Činitel výkyvu - Crest factor

Činitel výkyvu je parametr a křivka, jako střídavý proud nebo zvuk, ukazující poměr špičkových hodnot k efektivní hodnotě. Jinými slovy, činitel výkyvu označuje, jak extrémní jsou vrcholy ve tvaru vlny. Faktor výkyvu 1 označuje žádné vrcholy, jako např stejnosměrný proud nebo a čtvercová vlna. Faktory vyššího hřebenu označují vrcholy, například zvukové vlny mají tendenci mít faktory vysokého hřebenu.

Činitel výkyvu je maximální amplituda křivky děleno RMS hodnota křivky. To odpovídá poměru L_∞ norma do L₂ norma funkce křivky:^[1]

{ displaystyle C = { frac {| x _ { mathrm {peak}} |} {x _ { mathrm {rms}}}} = { frac { | x | _ { infty}} { | x | _ {2}}}}

{ displaystyle {C} _ { mathrm {dB}} = 20 log _ {10} left ({| x _ { mathrm {peak}} | over x _ { mathrm {rms}}} right) .}

The poměr špičkového k průměrnému výkonu (PAPR) je vrchol amplitudy na druhou (udávající vrchol Napájení) děleno RMS hodnota na druhou (udává průměr Napájení).^[2] Jedná se o druhou mocninu činitele výkyvu:

{ displaystyle { mathit {PAPR}} = { frac {{| x _ { mathrm {peak}} |} ^ {2}} {{x _ { mathrm {rms}}} ^ {2}}} = C ^ {2}}

{ displaystyle { mathit {PAPR}} _ { mathrm {dB}} = 10 log _ {10} { frac {{| x _ { mathrm {peak}} |} ^ {2}} {{x_ { mathrm {rms}}} ^ {2}}} = C _ { mathrm {dB}}.}

Při vyjádření v decibely, činitel výkyvu a PAPR jsou ekvivalentní kvůli způsobu, jakým jsou decibely vypočteno pro poměry výkonu vs poměry amplitudy.

Činitel výkyvu a PAPR proto jsou bezrozměrné množství. Zatímco faktor výkyvu je definován jako pozitivní reálné číslo, v komerčních produktech se také běžně uvádí jako poměr dvou celých čísel, např. 2: 1. PAPR se nejčastěji používá v aplikacích pro zpracování signálu. Jelikož se jedná o výkonový poměr, obvykle se vyjadřuje v decibely (dB). Činitel výkyvu zkušebního signálu je v systému poměrně důležitou otázkou reproduktor testovací standardy; v této souvislosti se obvykle vyjadřuje v dB.^[3]^[4]^[5]

Minimální možný činitel výkyvu je 1, 1: 1 nebo 0 dB.

Příklady

Tato tabulka poskytuje hodnoty pro některé normalizováno křivky. Všechny vrcholové velikosti byly normalizovány na 1.

Typ vlny	RMS hodnota	Činitel výkyvu	PAPR (dB)
DC	1	1	0,0 dB
Sinusoida	${ displaystyle {1 over { sqrt {2}}} přibližně 0,707}$ ^[6]	${ displaystyle { sqrt {2}} přibližně 1,414}$	3,01 dB
Celá vlna byla opravena sinus	${ displaystyle {1 over { sqrt {2}}} přibližně 0,707}$ ^[6]	${ displaystyle { sqrt {2}} přibližně 1,414}$	3,01 dB
Poloviční vlna byla napravena sinus	${ displaystyle {1 nad 2} = 0,5}$ ^[6]	${ displaystyle 2 ,}$	6,02 dB
Vlna trojúhelníku	${ displaystyle {1 over { sqrt {3}}} přibližně 0,577}$	${ displaystyle { sqrt {3}} přibližně 1,732}$	4,77 dB
Čtvercová vlna	1	1	0 dB
PWM Signál V (t) ${ displaystyle geq}$ 0,0 V	${ displaystyle { sqrt { frac {t_ {1}} {T}}}}$ ^[6]	${ displaystyle { sqrt { frac {T} {t_ {1}}}}}$	${ displaystyle 10 log { frac {T} {t_ {1}}}}$ dB
QPSK	1	1	1,761 dB^[7]
8 PSK			3,3 dB^[8]
π / 4DQPSK			3,0 dB^[8]
OQPSK			3,3 dB^[8]
8VSB			6,5–8,1 dB^[9]
64QAM	${ displaystyle { sqrt { frac {3} {7}}}}$	${ displaystyle { sqrt { frac {7} {3}}} přibližně 1,542}$	3,7 dB^[10]
${ displaystyle infty}$ -QAM	${ displaystyle {1 over { sqrt {3}}} přibližně 0,577}$	${ displaystyle { sqrt {3}} přibližně 1,732}$	4,8 dB^[10]
WCDMA downlink nosič			10,6 dB
OFDM		4	~ 12 dB
GMSK	1	1	0 dB
Gaussovský hluk	${ displaystyle sigma}$ ^[11]^[12]	${ displaystyle infty}$ ^[13]^[14]	${ displaystyle infty}$ dB
Periodické cvrlikání	${ displaystyle {1 over { sqrt {2}}} přibližně 0,707}$	${ displaystyle { sqrt {2}} přibližně 1,414}$	3,01 dB

