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Edison Coimbra G.TELECOMUNICACIONE
S
Tema 7 de:
Manual de clases
ObjetivoDescribir las principales fuentes de imperfecciones que causan deterioros en las señales que se transmiten y los métodos para contrarrestarlos.
Última modificación:8 de agosto de 2015
ATENUACIÓN, DISTORSIÓN Y RUIDO EN LA TRANSMISIÓN
ÍNDICE DEL CONTENIDO
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Atenuación, distorsión y ruido en la transmisión ― Tema 7 de Telecomunicaciones
ÍNDICE DEL CONTENIDO1.- Deterioro de la transmisión.2.- Atenuación (Origen del deciBel).
3.- Atenuación en líneas de transmisión (Atenuación vs. Frecuencia. Ejemplos con atenuación en líneas. El dBm deciBel miliWatt. Ejemplos con dBm).4.- Atenuación en fibra óptica (Ejemplos con atenuación en fibra óptica).5.- Atenuación de ondas de radio (Atenuación en el espacio libre. Cálculo del presupuesto de potencia. Ejemplos con presupuesto de potencia. Software de planificación del enlace).6.- Distorsión (Distorsión en señal óptica – Modal. Distorsión en señal óptica – Cromática).7.- Ruido (Ruido eléctrico externo. Ruido eléctrico interno. Ruido térmico).8.- Relación señal a ruido (Ejemplos con relación señal a ruido).Referencias bibliográficas.Links de los documento de la colección.
1.- DETERIORO DE LA TRANSMISIÓN
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Lo que se envía no es lo que se recibe
DETERIORO DE LA TRANSMISIÓN
¿Por qué se deteriora?
Porque los medios de transmisión por los que viajan las señales no son perfectos. Estas imperfecciones causan deterioros en las señales.
Significa, por tanto, que la señal transmitida y la recibida son distintas.
Habitualmente ocurren 3 tipos de deterioro.
Elementos de un sistema de comunicación
(Forouzan, 2007)
Los medios de transmisión no son perfectos.
2.- ATENUACIÓN
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La atenuación significa perdida de energía (Blake, 2004) (Frenzel, 2003)
ATENUACIÓN
¿Qué significa?
Significa pérdida de energía. Cuando una señal viaja a través de un medio de transmisión, pierde algo de su energía debido a las imperfecciones o a las características del medio transmisión.
¿A qué se debe la pérdida de energía?
En líneas de transmisión de cobre (par trenzado y coaxial)
A la resistencia eléctrica de los conductores. Parte de la energía eléctrica se convierte en calor; por esta razón los cables que llevan señales eléctricas se calientan, si no arden, después de un cierto tiempo. La resistencia aumenta con la frecuencia.
En fibras ópticas
A la dispersión de luz, que se produce cuando el rayo de luz choca contra una impureza de la fibra y se dispersa en todas las direcciones, perdiendo energía óptica.
En ondas de radio
Al esparcimiento de la onda radiada. La onda pierde energía electromagnética porque se esparce en el espacio. La pérdida aumenta con la distancia y la frecuencia.
Líneas de transmisión
Fibra óptica
Ondas de radio
Para mantener la energía de la señal se utilizan amplificadores o repetidores.
Origen del deciBel
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¿De dónde provienen los deciBel?
ORIGEN DEL DECIBEL
Evento
Se originó en los Bell Labs, por la necesidad de definir una unidad que diera una idea de la pérdida de potencia (atenuación) obtenida a la salida de una línea telefónica con respecto a la entrada.
Los primeros sistemas telefónicos usaban líneas abiertas (alambres de acero paralelos de 0.9 mm de diámetro). Se observó que cuando se inyectaba una potencia a la entrada, a una frecuencia de 886 Hz, al cabo de 10 millas la potencia se reducía a 1/10 (a un 10%).
Esta proporción de 10:1 entre la potencia de entrada y de salida se volvió una unidad de medida: se llamó Bel, en honor al inventor del teléfono Alexander Graham Bell.
Pero, debido a que la proporción 10:1 es grande, se la dividió en unidades más pequeñas, es así que nació el decibel (dB).
A = atenuación, en dB.
P1 = potencia de entrada, en W.
