16-9-2013

Prof.: Ing. Santiago Álvarez Noveno Electrónica

RUIDO

El ruido puede definirse como una perturbación radioeléctrica (en este caso) de carácter aleatorio que limita la calidad de un sistema radioeléctrico.

Fuentes de ruido:

Naturales:

• Externas: producidas por elementos naturales externos como lluvia, gases atmosféricos, suelo, etc)

• Internas: provocadas por los circuitos internos del receptor (fundamentalmente) => Tiene una densidad espectral plana

Artificial:

Derivado de actividades industriales (estaciones eléctricas, vehículos, fuentes de alimentación, etc) => No tiene una densidad espectral plana, sino que suele disminuir al aumentar la frecuencia.

Se suele caracterizar como ruido térmico (aleatorio, con densidad espectral de potencia uniforme, independiente de la frecuencia)

Se suele caracterizar de acuerdo a dos factores:

–Temperatura equivalente de ruido: Te

–Factor de ruido: F (dB) / f (unidades naturales)

Ambos miden el ruido incorporado por un componente del circuito transmisor o receptor

El ruido suele considerarse únicamente en el bloque receptor ya que es donde su efecto es más importante (la potencia de ruido es comparable al nivel de señal recibido)

El bloque transmisor se ve afectado por otras perturbaciones (como la distorsión)

Veamos la potencia de ruido normalizada:

–Normalizada = Sin considerar la ganancia de la antena

–La potencia de ruido normalizada es la suma del ruido captado por la antena y el generado internamente por el receptor

Donde:

•k: constante de Boltzmann: 1,38E-20 mJ/ºK

•To: temperatura de referencia: 290ºK (aprox. 17ºC)

•b: ancho de banda utilizado

•fsis: factor de ruido del sistema

E incorporando la temperatura equivalente de ruido:

Es realmente una cuestión de gustos (o convenciones) utilizar la temperatura equivalente de ruido o el factor de ruido para caracterizar el ruido incorporado por los componentes del receptor.

En comunicaciones satelitales, se tiene preferencia por la temperatura equivalente de ruido.

En comunicaciones móviles y radioenlaces se tiene preferencia por el factor de ruido.

Podemos expresar la potencia normalizada de ruido en dB’s:

Siendo Fa el factor de ruido de la antena

Y Pn el ruido entregado por la antena a temperatura ambiente

La correcta caracterización del ruido es vital para el diseño de cualquier sistema de comunicaciones

Además tenemos que tener en cuenta que en ocasiones (que veremos más adelante) la interferencia se caracteriza asimilándose a ruido térmico (por ejemplo, en sistemas de espectro ensanchado)

Además podemos calcular el factor de ruido de un sistema completo compuesto por varios bloques.

Veamos el ejemplo de un receptor simplificado:

Donde:

–Ta / Fa: Temperatura y factor de ruido de la antena

–Tar / lar: Temperatura de ruido y pérdida (loss) en la circuitería de la antena

–Ttr / ltr: Temperatura de ruido y pérdidas en la línea de transmisión

–g / fr: Ganancia y factor de ruido del receptor

Suponiendo temperatura ambiente (que es habitual)

El factor de ruido de los elementos disipativos coincide con el valor de sus pérdidas:

El factor de ruido del sistema completo viene dado por:

Suponiendo temperaturas de ruido iguales a la temperatura ambiente (lo que es habitual) tendremos:

Operando, y teniendo en cuenta que el factor de ruido de los elementos disipativos coincide con el valor de sus pérdidas se obtiene fácilmente:

Los sistemas de radiocomunicaciones tienen un umbral de funcionamiento definido por la relación señal a ruido

–Por encima de este umbral, el funcionamiento será correcto

–Por debajo de este umbral, la degradación de la señal impedirá la correcta decodificación de la señal

En unidades naturales:

O en dB’s:

INTERFERENCIA

Perturbación que afecta a un sistema radioeléctrico que procede de otros enlaces radioeléctricos.