Poznámky: 1. činitele výkyvu specifikované pro QPSK, QAM, WCDMA jsou typické faktory potřebné pro spolehlivou komunikaci, nikoli teoretické činitele výkyvu, které mohou být větší.

Digitální multimetry

Faktor výkyvu je důležitý parametr, kterému je třeba porozumět, když se pokoušíte provádět přesná měření nízkofrekvenčních signálů. Například vzhledem k určitému digitální multimetr s přesností AC 0,03% (vždy specifikováno pro sinusové vlny) s další chybou 0,2% pro činitele výkyvu mezi 1,414 a 5, pak je celková chyba pro měření trojúhelníkové vlny (činitel výkyvu = 1,73) 0,03% + 0,2% = 0,23%.

Akustika a zvukové inženýrství

V akustice a zvukovém inženýrství je činitel výkyvu obvykle vyjádřen v decibely, takže je definován jako úroveň rozdíl mezi RMS a špičkovou hodnotou průběhu. Například pro sinusovou vlnu je poměr 1,414 20 log (1,414) nebo 3 dB. Většina okolního hluku má činitel výkyvu kolem 10 dB, zatímco impulzivní zvuky, jako jsou výstřely, mohou mít činitele výkyvu vyšší než 30 dB.^{[Citace je zapotřebí ]}

Měřič špičkového poměru k průměru (PAR)

A špičkový průměrný poměrový měřič (Par metr) je zařízení používané k měření poměru špičky Napájení úroveň do čas - průměrná úroveň výkonu v elektrický obvod. Toto množství je známé jako poměr špička-průměr (p / a r nebo PAR). Takové měřiče se používají jako rychlý prostředek k identifikaci znehodnocených látek telefon kanály.

Parimetry jsou velmi citlivé na zkreslení zpoždění obálky. Mohou být také použity pro nečinnost kanál hluk, nelineární zkreslení a měření amplitudového zkreslení.

Poměr vrcholu k průměru lze určit pro mnohé signál parametry, jako je napětí, proud, výkon, frekvence, a fáze.

Snížení činitele výkyvu

Mnoho modulačních technik bylo speciálně navrženo tak, aby měly konstantní obálka modulace, tj. minimální možný činitel výkyvu 1: 1.

Obecně platí, že modulační techniky, které mají menší činitele výkyvu, obvykle přenášejí více bitů za sekundu než modulační techniky, které mají vyšší činitele výkyvu. To je proto, že:

jakýkoli daný lineární zesilovač má nějaký „špičkový výstupní výkon“ - určitou maximální možnou okamžitou špičkovou amplitudu, kterou může podporovat a stále zůstat v lineárním rozsahu;
průměrný výkon signálu je špičkový výstupní výkon dělený činitelem výkyvu;
počet přenesených bitů za sekundu (v průměru) je úměrný průměrnému přenášenému výkonu (Shannon – Hartleyova věta ).

Ortogonální multiplexování s frekvenčním dělením (OFDM) je velmi slibná modulační technika; možná jeho největším problémem je jeho vysoký hřebenový faktor.^[15]^[16] Pro OFDM bylo navrženo mnoho technik redukce faktoru výkyvu (CFR).^[17]^[18]^[19] Výsledkem snížení činitele výkyvu je systém, který může buď vysílat více bitů za sekundu se stejným hardwarem, nebo vysílat stejné bity za sekundu s nižší výkon hardware (a tedy nižší náklady na elektřinu^[20] a levnější hardware) nebo obojí.

Metody redukce činitele výkyvu

Existují různé metody pro snižování činitele výkyvu, jako je například okénkování píku, tvarování šumu, pulzní injekce a zrušení píku.