P2 = potencia de salida, en W.
𝐴=10 log 10( 𝑃 2𝑃 1 )Fórmula de
la atenuación
APLICACIÓN DEL DECIBEL
El decibel queda definido como una relación de dos potencias, luego se lo extiende para relacionar voltajes, corrientes o cualquier otro parámetro.
El valor de A es negativo si se ha atenuado, y positivo si se ha amplificado.
Atenuación
La atenuación se mide en dB.
3.- ATENUACIÓN EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
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¿Porqué se produce la atenuación en líneas?
ATENUACIÓN EN LINEAS DE TRANSMISIÓN
Mecanismos de pérdidas
Resistencia de los conductores de cobre
La pérdida más obvia de una línea se debe a la resistencia de los conductores. Parte de la energía eléctrica se convierte en calor.
La pérdida aumenta con la frecuencia debido al efecto skin, que es la tendencia de la corriente a acumularse en la capa superficial de los conductores. La resistencia aumenta porque disminuye el área transversal útil del conductor.
Conductancia del dieléctrico
El dieléctrico de una línea no es perfecto y tiene resistividad finita, por lo que parte de la corriente se “fuga” entre los conductores, contribuyendo a la pérdida.
La conductancia del dieléctrico aumenta con la frecuencia. El coaxial con dieléctrico de espuma tiene menor pérdida que el que utiliza polietileno sólido.
Efecto Skin – Acumulación de la corriente en la capa superficial
Corriente de fuga
(Anguera, 2008) (Blake, 2004)
Las pérdidas aumentan con la frecuencia.
Atenuación vs. Frecuencia
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¿Cómo varía la atenuación en función de la frecuencia? (Stallings, 2004)
ATENUACIÓN VS. FRECUENCIA
En líneas de transmisiónAl elegir una línea, debe ponerse atención a las pérdidas. Recuerde que una pérdida de 3 dB en una línea, entre un transmisor y su antena, significa que sólo la mitad de la potencia del transmisor llega a la antena. El resto de la potencia circula como calor en la línea.
A modo de comparación, se muestra la atenuación de algunos medios de transmisión en función de la frecuencia de operación del sistema.
Atenuación vs. Frecuencia
VALORES DE ATENUACIÓN TÍPICOS
Para los medios de transmisión más comunes utilizados en enlaces punto a punto de larga distancia.
Medio Rango de frecuencias Atenuación típica
Par trenzado 0 a 1 MHz 3dB/km @ 1kHz
Cable coaxial 0 a 500 MHz 7dB/km @ 10MHz
Fibra óptica 180 a 370 THz 0,2 a 0,5 dB/km
El par trenzado y cable coaxial no se usan en frecuencias de microondas.
Ejemplos con atenuación en líneas
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Ejemplo 1.- Atenuación en línea
Una señal viaja a través de una línea de transmisión y su potencia se reduce a la mitad. Calcule la atenuación en dB.
Respuesta Ejemplo 1
A = –3dB.
La atenuación de la línea se mide en dB
Ejemplo 2.- Atenuación en línea
Las pérdidas de las líneas regularmente se dan en dB por 100 metros.
Una línea de transmisión acoplada tiene una pérdida de 1.5 dB/100 m. Si se suministran 10 W a la entrada de la línea, ¿cuántos W llegan a la carga situada a 27 m?
Respuesta Ejemplo 2
PL = 9.1 W.
Ejemplo 3.- Atenuación en línea
Se requiere que una fuente de RF entregue 100 W a una antena a través de un cable coaxial de 45 m con una pérdida de 4 dB/100 m. ¿Cuál debe ser la potencia de salida de la fuente, suponiendo que la línea está acoplada?
Respuesta Ejemplo 3
PG = 151 W.
(Blake, 2004)
Los dB se pueden sumar y restar.
Ejemplos con atenuación en líneas
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Ejemplo 5.- Suma y resta de dB
Una razón por la que los ingenieros usan dB para medir cambios de potencia de una señal es que los dB se suman o restan cuando se miden varios puntos.
La Figura muestra una señal que viaja desde el punto 1 al 4. Se atenúa al llegar al 2. Entre 2 y 3, se amplifica. Entre 3 y 4, se atenúa. Se obtienen los dB resultantes sin más que sumar los dB medidos entre cada par de puntos; el resultado es +1dB, se amplifica la señal.
