Apa Itu Rasio Sinyal terhadap Noise?
Dalam komunikasi analog dan digital, signal-to-noise ratio (rasio sinyal terhadap noise), sering ditulis sebagai S/N atau SNR, adalah ukuran seberapa kuat sinyal yang diinginkan dibandingkan dengan noise latar belakang (sinyal yang tidak diinginkan). S/N bisa dihitung dengan rumus tetap yang membandingkan kedua level tersebut dan menghasilkan rasio, yang menunjukkan apakah tingkat noise mempengaruhi sinyal yang diinginkan.
Rasio ini biasanya dinyatakan dalam satu angka dalam desibel (dB). Nilainya bisa nol, positif, atau negatif. Jika rasio sinyal terhadap noise lebih dari 0 dB, berarti level sinyal lebih tinggi dibandingkan level noise. Semakin tinggi rasio, semakin baik kualitas sinyal.
Sebagai contoh, sinyal Wi-Fi dengan S/N 40 dB akan memberikan layanan jaringan yang lebih baik dibandingkan sinyal dengan S/N 20 dB. Jika rasio S/N Wi-Fi terlalu rendah, kinerja jaringan bisa terpengaruh karena perangkat akan kesulitan membedakan sinyal yang diinginkan dari noise. Akibatnya, bisa terjadi kehilangan paket data dan retransmisi, yang menyebabkan throughput lebih rendah dan latensi lebih tinggi.
Noise mencakup gangguan yang tidak diinginkan yang menurunkan kualitas sinyal. Gangguan ini bisa berupa noise termal, kuantum, elektronik, impuls, atau intermodulasi, serta bentuk noise lainnya. Faktor lingkungan seperti suhu dan kelembaban juga bisa mempengaruhi tingkat noise.
Jika noise terlalu tinggi dibandingkan sinyal yang diinginkan (S/N rendah), berbagai jenis transfer data bisa terganggu, termasuk file teks, grafik, telemetri, aplikasi, serta streaming audio dan video.
Para insinyur komunikasi selalu berusaha untuk memaksimalkan S/N. Secara tradisional, ini dilakukan dengan menggunakan bandwidth sistem penerimaan bandwidth sekecil mungkin yang masih bisa mempertahankan kecepatan data yang diinginkan. Namun, ada metode lain. Misalnya, mereka bisa menggunakan teknik spread spectrum untuk meningkatkan kinerja sistem, atau meningkatkan daya output sinyal untuk menaikkan S/N.
Dalam beberapa sistem tingkat tinggi, seperti teleskop radio, noise internal dikurangi dengan menurunkan suhu sirkuit penerima mendekati nol mutlak (-273 derajat Celsius atau -459 derajat Fahrenheit). Dalam sistem nirkabel, penting untuk mengoptimalkan kinerja antena pengirim dan penerima.
Bagaimana Cara Menghitung Rasio Sinyal terhadap Noise?
Rasio sinyal terhadap noise biasanya diukur dalam desibel dan dihitung menggunakan logaritma basis 10. Rumusnya bergantung pada bagaimana level sinyal dan noise diukur.
Misalnya, jika diukur dalam mikrovolt, digunakan rumus berikut:
S/N = 20 log10(Ps/Pn)
Di mana Ps adalah sinyal dalam mikrovolt dan Pn adalah noise dalam mikrovolt.
Namun, jika sinyal dan noise diukur dalam watt, rumusnya sedikit berbeda:
S/N = 10 log10(Ps/Pn)
Huruf P dalam rumus ini biasanya menunjukkan daya.
Ketika Ps sama dengan Pn, S/N akan bernilai 0. Rasio 0 dB berarti sinyal bersaing langsung dengan level noise, sehingga sulit dibaca. Dalam komunikasi digital, ini bisa mengurangi kecepatan data karena sering terjadi kesalahan yang mengharuskan sistem pengirim mengirim ulang paket data.
Ketika Ps lebih besar dari Pn, S/N bernilai positif. Idealnya, Ps harus jauh lebih besar dari Pn untuk meminimalkan gangguan noise. Sebagai contoh, jika Ps = 10 mikrovolt dan Pn = 1 mikrovolt, maka perhitungannya sebagai berikut:
S/N = 20 log10(10) = 20 dB
Rasio 20 dB berarti sinyal sangat jelas. Namun, jika sinyal lebih lemah tetapi masih di atas level noise, misalnya 1,3 mikrovolt, S/N jauh lebih rendah, hanya sekitar 2,28 dB:
S/N = 20 log10(1,3) = 2,28 dB
Situasi ini masih bisa diterima, tetapi bisa berdampak pada kinerja jaringan. Jika Ps lebih kecil dari Pn, S/N akan negatif, menunjukkan rasio sinyal terhadap noise yang rendah. Dalam kondisi ini, komunikasi menjadi hampir tidak bisa diandalkan, sehingga perlu langkah-langkah untuk meningkatkan level sinyal, mengurangi noise, atau kombinasi keduanya.