Aplikace

Elektrotechnika - pro popis kvality křivky střídavého proudu
Vibrace analýza - pro odhad míry dopadu mít na sobě v ložisko^[21]
Rádio a Zvuk elektronika - pro odhad světlá výška požadované v signálním řetězci^[22]^[23]
- Hudba má velmi různý činitel výkyvu. Typické hodnoty pro zpracovanou směs jsou kolem 4–8 (což odpovídá 12–18 dB světlého prostoru, obvykle zahrnujícího komprese úrovně zvuku ) a 8–10 pro nezpracovaný záznam (18–20 dB).^[24]^[25]^[26]^[27]
Fyziologie - pro analýzu zvuku chrápání^[28]

Viz také

Reference

^ „Co je to Crest Factor“.
^ „Wireless 101: Peak to average power ratio (PAPR)“.
^ Požadavky na výkon reproduktorů JBL, který uplatňuje IEC standard 268-5, později se přejmenoval na 60268-5
^ AES Standard 2-2012, příloha B (informativní) Crest Factor, str. 17-20 v tisku z 2013-02-11
^ "Dr. Pro-Audio", Řízení výkonu, shrnuje různé standardy reproduktorů
^ ^A ^b ^C ^d "RMS a průměrné hodnoty pro typické průběhy". Archivovány od originál dne 23. 1. 2010.
^ Palicot, Jacques; Louët, Yves. DEFINICE MĚNOVÉHO POMĚRU A ANALÝZA V JEDNOTNÝCH MODULECH DOPRAVCE (PDF). IETR / Supélec - Campus de Rennes. p. 2.
^ ^A ^b ^C „Číst steer_rf_chapter1.pdf“.
^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 21. 8. 2009. Citováno 2009-06-17.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
^ ^A ^b R. Wolf; F. Ellinger; R.Eickhoff; Massimiliano Laddomada; Oliver Hoffmann (14. července 2011). Periklis Chatzimisios (ed.). Lehké mobilní bezdrátové systémy: Druhá mezinárodní konference ICST, Mobilight 2010, 10. – 12. Května 2010, Barcelona, Španělsko, revidované vybrané příspěvky. Springer. p. 164. ISBN 978-3-642-16643-3. Citováno 13. prosince 2012.
^ Teorie a aplikace šumu operačních zesilovačů Archivováno 2014-11-30 na Wayback Machine - 10,2,1 rms versus P-P Noise
^ Kapitola 1 Filtrovaný šum prvního řádu s nízkým průchodem - "Směrodatná odchylka napětí Gaussova šumu je střední kvadratická hodnota nebo efektivní hodnota napětí."
^ Hluk: Často kladené otázky - "Hluk má teoreticky neomezené rozdělení, takže by měl mít nekonečný činitel výkyvu"
^ Telekomunikační měření, analýza a vybavení, Kamilo Feher, oddíl 7.2.3 Hluk faktoru konečného výkyvu
^ „Redukce činitele výkyvu sítě OFDM / WiMAX“.
^ „Techniky modulace s nízkým činitelem výkyvu pro ortogonální frekvenčně dělené multiplexování (OFDM)“ Archivováno 29. 08. 2017 na Wayback Machine.
^ R. Neil Braithwaite."Redukce činitele výkyvu pro OFDM pomocí selektivní degradace pomocné nosné".
^ K. T. Wong, B. Wang a J.-C. Chen,„Redukce OFDM PAPR přepínáním nulových pomocných nosných a datových nosných,“ Electronics Letters, sv. 47, č. 1, s. 62-63. Ledna 2011 Archivováno 2015-09-23 na Wayback Machine.
^ SC Thompson,„Constant Envelope OFDM Phase Modulation,“ disertační práce, UC San Diego, 2005.
^ Nick Wells.„DVB-T2 ve vztahu k rodině standardů DVB-x2“ Archivováno 26. 05. 2013 na Wayback Machine citát: „techniky, které mohou snížit PAPR, ... by mohly vést k významné úspoře nákladů na elektřinu.“
^ Co je „činitel výkyvu“ a proč se používá?
^ Analýza činitele výkyvu pro komplexní zpracování signálu Archivováno 2006-04-27 na Wayback Machine
^ Simulace PAPR pro 64QAM
^ Definice činitele výkyvu — AES Pro Audio Reference
^ „Praktické úrovně digitálního zvuku“. Archivovány od originál dne 18. 06. 2009. Citováno 2009-10-11.
^ Struktura zisku - nastavení úrovní systému Archivováno 2007-09-28 na Wayback Machine, Mackie Tipy pro mixéry
^ Nastavení ovládacích prvků úrovně zvukového systému: Nejdražší systém nastavený špatně nikdy nefunguje stejně jako levný systém správně nastavený.
^ Palatální chrápání identifikované analýzou faktoru akustického výkyvu

Všeobecné

Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Obecná správa služeb dokument: „Federální norma 1037C“. (na podporu MIL-STD-188 )

externí odkazy

Definice poměr vrcholu k průměru - ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) Telecom Glossary 2K
Definice činitel výkyvu - ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) Telecom Glossary 2K
Poměr špičkového a průměrného výkonu (PAPR) systémů OFDM - tutoriál

[1] „Co je to Crest Factor“.