¿Cómo se compensa la pérdida de energía? (Forouzan, 2007)
Curiosidades
Antes que se inventara la maquina de calcular, se usaban los logaritmos para simplificar la multiplicación y división; como un proceso basado en potencias de 10.
Ejemplo 4.- Amplificación
Para compensar la pérdida de energía, se usan amplificadores para amplificar la señal.
Los amplificadores usados en electrónica se especifican en dB. Por ejemplo, un amplificador de 20 dB de Ganancia amplificará la señal de entrada 100 veces. En cambio, uno de 30 dB la amplificará 1.000 veces.
Los dB se pueden sumar y restar.
El dBm deciBel miliWatt
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Expresa la relación entre 2 niveles de potencia
EL dBm
¿Qué expresa?
El dB expresa la relación entre 2 niveles de potencia, pero no es requisito que ambas señales existan físicamente.
Por ejemplo, se podría preguntar. ¿cuántas veces mayor que un 1 mW es la potencia en un circuito? Esto no significa que en realidad se tenga una potencia de 1 mW en alguna parte del circuito.
Se dice que los niveles de potencia expresados de esta manera están en dBm.
𝑃 (dBm )=10 log 10( 𝑃1 mW )
Potencia en dBm
Respuesta Ejemplo 6
500 veces mayor. 27 dBm.
Ejemplo 6.- dBm
¿Cuántas veces mayor que 1 mW es la potencia de 500 mW? Exprese esta relación en dBm.
Ejemplo 7.- Medición de dBm
La ventaja de usar dBm es que simplifica la medición de la potencia. Algunos instrumentos tienen dos escalas para indicar el nivel de potencia.
En la figura se observa que la escala superior, graduada en mW, mide 0.25mW.
La escala inferior, graduada en dBm, mide –6dBm.
(Blake, 2004)
Algunos instrumentos miden el nivel de potencia en dBm.
Ejemplos con dBm
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Ejemplo 8.- Potencia en dBm
Convierta a dBm las siguientes potencias y ubique los valores en una línea dBm: a)10W, b)10mW, c)1mW, d)10µW, e)10nW.
(Blake, 2004)
Respuesta Ejemplo 8
Ver figura. Las potencias >1mW son positivas y las <1mW negativas.
Ejemplo 9.- Potencia en dBm
Un amplificador de 20 dB se conecta a otro de 10 dB por medio de una línea de transmisión con una pérdida de 12 dB. Si al sistema se le aplica una señal con un nivel de potencia de –12dBm, calcule el nivel de la potencia de salida.
Respuesta Ejemplo 9
–12dBm+18dB = 6dBm. Ver figura.
Comentario
Parecería que se suman cantidades diferentes, pero no es así. Ambas cantidades son logaritmos de relaciones de potencia y, por tanto, son adimensionales. "dB" indica la operación de que realizó un cociente, y la "m" sigue la pista de un nivel de referencia.
Expresa la relación entre 2 niveles de potencia
Algunos instrumentos miden el nivel de potencia en dBm.
4.- ATENUACIÓN EN FIBRA ÓPTICA
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ATENUACIÓN EN FIBRA OPTICA
Es la pérdida de energía que sufre el rayo de luz al viajar de un extremo al otro de la fibra de vidrio.
Mecanismos de pérdidas
Dispersión de luz
Cuando el rayo de luz choca contra una impureza natural en el vidrio, se dispersa en todas las direcciones. Representa el 96% de la atenuación.
Absorción de la luz
La luz es absorbida por el vidrio gracias a las propiedades químicas o impurezas naturales en el vidrio, transformándose en calor. Representa entre el 3 y 5% de la atenuación.
VALORES DE ATENUACIÓN
Ventana Atenuación típica
850 nm 3,2dB/km @ MM
1310 nm 0,85dB/km @ MM0,35dB/km @ SM
1550 nm 0,25dB/km @ SM
(Blake, 2004)¿Porqué se produce la atenuación en la fibra?
La atenuación es menor a mayor longitud de onda.
