¿Qué es el Ruido?
El Ruido es una señal aleatoria inherente en todos los componentes físicos. Directamente limita la detección y procesamiento de toda la información. La forma más común de ruido es el Ruido Blanco Gaussiano , causado por los múltiples procesos aleatorios de la corriente eléctrica o por las agitaciones térmicas de elementos conductivos.
¿Porqué es importante?
Debido a que el ruido electrónico es ubicuo, presente en todos los componentes pasivos y activos, es crítico para los ingenieros caracterizar y entender cómo es una limitante en la transmisión de la información.
¿Qué significa el término "Gaussiano"?
El termino de Gaussiano se refiere a la distribución de voltaje de la fuente de ruido. Debido a su carácter aleatorio, el ruido de voltaje de un componente normalmente es una distribución de Gauss. Esto se caracteriza por su valor medio y excursiones de voltaje aleatorias que siguen forma de una campana o curva de Gaussiana.
Cuál es el siginificado del término "Blanco"
Blanco se refiere a la fuente de ruido de potencia de densidad espectral, que es idealmente plano con la frecuencia. En realidad, en algún punto --debido al desfase- hay una reducción en el nivel de ruido medible.
Qué es AWGN?
El término ruido blanco aditivo gaussiano (AWGN, Additive White Gaussian Noise) se refiere al hecho de que finalmente el ruido se combina con la señal deseada y es un importante factor limitante en la transmisión de información.
Qué es el ENR
ENR se refiere a la Razón de Exceso de Ruido (Excess Noise Ratio), es cual es 10log[(Th-290/290)], es esencialmente una medida normalizada de que tanta fuente de ruido está por encima de su potencia. A ENRs altos >15 db(decibeles) la densidad de potencia puede ser aproximada al añadir el ENR a -174 dBm/Hz
¿Qué es el CNR?
La razón portadora a ruido (CNR, Carrier to Noise Ratio) es el nivel relativo de potencia de la portadora de la señal con respecto al nivel de ruido en un sistema. Determina básicamente la calidad del sistema. La portadora se refiere a la señal de información en este caso.
¿Qué es el BER?
El BER (bit error rate) o la razón de error de bit es frecuencia de errores que ocurren cuando los bits son transmitidos en un sistema digital. Criticamente, está en función de la relación señal a ruido (SNR) o relación portadora a ruido (CNR).
¿Qué es el Eb/No?
Eb/No es basicamente la energy por bit dividida por la densidad de ruido. Es esencialmente una relación portadora a ruido (CNR, Carrier to Noise Ratio) normalizada para sistemas digitales.
¿Qué es la Figura de Ruido?
La figura de ruido es definida como la relación de la señal a la potencia del ruido en la salida de la señal a la potencia de ruido en la salida de un dispositivo. En otras palabras, es la degradación de la relación de la señal a ruido mientras la señal está pasando por el dispositivo. Debido a que el nivel de ruido de la entrada es usualmente ruido térmico de la fuente, la convención es adoptar una temperatura de referencia de 290°K. La figura de ruido viene a ser la relación de la potencia de salida de ruido total a la proporción de la salida de potencia de ruido ocasionado al ruido en la entrada cuando la fuentes es 290°K.
¿Cuáles son los usos comunes de una fuente de ruido?
Las fuentes de ruido se utilizan para medir la figura de ruido, provee una fuente de AWGN para generar (Carrier to Noise Ratio) or Eb/No o para medir los índices de error, y son utilizados como una fuente económica de potencia de banda ancha para poder construir aplicaciones para prueba tales como calibradores de fuerza de señales y aplicaciones de radar. Se pueden utilizar para aumentar en rango dinámico de convertidores analógicos a digitales por difuminado y reduccir el ruido correlacionado. Estos a menudo se encuentran en la unidad de disco de prueba, pruebas inalámbricas, tanto de televisión por cable (CATV) analógico y DOCSYS, Comunicaciones vía satélite para BER (Bit Error Rate) y figuras de ruido, así también se emplea como una fuente de Jitter.
¿Qué tipos de fuentes de ruido están disponibles?
Las fuentes de ruido puede ser un simple diodo de ruido que genera un bajo nivel de ruido, para fuentes de ruido amplificado en múltiples formas para generadores de ruido con grado de instrumentación, que amplifiquen, atenuen y procesen el rudio y una señal añadida por el usuario. Los diodos de ruido vienen en una variedad de paquetes y pueden ser para montaje en superficie o DIP para montaje PCB o coaxial para la integración de sistemas.
