信号対雑音比 (SNR) 計算ツール
RF レシーバとシグナルチェーンの SNR、ノイズフロア、感度、ダイナミックレンジを計算
公式
参考: Friis, 'Noise Figures of Radio Receivers', Proc. IRE, 1944
仕組み
SNR Calculatorは、RFリンクバジェット分析、レーダーシステム設計、およびワイヤレス通信計画に不可欠な信号対雑音比と受信機のノイズフロアを計算します。RF エンジニア、ワイヤレス・システム・アーキテクト、テスト技術者は、これを使用してレシーバーの感度を判断し、通信範囲を予測します。シャノンのチャネル容量定理 (1948) によれば、SNR は最大データレートを直接制限します。つまり、SNR が 10 dB 向上すると、達成可能なスループットが 2 倍になります。熱ノイズフロアは N = kTB に従います。ここで k = 1.380649e-23 J/K（2019 SI の正確なボルツマン定数）、T = 絶対温度、B = 帯域幅です。290Kの基準温度では、熱ノイズ密度は-174 dBm/Hzで、これはどのレシーバにとっても基本的な限界値です。最新の LTE レシーバーのノイズ指数は 6 ～ 8 dB ですが、衛星放送受信機は 0.5 ～ 1.0 dB に達します。Proakisの「デジタル通信」（第5版、第5章）によると、3 dB の SNR の向上により、QPSK 変調のビットエラー率が約 1 桁減少します。
計算例
5G NR 基地局レシーバは、3.5 GHz で動作し、帯域幅は 100 MHz、雑音指数は 5 dB です。SNR が 20 dB の場合のノイズフロアと必要な信号レベルを計算します。ステップ 1: 熱ノイズ = -174 + 10*log10 (100e6) = -174 + 80 = -94 dBm。ステップ 2: 有効ノイズフロア = -94 + 5 dB NF = -89 dBm。ステップ 3: SNR が 20 dB の場合、必要な信号 = -89 + 20 = -69 dBm。これは NR FR1 の 3GPP TS 38.104 リファレンス感度要件と一致しています。この SNR では、64-QAM はコーディングなしで BER < 1e-6 を実現し、Proakis テーブル 5.3 によると 100 MHz チャネルあたり 150 Mbps のスループットが可能になります。
実践的なヒント
- ✓IEEE 1139-2008に従い、同等の仕様では、必ず290Kのリファレンス温度でノイズ指数を測定してください
- ✓ITU-R SA.509に従い、衛星および電波天文学アプリケーションには、NF < 1 dBの低ノイズアンプを使用してください
- ✓製造上のばらつきを考慮して、理論上の感度よりも3～6dBの実装マージンを追加（業界標準慣行）
よくある間違い
- ✗IEEE標準の290Kリファレンスの代わりに室温（300K）を使用すると、ノイズの計算で0.15dBの誤差が発生します
- ✗感度の計算時にノイズ指数を無視すると、6 dB NFでは感度が正確に6 dB低下します。
- ✗LNA前のケーブルとコネクタの損失を無視 — 2 dB NF LNAの前に1dBの損失が発生すると、システムNFはFriis式あたり2.8dBに上昇します
よくある質問
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