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
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La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
Ejemplo 10.- Atenuación en fibra
Un enlace de fibra óptica de 50 km de longitud utiliza una fibra monomodo SM de 1550 nm y una atenuación de 0.3 dB/km. Calcule la atenuación total de este tramo de fibra.
Respuesta Ejemplo 10
15 dB.
Plan de instalación de la fibraEn un plan de instalación se muestra la longitud del recorrido, la cantidad de empalmes, los conectores y los equipos necesarios para la terminación de la fibra en los extremos del enlace.Por razones prácticas, los cables de fibra óptica se despachan en carreteles de madera con una longitud que no supera los 4.000 m, mientras que la distancia entre dos centrales puede ser de 30 o 40 Km. Por este motivo se realizan en campo empalmes entre los tramos.
(Blake, 2004)
Del plan de instalación se obtienen las pérdidas debidas a la fibra, empalmes y conectores.
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
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Ejemplo 11.- Atenuación en fibra
Un enlace óptico tiene una longitud de 50 km. La salida de potencia del transmisor es 3 mW y las pérdidas son como sigue:
Pérdida total de conector: 4 dB. Pérdida por empalme: 0.1 dB. Los empalmes están separados 2 km. Pérdida de la fibra: 0.4 dB/km.
Calcule el nivel de potencia en el receptor, en dBm.
Respuesta Ejemplo 11
Conceptos importantesSensibilidad del receptor. Es el mínimo nivel de potencia que requiere para funcionar. Un valor típico en comunicaciones ópticas es de –28 dBm. Margen del sistema. Es la diferencia entre la potencia recibida y la sensibilidad del receptor. Por lo general, se requiere un margen de 5 a 10 dB para contrarrestar el deterioro de los componentes y la posibilidad de que se necesiten más empalmes, por ejemplo si se corta el cable de manera accidental.
Ejemplo 12.- Margen del sistema
Para verificar el margen del sistema se empieza con la potencia de transmisión en dBm, se le resta la atenuación total en dB y se compara el resultado con la sensibilidad del receptor . Cualquier potencia de más se llama margen del sistema.
(Blake, 2004)La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
La sensibilidad es uno de los parámetros más importante del receptor. Lo especifica el fabricante.
Ejemplo 14.- Margen del sistema
Un diodo láser emite una potencia de 1 mW. Éste se utiliza en un sistema de fibra óptica con un receptor que requiere una potencia de, por lo menos, 10 W para la tasa de bits erróneos deseado. Determine si el sistema funcionará en una distancia de 10 km. Suponga que será necesario tener un empalme cada 2 km. Las pérdidas en el sistema son como sigue:
Pérdidas de acoplamiento y conector, transmisor a fibra: 4 dB.Pérdida de la fibra: 0.5 dB/km.Pérdida de empalme: 0.2 dB por empalme.Pérdida de conector entre la fibra y el receptor: 2 dB.
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
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Ejemplo 13.- Margen del sistema
Un enlace óptico abarca 40 km. El láser tiene una potencia de salida de 1,5 mW, y el receptor una sensibilidad de 25 dBm. La fibra está disponible en longitudes de 2,5 km y se empalma con una pérdida de 0,25 dB por empalme. La fibra tiene una pérdida de 0,3 dB/km. El total de las pérdidas por conectores en ambos extremos es 4 dB. Calcule el margen del sistema.
Respuesta Ejemplo 13
Respuesta Ejemplo 14
Si. Hay un margen disponible de 8,2 dB.
(Blake, 2004)La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
La sensibilidad es uno de los parámetros más importante del receptor. Lo especifica el fabricante.
5.- ATENUACIÓN DE ONDAS DE RADIO
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ATENUACIÓN EN ONDAS DE RADIO
La onda, en su trayectoria, pierde potencia porque se esparce sobre una mayor región en el espacio a medida que se aleja de la antena transmisora. Se distinguen 2 mecanismos de pérdidas.
Mecanismos de pérdidas
Atenuación en el espacio libre
La onda pierde potencia porque se esparce en el espacio. La pérdida aumenta con la distancia y con la frecuencia, pero disminuye con la directividad o ganancia de las antenas.