¿Cómo son especificadas y probadas las fuentes de ruido?
Las fuentes de ruido suelen ser probadas de acuerdo con su nivel de salida. Las fuentes de ruido que se utilizan en aplicaciones de figura de ruido son generalmente de 6 a 30 dB en ENR. Estos uisualmente requieren un medidor de figura de ruido o un radiometro dedicado, debido a sus bajos niveles de potencia. Ya que el valor de ENR se utiliza para calcular la figura de ruido directamente, fuentes de ruido de baja potencia tipicamente son ofrecidos con valores de ENR calibrados. Fuentes de ruido con mayor potencia típicamente son ofrecidas con medidores de potencia agregados tales como un potenciometro con aplanamiento del espectro sobre un analizador de espectros.
Como se ve en la figura, las señales pueden ser tanto de fuentes internas como externas. Las fuentes internas usualmente están presentes de un modo u otro existan señal o no, y no cambian abruptamente al menos que suceda algo extraño dentro del equipo o en las interconexiones. Las fuentes externas tienen dos formas para ser introducidas dentro del sistema. Una es a través de la antena y la otra es a través de la potencia de entrada. Las señales no deseadas pueden estar o presentes todas las veces. Estas pueden ocurrir momentáneamente, intermitentemente o periódicamente. Es importante cuando se trata de eliminar las señales no deseadas para conocer si están entrando al sistema de fuentes externas o si están presentes sin cualquier entrada externa.
FUENTES DE RUIDO
Causas
El ruido se debe a múltiples causas: a los componentes electrónicos (amplificadores), al ruido térmico de las resistencias, a las interferencias de señales externas, etc. Es imposible eliminar totalmente el ruido, ya que los componentes electrónicos no son perfectos. Sin embargo, es posible limitar su valor de manera que la calidad de la comunicación resulte aceptable.
Tipos de ruido:
- Ruido de disparo El ruido de disparo es un ruido electromagnético también llamado ruido de transistor, producido por la llegada aleatoria de componentes portadores (electrones y huecos) en el elemento de salida de un dispositivo, como ser un diodo, un transistor (de efecto de campo o bipolar) o un tubo de vacío
- El ruido interno es interferencia electromagnética generada dentro del circuito. Son ruidos internos a un circuito el térmico, el de disparo y el de tiempo de tránsito. Es importante destacar que cada uno de estos ruidos es un componente del ruido interno total. Éste, denominado simplemente ruido interno, puede calcularse por diferencias de ganancias o pérdidas, o medirse.
- El ruido térmico El ruido térmico es eléctrico y es producido por la energía interna de la materia.
- Ruidos no correlacionados externos Los tipos de ruidos externos más destacables tienen que ver con los producidos fuera del circuito por la naturaleza o por el hombre y-obviamente- son no correlacionados. Los principales son los atmosféricos, los extraterrestres y los industriales.
Los tipos de ruidos externos más destacables tienen que ver con los producidos fuera del circuito por la naturaleza o por el hombre y-obviamente- son no correlacionados. Los principales son los atmosféricos, los extraterrestres y los industriales.
- El ruido atmosféricoEs producido por la estática que se encuentra dentro de la atmósfera terrestre y esto lo distingue de los extraterrestres. La atmósfera terrestre está cargada de estática que se manifiesta habitualmente en forma de relámpagos, centellas, rayos, etc. Pero ¡no truenos!, porque éstos son un efecto secundario que se manifiesta como ruidos audibles
- El ruido cósmico Es producido por fuentes de radiofrecuencia naturales aleatoriamente distribuidas por el universo, y por tal razón tiene una respuesta bastante plana entre los 8 y 1500 MHz y de presencia uniformemente distribuida en el cielo, aunque debido a la lejanía de las formaciones galácticas es de una intensidad muy baja.
El ruido tambien puede ser provocado por el hombre
Estrategias para minimizar el ruido
es imposible eliminar el ruido al 100 por ciento ya que niongun circuito es perfecto y siempre habra una pequeña cantidad de ruido el objetivo es evitar el ruido lo mas que se pueda
- En el caso del ruido termico o de termoagitación, se requiere que los equipos de comunicaciones y en si todos los equipos electrónicos y de computo se coloquen en salas que tengan aire acindicionado y que esten siempre a una temperatura de 15º C. Max.
- Sistema de aterrizaje de la linea de energía eléctrica o Sistemas de tierra.- Con el fin de minimizar el ruido producido por descargas eléctricas, descargas atmosféricas y los problemas electricos causados por motores, alta tensión, Etc. se recomienda aterrizar el sistema eléctrico.
