Diseo Bsico de Redes Parmetros de Calidad

Ing. Juan R Garcia Bish jrgbish@hotmail.com

AgendaParte : Parmetros de Calidad de Seal. Ruido y Distorsiones Diferentes tecnologas Segunda Parte : Mediciones sobre seales de CATV Prueba de perfomance Instrumentos de medicin Primera

Fuentes de Ruido Ruido

producido por el hombre : Contactos defectuosos, ruido de ignicin, alumbrado fluorescente, artefactos elctricos. Perturbaciones naturales que ocurren irregularmente : Relampagos, tormentas electricas, ruido intergalactico, disturbios atmosfricos. Ruido de fluctuacion que se presenta en el interior de los sistemas fsicos : Es el que analizaremos a continuacin

Ruido de Fluctuacin Se produce

debido a fluctuaciones espontaneas como el movimiento trmico de los electrones libres dentro de un resistor y la generacin/recombinacin de huecos y electrones en un semiconductor. Dos tipos bsicos de ruido de fluctuacion : 1.1.- Ruido trmico 2.2.- Ruido de disparo (shot noise)

Ruido Trmico Se debe

al movimiento aleatorio de los electrones en medios conductores como los resistores . La potencia de ruido mxima (en condiciones de adaptacin) resulta directamente proporcional a la temperatura y al ancho de banda considerado : P = K.T.B -23 K = Constante de Boltzman = 1.38 x 10 Joule/K Joule/ T = Temperatura absoluta = 293 K (20 grad centig) B = Ancho de banda = 4.2 MHz (canal video) Con estos valores resulta P(dBmV) = -59 dBmV

Ruido de Disparo Se produce

en dispositivos de tubos al vacio (vlvulas) y en semiconductores. En los tubos al vacio se debe a la emisin aleatoria de electrones del ctodo. En los semiconductores se debe a la difusin aleatoria de portadores minoritarios y a la recombinacin de los pares electrnelectrnhueco

Factor de Ruido Es la

relacin entre la potencia total de ruido a la salida y la potencia de ruido a la salida debida exclusivamente a la entrada. Tambin puede definirse como la relacin entre las relaciones potencia de seal a potencia de ruido en la entrada y en la salida del equipo. El factor de ruido es un nmero y resulta siempre superior a 1. F = Factor de ruido = (Si/Ni) / (So/No)

Figura de Ruido Cuando

el nmero de ruido se lo expresa en decibeles se convierte en la figura de ruido. La figura de ruido expresa la degradacin que se produce en la relacin seal a ruido medida en la salida del equipo respecto a la entrada del mismo. Con un solo amplificador tenemos : NFdB = Figura de ruido = (Si/Ni)dB (So/No)dB

Amplificadores en Cascada Para el

primer amplificador de una cascada tendremos : (S/N)o = (S/N)i F = Si + 59 dB F Asi si por ejemplo el nivel de seal es de 10 dB y la figura de ruido 7 dB resulta : (S/N)o = 10 dB + 59 dB 7 dB = 62 dB Si tenemos varios amplificadores de ganancia G en cascada entre los cuales se intercala una atenuacion AT = G la relacion S/N al final sera : (S/N)o(S/N)o-n = (S/N)o-1 10 log n (S/N)o-

Amplificadores en Cascada

SealSeal-Ruido vs Portadora-Ruido Portadora Aunque

muchas veces se los utiliza indistintamente en realidad no es lo mismo relacin portadora a ruido que seal a ruido. La relacin seal a ruido tiene en cuenta adems otros elementos como son el ruido que esta dentro de la informacin que estamos transportando, en nuestro caso el video. La seal a ruido tambin efecta una ponderacin del ruido de acuerdo a la respuesta propia del ojo en el caso de video o del oido en el caso del audio.

Variacin relacin C/N con nivel Resulta

evidente que por cada dB que aumente la seal en la entrada de un amplificador mejorar en igual proporcin la relacion Carrier to Noise en la salida del mismo. Como contrapartida cuanto mayor sea el nivel operativo de un amplificador tanto mayor el comportamiento alineal del mismo con lo cual se incrementaran las distorsiones de la seal.

Resumen C/N

Combinacin de diferentes C/N

Distorsiones La caracteristica de transferencia del amplificador no es lineal. En la salida del amplificador aparecen componentes que no estaban presentes en la entrada del mismo.

Amplificador - Distorsiones Amplificador ideal : v0 = k0 . vi Distorsin de segundo orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi2 aparecen en la salida armnicos : 2.f1 2.f2 y combinaciones tipo : f1-f2 f1+f2 Distorsin de tercer orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi2 + k2 . vi3 aparecen armnicos : 2.f1 2.f2 3.f1 3.f2 combinaciones : 2.f1-f2 2.f2-f1 2.f1+f2 2.f2+f1 modulacin cruzada - batido triple compuesto

Degradacin de la Seal Distorsiones Batido

simple de 2 orden Batido compuesto de 2 orden Batido compuesto de 3 orden Modulacin de Zumbido Modulacin Cruzada

==> SSO ==> CSO ==> CTB ==> Hum Hum ==> XM

Donde estan las Distorsiones

Cantidad de Batidos - CTB

Cantidad de Batidos - CSO

CSO Reglas Bsicas Cada

vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de aproximadamente 4 dB en la relacin portadora a batido compuesto de segundo orden. Por cada dB de reduccin en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 1 dB en la relacin portadora a batido compuesto de segundo orden.