Atenuación por el medio ambiente
La onda pierde potencia por absorción cuando pasa a través de árboles, paredes, ventanas, pisos de edificios y debido a situaciones climáticas, pero también por desvanecimiento debido a interferencias por multitrayectoria.Enlace de radio
(Kraus & Fleisch, 2000)¿Porqué se produce la atenuación de las ondas de radio?
El espacio libre no absorbe energía.
Atenuación en el espacio libre
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Para calcularla se usa la ecuación de transmisión de Friis
ECUACIÓN DE TRANSMISIÓN DE FRIIS
¿Qué establece?
Establece la pérdida en el espacio libre (Lfs), es decir, la razón entre la potencia recibida y la transmitida. La ecuación se obtiene al combinar las ecuaciones de las ganancias de las dos antenas.
PR = potencia recibida, en W.
PT = potencia transmitida, en W.
GT = ganancia de la antena transmisora.
GR = ganancia de la antena receptora.
λ = longitud de onda de la onda, en m. r = distancia radial entre antenas, en m.
𝑃𝑅𝑃 𝑇
=𝐺𝑇𝐺𝑅𝜆2
16 2𝑟 2
Ecuación de transmisión de Friis
𝐿 𝑓𝑠 (dB)=10 log𝑃 𝑇 (𝑊 )𝑃𝑅 (W )
𝐿 𝑓𝑠 (dB)=92,44+20 log 𝑟 (km )+20 log 𝑓 (GHz ) −𝐺𝑇 (dBi ) −𝐺𝑅(dBi)
Es común expresarla en dB con el signo cambiado.
Ejemplo 15.- Potencia recibida
Un transmisor y un receptor que operan a 6 GHz están separados por 40 km. Calcule la potencia (en dBm) que recibe el receptor si el transmisor transmite una potencia de 2 W, la antena transmisora tiene una ganancia de 20 dBi y la receptora de 25 dBi.
(Blake, 2004)
El espacio libre no absorbe energía.
Cálculo del presupuesto de potencia
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Se calcula en forma manual o automática por software
CÁLCULO DEL PRESUPUESTO DE POTENCIA
¿En qué consiste?En un proceso mediante el cual se evalúa si el enlace es viable, y para ello se deben calcular las pérdidas en el trayecto y conocer las características del equipamiento y de las antenas. 1.- Características del equipamientoPotencia de Transmisión. La especifica el fabricante del transmisor. Generalmente, más de 30 mW.Sensibilidad del receptor. La especifica el fabricante del receptor. Es el nivel mínimo de potencia que debe recibir para una determinada calidad. Generalmente en el rango de –75 a –95 dBm.
2.- Características de las antenasGanancia de las antenas. Son dispositivos pasivos que crean el efecto de amplificación debido a su forma física. Tienen las mismas características cuando transmiten que cuando reciben. Las omnidireccionales tienen una ganancia de 5 a 12 dBi. Las sectoriales de 12 a 15 dBi. Las parabólicas de 19 a 24 dBi.
3.- Pérdida en el trayectoPérdida en el espacio libre. La onda pierde potencia porque se esparce en el espacio. La pérdida aumenta con la distancia y la frecuencia, pero disminuye con la ganancia de las antenas.Pérdida por el medio ambiente. La onda pierde potencia por absorción, cuando pasa a través de árboles, paredes, ventanas, pisos de edificios y debido a situaciones climáticas, pero también por desvanecimiento debido a interferencias por multitrayectoria. La experiencia demuestra que un margen de tolerancia de 20 dB para contrarrestar esta pérdida es lo apropiado.
4.- Pérdida en la línea o guíaPérdida en la línea o guía. Parte de potencia se pierde en la línea de transmisión. La pérdida para un coaxial corto con conectores es de 2 a 3 dB.
(APC, 2007)
El margen de tolerancia contrarresta la pérdida por el medio ambiente.
Ejemplos con presupuesto de potencia
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Respuesta Ejemplo 16a
Hay un margen de 8 dB que permite trabajar con buen tiempo, pero probablemente no sea suficiente para enfrentar condiciones climáticas extremas.
Respuesta Ejemplo 16b
Hay un margen de 10 dB. El enlace funciona, pero si se utiliza un plato de 24 dBi en el lado del cliente, se tendría una ganancia adicional de 10 dBi en ambas direcciones. Otra opción más cara es utilizar equipos de radio de mayor potencia en ambos extremos del enlace.