FUENTES DE INTEFERENCIA
La interferencia básicamente es hecha por el hombre excepto por condiciones atmosféricas y del clima. La mas notable son las descargas eléctricas (rayos). A continuación se mencionan algunos ejemplos de fuentes de interferencia:
- Sistema de encendido de vehículos,
- Motores eléctricos, líneas de alta tensión,
- luces de neón y fluorescentes
- Computadoras,
- Otros tipos de transmisión, tales como la radio amateur, CB (Banda Civil), radio de la policía y otros servicios públicos, inclusive otras estaciones de FM o TV.
Generalmente las fuentes que radian señales periódicas e intermitentes son llamadas fuentes de impulso. Algunos ejemplos son: interruptores eléctricos, luces de neón destellando, encendido de automóvil, rayos, etc. Los impulsos son de corta duración (microsegundos) y frecuentemente tienen amplitudes mas grandes que la señal que esta siendo recibida. La interferencia puede ser radiada como interferencia electromagnética (EMI), o conducida sobre las líneas eléctricas, en el caso del equipo con alimentación de Corriente alterna (AC).
Fuentes típicas de interferencia son:
- La red eléctrica de potencia, que en España es de 50 Hz, es la principal fuente de interferencia, ya que es omnipresente y que por ella fluyen altos niveles de intensidades.
- Las variaciones de la temperatura, y los gradientes de temperaturas en los sistemas electrónicos tienen una gran influencia sobre todos los dispositivos semiconductores.
- Los golpes y vibraciones mecánicas generan fallos y micro-interrupciones en las conexiones y soldaduras deficientes.
- Los motores de explosión, generan una señal disruptiva de alta potencia y con un espectro frecuencial muy amplio en el rango entre 30 y 300 MHz.
- Los sistemas digitales se alimentan mediante intensidades que cambian de forma impulsiva durante los cambios de estado, a la frecuencia del reloj. Su magnitud y espectro frecuencial es fuertemente dependiente de los tiempos de cambio entre estados.
- Los conmutadores de potencia generan impulsos de gran amplitud que son fuente de intensas interferencias. Los conmutadores electrónicos basados en tiristores, y dispositivos electrónicos de conmutación, que se utilizan en el control de motores y fuentes de potencia, son generadores de ruidos de amplio espectro, como consecuencia de la rapidez de sus cambios y del nivel de las intensidades que conmutan.
- La escobillas de los colectores de los motores eléctricos constituyen unos interruptores mecánicos que operan a gran velocidad, y que generan un ruido con espectro entre 1 y 10 KHz.
- Las descargas de arco que se producen en los sistemas de muy alta tensión, cuando están en mal estado, o cuando la atmósfera en la que operan es húmeda, proporciona un espectro blanco de gran amplitud.
- En las lámparas de descarga, como los tubos fluorescentes o de neón, generan un ruido de interferencia con espectro relevante por encima de 1 MHz. En este caso, un elemento de filtro, como puede ser una inducción que trate de mantener constante la corriente, lo reduce drásticamente.
- Otras fuentes de interferencias habituales son los equipo que operan con espectros frecuenciales muy estrechos, como los generadores de RF magnetrones, equipos de soldadura y cualquier tipo de transmisor.
OTROS TIPOS DE INTERFERENCIA
Interferencia de canales adyacentes
La interferencia de canales adyacentes es muy común en arreas metropolitanas donde las estaciones (de AM o FM por ejemplo) son asignadas en frecuencias muy cercanas. En esas áreas donde la congestión de canales existe, los efectos pueden ser minimizados(si las estaciones están en diferentes direcciones) usando un rotor para orientar la antena para la mínima interferencia.
Efecto de captura
Los sistemas FM exhiben un fenómeno llamado "efecto de captura", por lo cual la señal mas fuerte de dos adyacentes elimina a la más débil. Cuando se trata de sintonizar una señal débil, inmediatamente aparece la señal mas fuerte. Reduciendo la amplitud (potencia) de la señal mas fuerte afectara menos a la señal débil. Existe una sola forma de cambiar el efecto de captura es moviendo o rotando la antena, o obtener una antena mas direccional y apuntarla hacia la estación más débil.
En este articulo hemos hablado sobre la eliminación de señales no deseadas, y encontramos que estas pueden entrar al receptor y por la antena misma. La mejor manera para eliminar estas señales es remover la fuente. Si esto no es posible es recomendable proteger(blindar) o hacer uso de filtros.
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