En sistemas de comunicaciones móviles, la interferencia procede siempre del propio sistema de comunicaciones móviles

–De otros usuarios radiando en la misma frecuencia

–De estaciones base lejanas que reutilizan portadoras

En la mayoría de los casos, el tratamiento matemático y los métodos utilizados en la práctica en el diseño de sistemas de comunicaciones móviles, caracterizan la interferencia asemejándola al ruido estudiado anteriormente.

Veamos un ejemplo, dos estaciones base radiando en la misma frecuencia y al mismo tiempo

El terminal móvil (UE = User Equipment) recibirá ambas señales

Las señales deseadas e interferentes tienen balances de potencia diferentes

•Diferentes ganancias de las antenas (diferentes acimuts)

•Diferentes pérdidas de enlace (más importante)

Del mismo modo que definíamos la relación señal a ruido mínima que debe llegar a un receptor del sistema de radiocomunicaciones…

Definimos la relación señal a interferencia, como el umbral mínimo del cociente entre señal deseada y señal interferente que hace que la correcta decodificación señal sea posible

En unidades naturales:

O en dB’s:

Por convención, la señal deseada se denota como “C” (carrier) en lugar de “S” (signal)

BALANCE DE POTENCIA

Un sistema de radiocomunicación, al igual que la mayoría de los sistemas de telecomunicaciones, sigue un modelo energético de balance de potencias

–En él, cada uno de los elementos del modelo van sumando ganancias y restando pérdidas

–Por operatividad, se realiza en unidades logarítmicas de potencia (dBm, dB)

–Se representa como un diagrama de bloques en el que se distinguen tres partes diferentes:

•Bloque trasmisor: responsable de la codificación y transmisión de la señal radioeléctrica

•Canal: medio físico a través del cual se transmite la señal radioeléctrica

•Bloque receptor: responsable de la recepción y decodificación de la señal radioeléctrica.

Seguiremos el siguiente esquema de bloques:

BLOQUE TRANSMISOR:

• Pérdidas:

• Ltt: Pérdidas en los circuitos terminales de TX. Debidas al alimentador de la antena, multiplexores

•Lat: Pérdidas en la antena de TX (antena real). La antena en el diagrama la consideramos ideal (sin pérdidas).

Debidas a elementos disipativos en la antena

•Ganancias:

•Gt: Ganancia de la antena (ideal)

•Potencias:

•Pet: Potencia entregada por el transmisor

•P’t: Potencia entregada a la antena real

•Pt: Potencia (ficticia) entregada a la antena ideal

•PIRE: Potencia “radiada” en la dirección hacia el receptor

BLOQUE RECEPTOR:

Pérdidas:

• Lar: Pérdidas en la antena real. Debidas a pérdidas de acople, elementos disipativos, etc

•Ltr: Pérdidas en los circuitos terminales de RX. Debidas a multiplexores (MX), conversores de frecuencia, etc.

•Ganancias:

•Gr: Ganancia de la antena (ideal)

•Potencias:

•Pr: Potencia recibida en boca de antena (ideal)

•P’r: Potencia recibida en boca de antena (real). Incluye pérdidas de acoplo, disipaciones, etc

•Pdr: Potencia entregada a la última fase del receptor (decodificador)

CANAL:

Pérdidas:

• Lb: Pérdidas debidas a la transmisión por el medio físico (generalmente el aire en comunicaciones móviles). Se tienen en cuenta multitud de factores para el cálculo de su valor (se verá en detalle en el tema de radiopropagación)

•Lbf: Son las pérdidas en espacio libre. Las pérdidas reales (Lb) siempre serán superiores a este valor.

•Potencias:

•PIRE: Potencia (ficticia) “radiada” en la dirección de apuntamiento de la antena. Es el producto de la potencia entregada y la ganancia de la antena en TX

BIBLIOGRAFIA:

Sistemas de Comunicaciones Electrónicas

Cuarta edición Wayne Tomasi

Páginas: 34, 35, 36, 37, 38.

Redes de Telecomunicaciones Móviles

Tema 1 Profesor: David Palomino Valentín

Páginas 29, 30, 31, 32, 33.