Ejemplo 16.- Estimación viabilidad del enlace
Estime la viabilidad de un enlace de 5 km con un punto de acceso WiFi (AP) y un cliente. El AP está conectado a una antena omnidireccional de 10 dBi de ganancia, mientras que el cliente a una sectorial de 14 dBi. La potencia de transmisión del AP es 100 mW (o 20dBm) y su sensibilidad es de –89 dBm. La potencia de transmisión del cliente es de 30 mW (o 15dBm) y su sensibilidad es de –82 dBm. Los cables son cortos, con una pérdida de 2 dB a cada lado.
(APC, 2007)Se calcula en forma manual o automática por software.
El margen de tolerancia contrarresta la pérdida por el medio ambiente.
Software de planificación del enlace
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Simulación con Radio Mobile
SIMULACIÓN CON RADIOMOBILE
¿En qué consiste?Construye automáticamente un perfil entre dos puntos. Durante la simulación analiza la línea visual y calcula la atenuación en el espacio libre y las debidas a otros factores, como absorción de los árboles, efectos del terreno, clima, y además estima la pérdida en el trayecto en áreas urbanas. Radio Mobile presenta un modelo que se asemeja a la realidad, y hasta se pueden simular los niveles de potencia de las estaciones y las ganancias de las antenas, diseñando de tal manera el nivel de recepción que se desea.
Radio Mobile se usa para el diseño y simulación de radioenlaces.
6.- DISTORSIÓN
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DISTORSIÓN
¿Qué significa?Significa que la señal cambia su forma de onda. Ocurre en una señal compuesta, formada por distintas frecuencias.
Cada componente tiene su propia velocidad de propagación a través del medio y, por tanto, su propio retraso en la llegada al destino final. Las diferencias en los retrasos pueden crear un desfase si el retraso no es exactamente el mismo que la duración del periodo. En otras palabras, los componentes de la señal en el receptor tienen fases distintas de las que tenían en el emisor. La forma de la señal compuesta es por tanto distinta.
Ejemplo 17.- Imagen distorsionada
¿Porqué se produce la distorsión? (Forouzan, 2007)
Para contrarrestar la distorsión por el retardo se usan técnicas de ecualización.
Distorsión en señal óptica – Modal
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Se manifiesta como una dispersión del pulso óptico
DISPERSIÓN MODAL
¿Cuál es la causa?
La causa es la propagación multimodo que ocurre en las fibras multimodo, debido a que los rayos de luz toman diferentes caminos a través del núcleo de la fibra y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso.
La dispersión modal limita la velocidad de datos. Los pulsos de luz se solapan unos con otros y el receptor no los puede distinguir, por lo que estas fibras se utilizan solo para cortas distancias.
Ejemplo 17.- Dispersión modal
Los pulsos se solapan unos con otros y el receptor no los distingue; se puede producir error.
(Blake, 2004)
Multimodo se denomina así porque el rayo de luz se mueve por múltiples caminos a través del núcleo de la fibra.
Distorsión en señal óptica – Cromática
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Se manifiesta como una dispersión del pulso óptico
DISPERSIÓN CROMÁTICA
¿Cuál es la causa?
La causa es el ancho espectral de la fuente. Una fuente de luz (LED o láser), emite luces de diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra a diferentes velocidades y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso, el cual, en todo caso, es menos significativo que en la dispersión modal.
La dispersión cromática es una característica de las fibras monomodo, en las cuales se elimina la dispersión modal.
El láser tiene un ancho espectral mucho menor que el LED; por tanto, el laser y la fibra monomodo son aptos para transmisiones a altas velocidades y larga distancia.
(Blake, 2004)
Monomodo se denomina así porque el rayo de luz se mueve por un solo camino a través del núcleo de la fibra.
7.- RUIDO
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RUIDO ELÉCTRICO
DefiniciónSe define como cualquier energía eléctrica no deseada que aparece en la frecuencia de la señal deseada e interfiere con ella perturbando la comunicación.
Ejemplo 18.- Ruido térmico
Imagen afectada por el ruido térmico constante, causado por el movimiento aleatorio de electrones en un cable o componente electrónico.