[2] „Wireless 101: Peak to average power ratio (PAPR)“.

[3] Požadavky na výkon reproduktorů JBL, který uplatňuje IEC standard 268-5, později se přejmenoval na 60268-5

[4] AES Standard 2-2012, příloha B (informativní) Crest Factor, str. 17-20 v tisku z 2013-02-11

[5] "Dr. Pro-Audio", Řízení výkonu, shrnuje různé standardy reproduktorů

[ness-6] A ^b ^C ^d "RMS a průměrné hodnoty pro typické průběhy". Archivovány od originál dne 23. 1. 2010.

[7] Palicot, Jacques; Louët, Yves. DEFINICE MĚNOVÉHO POMĚRU A ANALÝZA V JEDNOTNÝCH MODULECH DOPRAVCE (PDF). IETR / Supélec - Campus de Rennes. p. 2.

[modulation-8] A ^b ^C „Číst steer_rf_chapter1.pdf“.

[9] „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 21. 8. 2009. Citováno 2009-06-17.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)

[ChatzimisiosVerikoukis2011-10] A ^b R. Wolf; F. Ellinger; R.Eickhoff; Massimiliano Laddomada; Oliver Hoffmann (14. července 2011). Periklis Chatzimisios (ed.). Lehké mobilní bezdrátové systémy: Druhá mezinárodní konference ICST, Mobilight 2010, 10. – 12. Května 2010, Barcelona, Španělsko, revidované vybrané příspěvky. Springer. p. 164. ISBN 978-3-642-16643-3. Citováno 13. prosince 2012.

[11] Teorie a aplikace šumu operačních zesilovačů Archivováno 2014-11-30 na Wayback Machine - 10,2,1 rms versus P-P Noise

[12] Kapitola 1 Filtrovaný šum prvního řádu s nízkým průchodem - "Směrodatná odchylka napětí Gaussova šumu je střední kvadratická hodnota nebo efektivní hodnota napětí."

[13] Hluk: Často kladené otázky - "Hluk má teoreticky neomezené rozdělení, takže by měl mít nekonečný činitel výkyvu"

[14] Telekomunikační měření, analýza a vybavení, Kamilo Feher, oddíl 7.2.3 Hluk faktoru konečného výkyvu

[15] „Redukce činitele výkyvu sítě OFDM / WiMAX“.

[16] „Techniky modulace s nízkým činitelem výkyvu pro ortogonální frekvenčně dělené multiplexování (OFDM)“ Archivováno 29. 08. 2017 na Wayback Machine.

[17] R. Neil Braithwaite."Redukce činitele výkyvu pro OFDM pomocí selektivní degradace pomocné nosné".

[18] K. T. Wong, B. Wang a J.-C. Chen,„Redukce OFDM PAPR přepínáním nulových pomocných nosných a datových nosných,“ Electronics Letters, sv. 47, č. 1, s. 62-63. Ledna 2011 Archivováno 2015-09-23 na Wayback Machine.

[19] SC Thompson,„Constant Envelope OFDM Phase Modulation,“ disertační práce, UC San Diego, 2005.

[20] Nick Wells.„DVB-T2 ve vztahu k rodině standardů DVB-x2“ Archivováno 26. 05. 2013 na Wayback Machine citát: „techniky, které mohou snížit PAPR, ... by mohly vést k významné úspoře nákladů na elektřinu.“

[21] Co je „činitel výkyvu“ a proč se používá?

[22] Analýza činitele výkyvu pro komplexní zpracování signálu Archivováno 2006-04-27 na Wayback Machine

[23] Simulace PAPR pro 64QAM

[24] Definice činitele výkyvu — AES Pro Audio Reference

[25] „Praktické úrovně digitálního zvuku“. Archivovány od originál dne 18. 06. 2009. Citováno 2009-10-11.

[26] Struktura zisku - nastavení úrovní systému Archivováno 2007-09-28 na Wayback Machine, Mackie Tipy pro mixéry

[27] Nastavení ovládacích prvků úrovně zvukového systému: Nejdražší systém nastavený špatně nikdy nefunguje stejně jako levný systém správně nastavený.

[28] Palatální chrápání identifikované analýzou faktoru akustického výkyvu

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]