного усилителя и приложения, заархивированные 30 ноября 2014 г. на Wayback Machine - 10,2,1 среднеквадратичного значения по сравнению с шумом PP
- ^ Глава 1 Низкочастотный фильтрованный шум первого порядка - «Стандартное отклонение гауссовского шумового напряжения - это среднеквадратичное или среднеквадратичное значение напряжения».
- ^ Шум: часто задаваемые вопросы - «Шум теоретически имеет неограниченное распределение, поэтому он должен иметь бесконечный пик-фактор»
- ^ Телекоммуникационные измерения, анализ и приборы, Камило Фехер, раздел 7.2.3 Конечный пик-фактор шума.
- ^ "Снижение пик-фактора сети OFDM / WiMAX" .
- ^ «Методы модуляции с низким коэффициентом амплитуды для мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM)». Архивировано 29 августа 2017 г. в Wayback Machine .
- ^ Р. Нил Брейтуэйт. «Снижение пик-фактора для OFDM с использованием селективной деградации поднесущей» .
- ↑ KT Wong, B. Wang и J.-C. Чен, «Уменьшение OFDM PAPR путем переключения нулевых поднесущих и поднесущих данных», Electronics Letters, vol. 47, нет. 1, стр. 62-63, январь 2011 г. Архивировано 23 сентября 2015 г. в Wayback Machine .
- ^ SC Thompson, "Фазовая модуляция OFDM с постоянной огибающей", докторская диссертация, Калифорнийский университет в Сан-Диего, 2005 .
- ^ Ник Уэллс. «DVB-T2 по отношению к семейству стандартов DVB-x2» Архивировано 26 мая 2013 г. в цитате Wayback Machine : «методы, которые могут снизить PAPR, ... могут привести к значительной экономии затрат на электроэнергию».
- ^ Что такое «пик-фактор» и почему он используется?
- ^ Анализ пик-фактора для комплексной обработки сигналов. Архивировано 27 апреля 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ Моделирование PAPR для 64QAM
- ^ Определение пик-фактора -Справочник по AES Pro Audio
- ^ «Уровень практики в цифровом аудио» . Архивировано из оригинала на 2009-06-18 . Проверено 11 октября 2009 .
- ^ Структура усиления - Установка системных уровней Архивировано 28сентября 2007 г. в Wayback Machine , Mackie Mixer Tips
- ^ Настройка регуляторов уровня звуковой системы: Самая дорогая система, настроенная неправильно, никогда не будет работать так же хорошо, как правильно настроенная недорогая система.
- ^ Небный храп, идентифицированный с помощью анализа акустического гребня.
Общий
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа General Services Administration : «Федеральный стандарт 1037С» .(в поддержку MIL-STD-188 )
Внешние ссылки
- Определение отношения пиковой нагрузки к средней - ATIS (Alliance for Telecommunication Industry Solutions) Telecom Glossary 2K
- Определение пик-фактора - ATIS (Alliance for Telecommunication Industry Solutions) Telecom Glossary 2K
- Отношение пиковой мощности к средней мощности (PAPR) систем OFDM - учебное пособие