Ejemplo 19.- Ruido impulsivo
Imagen afectada por el ruido impulsivo causado por el pico de energía alta en un periodo de tiempo muy corto que viene de líneas de potencia o de iluminación.
(Blake, 2004)¿Porqué se produce la distorsión?
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los genera: ruido externo y ruido interno.
Ruido eléctrico externo
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Se produce fuera del sistema que trata la señal
RUIDO ELÉCTRICO EXTERNO
Se produce fuera del sistema que trata la señal, y se introduce en él por medio de un acoplamiento eléctrico o magnético.
Formas de ruido externo
Ruido cósmico. El Sol es una poderosa fuente de radiación en un amplio intervalo de frecuencias. Las estrellas irradian también ruido, que se conoce como ruido cósmico; cuando se lo recibe en la Tierra, su intensidad es mucho menor que el ruido solar debido a la gran distancia. El ruido solar es un problema grave en la recepción por satélite, principalmente cuando el satélite está alineado entre la antena y el Sol.
Ruido atmosférico. Se le llama estática porque los rayos, que son una descarga de electricidad estática, son una fuente importante de ruido atmosférico. Esta perturbación se propaga a largas distancias por el espacio.
Ruido impulsivo. Es un pico, una señal de amplitud alta en un periodo de tiempo muy corto, que viene de líneas de potencia, iluminación, etc.
Ruido inducido. Se debe a fuentes externas tales como motores y electrodomésticos. Estos dispositivos actúan como antenas emisoras y el medio de transmisión como la receptora.
Ruido de interferencia o diafonía NEXT (Near End Crosstalk). se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneas que transportan las señales. Una línea actúa como una antena emisora y la otra como una receptora.
(Blake, 2004)
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los genera: ruido externo y ruido interno.
Ruido eléctrico interno
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RUIDO ELÉCTRICO INTERNO
Se produce en los componentes pasivos (resistores y cables) y en los activos (diodos, transistores). Todos pueden ser fuentes de ruido.
Formas de ruido interno
Ruido de disparo (shoot noise). Se produce por las variaciones aleatorias en el flujo de corriente (electrones o huecos) en dispositivos activos, como transistores y diodos.
Ruido de partición. Se produce en dispositivos donde una sola corriente se separa en dos o más trayectorias, por ejemplo en un transistor de juntura (BJT) bipolar, en donde la corriente del emisor es la suma de las corrientes de colector y la de base.
Ruido térmico. Se produce por el movimiento aleatorio de los electrones en un conductor debido a la agitación térmica, que crea una señal extra no enviada originalmente por el transmisor. Por su importancia, se tratará con mayor detalle.
RUIDO ELÉCTRICO CORRELACIONADO
Se produce por amplificaciones no lineales de la señal y cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión.
Formas de ruido correlacionado
Ruido por distorsión armónica. Se producen armónicos por una mezcla no lineal.
Ruido por distorsión de intermodulación. Se producen productos cruzados indeseables: suma o resta de frecuencias.
(Blake, 2004)Se produce dentro del sistema que trata la señal
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los genera: ruido externo y ruido interno.
Ruido térmico
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Se produce por el calor
RUIDO TÉRMICO
¿Qué lo produce?El movimiento aleatorio de los electrones en un conductor, debido a la agitación térmica. El incremento de la temperatura incrementa el movimiento de los electrones y se produce un flujo de corriente, una corriente de ruido.
El flujo de corriente es resistido; los átomos se agitan y los electrones chocan entre sí. Esta resistencia aparente del conductor produce un voltaje aleatorio que se llama ruido.
Potencia del ruido térmicoJohnson (1928) demostró que la potencia del ruido producido por una fuente de ruido térmico es proporcional al producto de la temperatura por el ancho de banda útil.
𝐼 𝑁×𝑅=𝑉 𝑁 Voltaje de ruido VN
𝐼 𝑁×𝑉 𝑁=𝑁𝑁=𝑘𝑇𝐵 N = potencia del ruido térmico, en W. k = constante de Boltzmann, 1.38×10–23, en J/K. T = temperatura absoluta, en K (oC + 273). B = ancho de banda útil, en Hz.
