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Agenda
• Primera Parte : Parámetros de Calidad de Señal. Ruido y Distorsiones Diferentes tecnologías
• Segunda Parte : Mediciones sobre señales de CATV Prueba de perfomance Instrumentos de medición
Fuentes de Ruido
• Ruido producido por el hombre : Contactos defectuosos, ruido de ignicion, alumbrado fluorescente, artefactos eléctricos.
• Perturbaciones naturales que ocurren irregularmente : Relampagos, tormentas electricas, ruido intergalactico, disturbios atmosféricos.
• Ruido de fluctuacion que se presenta en el interior de los sistemas físicos : Es el que analizaremos a continuación
Ruido de Fluctuación
• Se produce debido a fluctuaciones espontaneas como el movimiento termico de los electrones libres dentro de un resistor y la generación/recombinación de huecos y electrones en un semiconductor.
• Dos tipos básicos de ruido de fluctuacion : 1.- Ruido térmico 2.- Ruido de disparo (shot noise)
Ruido Térmico
• Se debe al movimiento aleatorio de los electrones en medios conductores como los resistores .
• La potencia de ruido máxima (en condiciones de adaptación) resulta directamente proporcional a la temperatura y al ancho de banda considerado : P = K.T.B Siendo : K = Constante de Boltzman = 1.38 x 10-23 Joule/°K 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 (válvulas) y en semiconductores.
• En los tubos al vacio se debe a la emisión aleatoria de electrones del cátodo.
• En los semiconductores se debe a la difusión aleatoria de portadores minoritarios y a la recombinación de los pares electrón-hueco
Factor de Ruido
• Es la relación entre la potencia total de ruido a la salida y la potencia de ruido a la salida debida exclusivamente a la entrada.
• También puede definirse como la relación entre las relaciones potencia de señal a potencia de ruido en la entrada y en la salida del equipo.
• El factor de ruido es un numero y resulta siempre superior a 1. F = Factor de ruido = (Si/Ni) / (So/No)
Figura de Ruido
• Cuando el número de ruido se lo expresa en decibeles se convierte en la figura de ruido.
• La figura de ruido expresa la degradación que se produce en la relación señal 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 señal 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-n = (S/N)o-1 – 10 log n
Amplificadores en Cascada
Señal-Ruido vs Portadora-Ruido
• Aunque muchas veces se los utiliza indistintamente en realidad no es lo mismo relación portadora a ruido que señal a ruido.
• La relación señal a ruido en realidad contempla otros elementos como son el ruido que lleva la misma información, en nuestro caso el video.
• La señal a ruido ademas contempla una ponderación del ruido de acuerdo a la respuesta propia del ojo en el caso de video o del oido en el caso del audio.
Variación relación C/N con nivel
• Resulta evidente que por cada dB que aumente la señal en la entrada de un amplificador mejorará en igual proporcion 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 señal.
Resumen 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
• Distorsión de segundo orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi
2 aparecen en la salida armónicos : 2.f1 2.f2
y combinaciones tipo : f1-f2 f1+f2
• Distorsión de tercer orden : v0 = k0 . vi + k1 . vi
2 + k2 . vi3
aparecen armónicos : 2.f1 2.f2 3.f1 3.f2 combinaciones : 2.f1-f2 2.f2-f1 2.f1+f2 2.f2+f1 modulación cruzada - batido triple compuesto
Degradación de la SeñalDistorsiones
• Batido simple de 2 orden ==> SSO• Batido compuesto de 2 orden ==> CSO• Batido compuesto de 3 orden ==> CTB• Modulación de Zumbido ==> Hum• Modulación Cruzada ==> XM
Donde estan las Distorsiones
Cantidad de Batidos
Cantidad de Batidos
CSO – Reglas Básicas
• Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de aproximadamente 4 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 1 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
Calculos CSO
CTB - Reglas Básicas
• Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
• Esta relacionada a traves de 10.log con el numero de batidos
Cálculo CTB
Cálculo Modulación Zumbido
Modulación ZumbidoConversion : Porcentual - dB
Modulacion CruzadaReglas Básicas
• Cada vez que duplicamos la cantidad de amplificadores en cascada se produce una degradacion de 6 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en la relación portadora a batido triple compuesto.