Clculos CSO

CTB - Reglas Bsicas Cada

vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la relacin portadora a batido triple compuesto. Por cada dB de reduccin en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la relacin portadora a batido triple compuesto.

Clculo CTB

Clculo Modulacin Zumbido

Modulacin Zumbido Conversion : Porcentual - dB

Modulacin Cruzada Reglas Bsicas Cada

vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la modulacin cruzada. Por cada dB de reduccin en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la modulacin cruzada.

Clculo Modulacin Cruzada

Diferentes Tecnologas Single Ended

(Salida simple) Push-Pull (Salida Simtrica) Push Hibridos en Paralelo (PHD o Power Doubling) Quadra Power Feed Foward

Tecnologa de Salida Simple

Tecnologa Push Pull

Tecnologa Push Pull (Dos secciones en cascada)

Tecnologa Push Pull Caractersticas En uso

desde hace mas de 20 aos cuando los sistemas comenzaron a transmitir mas de 13 CH. La salida simtrica reduce los productos de distorsin de segundo orden ( si existiera un balance perfecto se podran anular totalmente). La integracin del circuito amplificador ayuda a conseguir una mejor simetra. Hay hibridos que tienen su perfomance optimizada para una mejor figura de ruido (entrada) y otros para una menor distorsin (salida)

Tecnologa Power Doubling

Tecnologa Power Doubling Caractersticas Como

cada mitad opera a un nivel 3 dB menor se logra reducir la distorsin de tercer orden en 6 dB. Despues de combinar ambas mitades se suman linealmente seal y distorsin mantenindose la relacin. La insercin real de las redes de divisin y combinacin es mayor a 3 dB y la mejora en la distorsin resulta de aproximadamente 5 dB. Se produce una pequea degradacin de la figura de ruido ( empeora unos 0.5 dB).

Tecnologa Cuadra Power

Tecnologa Cuadrapower Caractersticas Dos

circuitos Power Doubling en paralelo Mejora de 10 dB en la distorsin de tercer orden respecto a la tecnologa Push Pull Degradacin de 1 dB en la figura de ruido respecto a la tecnologia Push Pull. Incremento del consumo de energia y de la disipacin.

Tecnologa Feed Foward

Comparacin de TecnologasPush Pull Gain Noise Fig. Carrier/CD Nivel Oper Consumo 19 7.5 66 ref 5W PHD 18 8 71 +2.5 10 W 205 Quadra 17 8.5 76 +5 20 W 410 FF 24 10.5 85 -3 16 W 500

Costo relat. 100 (ref)

Mediciones en Sistemas de CATV Instrumentos

bsicos requeridos : 1.- Preamplificador de bajo ruido. 1.2.- Filtro pasabanda sintonizable. 2.3.- Atenuador variable. 3.4.- Medidor de nivel de seal (SLM) 4.5.- Analizador de espectro 5.6.- Analizador de constelaciones 6.7.- Medidores de tasa de error BER y MER. 7.-

Medidor de Nivel de Seal

Analizador de Espectro

Medicin de Niveles

Medicin de Niveles Velocidad de Barrido Analizador

Esquema Bsico Medicin de Distorsiones y C/N

Relacin C/N Dominio Tiempo vs Frecuencia

Relacin C/N

Correccin por Ruido del Preamplificador

Correccin por Ruido del Instrumento

Alinealidad del Analizador

Medicin de CSO

Medicin de CTB

Requerimientos FCC Niveles de seal Nivel

mnimo en bornes del TV = 0 dB mV La medicion del nivel mnimo en bornes del TV puede reemplazarse por una simulacion despues de 30 mts de cable de bajada domiciliaria . Nivel mximo en bornes del TV = evitar saturacin Variacin de niveles de seal : 3 dBmV mximo entre canales adyacentes 10 dBmV mximo en toda la banda (300MHz BW) se agrega 1 dBmV cada 100 MHz adicionales. Variacin de nivel estacional = 8 dBmV mximo. Relacin Video / Audio = 10 a 17 dBmV

Requerimientos FCC Ruido , Distorsiones y Leakage Relacin

Portadora a Ruido = 43 dB Relacin Portadora a Batidos Coherentes : 51 dB para asignacin de canales standard 47 dB para asignacin de canales HRC / IRC Relacin Portadora a Zumbido = 3% Radiacin de Seal (Leakage) : por debajo de 54 MHz 15 uV/m @ 30 mts entre 54 MHz y 216 MHz 20 uV/m @ 10 mts por encima de 216 MHz 15 uV/m @ 30 mts Introduce el concepto de CLI (cummulative index leakage)

Requerimientos del FCC Puntos y Frecuencias a Medir Cantidad

de puntos a medir : Mnimo 6 puntos (hasta 12500 abonados) Un punto de medicin adicional cada 12500 abonados adicionales o fraccin. Cantidad de frecuencias (canales) a medir : Mnimo 4 canales (hasta 100 MHz de BW) Un canal adicional cada 100MHz extra de BW