Potencia del ruido térmico
Ejemplo 20.- Potencia de ruido
Un receptor tiene un ancho de banda útil de 10 kHz. Por razones de acoplamiento, se conecta un resistor a la entrada del receptor, en las terminales de la antena. Calcule la potencia de ruido con la que contribuye dicho resistor, si su temperatura es de 27º C.
Respuesta Ejemplo 20
N = 4.14× W.
Movimiento aleatorio de electrones.
Corriente de ruido IN
Resistencia R debido al choque de electrones entre si.
(Blake, 2004)
Se llama también ruido blanco porque el movimiento aleatorio se produce en todas las frecuencias.
8.- RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
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Es la razón entre lo que se quiere (señal) y lo que no (ruido).
RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
¿Para qué se calcula?La principal razón para calcular la potencia de ruido es para determinar el efecto que el ruido tiene sobre la señal deseada.La cantidad de ruido no es lo que interesa, sino la cantidad de ruido comparada con el nivel de señal deseada, es decir lo que importa es la relación de potencia de la señal y la potencia de ruido. Esta relación, que se abrevia S/N, es una de las especificaciones más importantes de cualquier sistema de comunicaciones.
S /N=Potencia mediade la se ñ al(W )Potencia mediadel ruido(W )
Relación señal a ruido
S /N (dB)=10 log (S / N )S/N es la razón entre lo que se quiere (señal) y lo que no se quiere (ruido).
Ejemplo 21.- Relación S/N típicas
Una línea telefónica tiene una relación S/N de 35 dB. Por su parte, en un sistema CATV la relación de la potencia de la portadora a la potencia de ruido típica es de 69 dB.
(Forouzan, 2007)
S/N es una de las especificaciones más importantes de un sistema.
Ejemplos con relación señal a ruido
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Ejemplo 22- Relación señal a ruido
La potencia de una señal es 10 mW y la potencia del ruido es 1 μW. Calcule los valores de S/N como relación de potencias y en dB.
Respuesta Ejemplo 22
S/N = 10.000 = 40 dB
Ejemplo 23.- Relación señal a ruido
Calcule el valor de S/N para un canal de transmisión sin ruido.
Ejemplo 25.- Relación señal a ruido
Un receptor produce una potencia de ruido de 200 mW sin señal. El nivel de salida se incrementa a 5 W cuando se aplica una señal. Calcule (S + N)/N como una relación de potencia y en decibeles
Respuesta Ejemplo 23
S/N ⟶ ∞Ejemplo 24.- S/n baja
Una S/N baja indica que la señal está muy corrompida por el ruido.
Respuesta Ejemplo 25
(S+N)/N = 25 = 14 dB
(Forouzan, 2007)Es la razón entre lo que se quiere (señal) y lo que no (ruido)
S/N es una de las especificaciones más importantes de un sistema.
Referencias bibliográficas
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¿Cuáles son las referencias bibliográficas?
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASAPC, Asociación para el progreso de las comunicaciones (2007). Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo. Mountain View, CA. USA: Limehouse Book Sprint Team.Blake, Roy (2004). Sistemas electrónicos de comunicaciones . México: Thomson.Frenzel (2003). Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Madrid: Alfaomega.Forouzan, B. A. (2007). Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Madrid: McGraw-Hill.Kraus, J., & Fleisch, D. (2000). Electromagnetismo con Aplicaciones. México: McGraw-Hill.RadioMobile. RadioMobile. Recuperado el 16 de marzo de 2015, de http://www.cplus.org/rmw/english1.html.Stallings, William (2007). Data and Computer Communication. New Jersey: Pearson.
Edison Coimbra G.
Tema 7 de:TELECOMUNICACIONE
S
FIN
Links de los documentos de la colección
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Telecomunicaciones
LINKS DE LOS DOCUMENTOS0.Introducción. (En construcción)1.Generación de ondas de voltaje. (En construcción)2.Datos y señales analógicas y digitales3.PCM Digitalización de señal analógica4.TDM Multiplexación por división de tiempo
5.SONET/SDH Red óptica síncrona
6.AM y FM Modulación de amplitud y de frecuencia7.Atenuación, distorsión y ruido en la transmisión