Cálculo Modulación Cruzada
Diferentes Tecnologías
• Single Ended (Salida simple)
• Push-Pull (Salida Simétrica)
• Hibridos en Paralelo (PHD o Power Doubling)
• Quadra Power
• Feed Foward
Tecnología de Salida Simple
Tecnología Push Pull
Tecnología Push Pull(Dos secciones en cascada)
Tecnología Push PullCaracterísticas
• En uso desde hace mas de 20 años cuando los sistemas comenzaron a transmitir mas de 13 canales.
• La salida simétrica reduce los productos de distorsión de segundo orden ( si existiera un balance perfecto se podrían anular totalmente).
• La integración del circuito amplificador ayuda a conseguir una mejor simetria.
• Hay hibridos que tienen su perfomance optimizada para una mejor figura de ruido (entrada) y otros para una menor distorsión (salida)
Tecnología Power Doubling
Tecnología Power DoublingCaracterísticas
• Como cada mitad opera a un nivel 3 dB menor se logra reducir la distorsión de tercer orden en 6 dB.
• Despues de combinar ambas mitades se suman linealmente señal y distorsión manteniéndose la relación.
• La inserción real de las redes de división y combinación es mayor a 3 dB y la mejora en la distorsión resulta de aproximadamente 5 dB.
• Se produce una pequeña degradación de la figura de ruido ( empeora unos 0.5 dB).
Tecnología Cuadra Power
Tecnología CuadrapowerCaracterísticas
• Dos circuitos Power Doubling en paralelo• Mejora de 10 dB en la distorsión de tercer orden
respecto a la tecnología Push Pull• Degradación de 1 dB en la figura de ruido
respecto a la tecnologia Push Pull.• Incremento del consumo de energia y de la
disipación.
Tecnología Feed Foward
Comparación de Tecnologías
Push Pull PHD Quadra FF
Gain 19 18 17 24
Noise Fig. 7.5 8 8.5 10.5
Carrier/CD 66 71 76 85
Nivel Oper ref +2.5 +5 -3
Consumo 5 W 10 W 20 W 16 W
Costo relat. 100 (ref) 205 410 500
Mediciones en Sistemas de CATV
• Instrumentos básicos requeridos : 1.- Preamplificador de bajo ruido. 2.- Filtro pasabanda sintonizable. 3.- Atenuador variable. 4.- Medidor de nivel de señal (SLM) 5.- Analizador de espectro 6.- Analizador de constelaciones 7.- Medidores de tasa de error BER y MER.
Medidor de Nivel de Señal
Analizador de Espectro
Medición de Niveles
Medición de NivelesVelocidad de Barrido Analizador
Esquema Básico Medición de Distorsiones y C/N
Relación C/NDominio Tiempo vs Frecuencia
Relación C/N
Corrección por Ruido del Preamplificador
Corrección por Ruido del Instrumento
Alinealidad del Analizador
Medición de CSO
Medición de CTB
Requerimientos FCCNiveles de señal
• Nivel mínimo en bornes del TV = 0 dB mV• La medicioón del nivel mínimo en bornes del TV
puede reemplazarse por una simulacion despues de 30 mts de cable de bajada domiciliaria .
• Nivel máximo en bornes del TV = evitar saturación• Variación de niveles de señal :
3 dBmV máximo entre canales adyacentes 10 dBmV máximo en toda la banda (300MHz BW) se agrega 1 dBmV cada 100 MHz adicionales.
• Variación de nivel estacional = 8 dBmV máximo. • Relación Video / Audio = 10 a 17 dBmV
Requerimientos FCCRuido , Distorsiones y Leakage
• Relación Portadora a Ruido = 43 dB• Relación Portadora a Batidos Coherentes :
51 dB para asignación de canales standard 47 dB para asignación de canales HRC / IRC
• Relación Portadora a Zumbido = 3%• Radiación de Señal (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 FCCPuntos y Frecuencias a Medir
• Cantidad de puntos a medir : Mínimo 6 puntos (hasta 12500 abonados) Un punto de medición adicional cada 12500 abonados adicionales o fracción.
• Cantidad de frecuencias (canales) a medir : Mínimo 4 canales (hasta 100 MHz de BW) Un canal adicional cada 100MHz extra de BW
