Untecs telecom ii_clase_6

26
[email protected] INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Ruido en Sistema de Comunicación

Transcript of Untecs telecom ii_clase_6

Page 1: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido en Sistema de Comunicación

Page 2: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Elementos de un Sistema de Comunicación

• Un sistema de comunicación en forma general, está constituido por los siguientes elementos básicos:

Tx Rx

CANAL

RUIDO/INTERFERENCIAS

RECEPTOR

DESTINATARIO

TRANSMISOR

FUENTE

Page 3: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Elementos de un Sistema de Comunicación

• Ejemplo de un Sistema de Comunicación

Page 4: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Señales, Espectros y Filtros

Señales: • En forma muy general, se puede decir, que una señal es un

estímulo externo que condiciona el comportamiento de un sistema.

• Desde un punto de vista más matemático, se puede decir que una señal se define como una función univaluada del tiempo; es decir, a cada instante de tiempo asignado (definida como variable independiente) corresponde un único valor de la función (variable dependiente).

SISTEMA ESTIMULO RESPUESTA

Page 5: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Señales, Espectros y Filtros

Espectro de Frecuencia: • La descripción de una señal v(t) usualmente existe en el dominio del

tiempo, donde la variable independiente es “t”. Pero, para el trabajo de comunicaciones electronicas, a menudo es más conveniente describir las señales en el dominio de la frecuencia, donde la variable independiente es “f”. El análisis espectral está basado en el uso de las herramientas series y transformadas de Fourier.

Page 6: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Señales, Espectros y Filtros

Filtros Electronicos:

• Un filtro electrónico, es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su

amplitud como su fase.

Page 7: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

• En todo sistema de comunicaciones real la señal que se recibe en el receptor no es la misma que emitió el transmisor.

Alteraciones en las transmisiones

Page 8: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

• Señal analógica: degradación de la calidad de la señal

• Señal digital: se producen bits erróneos

Alteraciones en las transmisiones

Page 9: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Atenuación:

• La energía de la señal disminuye con la distancia • Medios guiados: disminución logarítmica con la distancia, por

ello es una dependencia lineal si se expresa en decibelios (dB/Km)

• Medios no guiados: L(pérdida) = 10 log (4πd/λ)2 (dB)

– Repetidores más separados que en los medios guiados – Crece con la frecuencia (menor atenuación en digital)

Alteraciones en las transmisiones

Page 10: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Desvanecimiento (fading)

• En las transmisiones de radio, la señal desaparece de forma transitoria

• Generalmente se restablece en el Rx con un control automático de ganancia, a menos que la relación sea tan pequeña que no se pueda restablecer la señal

• Es causada por condiciones atmosféricas

Alteraciones en las transmisiones

Page 11: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido

• Una señal indeseable que se insertan en algún punto entre el emisor y receptor, y que tiene un efecto directo en las prestaciones de un sistema de comunicación.

Transmisor Receptor

Ruido

Page 12: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido

• El ruido es una señal formada por una mezcla aleatoria de longitudes de onda.

• En sistemas de comunicaciones el término ruido designa una señal que no contiene información.

• Cualquier voltaje o corriente “no deseada” que eventualmente aparece en un receptor de comunicaciones es considerado como ruido.

• El ruido es aditivo, afecta directamente a la señal transmitida.

• Generalmente el ruido es una señal muy pequeña (uV), sin embargo es un problema debido a que el receptor es un equipo sensitivo que amplifica la señal recibida para así procesarla, por tanto también amplifica el ruido.

Page 13: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido

• Ruido Artificial

Está producido por perturbaciones eléctricas debidas al hombre

– Arranque y parada de motores eléctricos

– Vibraciones mecánicas --> vibraciones eléctricas

– Fluorescentes

– Diafonía

– Conmutación de circuitos

Page 14: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido

• Ruido Natural

–El ruido natural puede clasificarse en dos grandes grupos: el producido por los propios componentes electrónicos de un circuito o sistema (receptor) y el producido por fuentes externas a él.

–En el primer caso pueden citarse el ruido térmico, el de granalla, el de partición y el ruido por defecto. En el segundo caso, el ruido atmosférico y el ruido cósmico.

Page 15: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido

• Dentro del ruido natural, se clasifica en: – Ruido Externo: producido por el medio de

transmisión. • Se genera en un punto del sistema como

consecuencia de acoplamiento eléctrico o magnético con otro punto del propio sistema, o con otros sistemas.

• Puede ser periódico, intermitente, o aleatorio. • Ejemplo: Ruido atmosférico y el ruido cósmico

– Ruido Interno: producido exclusivamente por el

receptor. • Se genera en los dispositivos electrónicos como

consecuencia de su naturaleza física. • Es de naturaleza aleatoria • Ejemplo: Ruido térmico

Page 16: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido térmico

• Es la causa de ruido más importante en los circuitos eléctricos y, por consecuencia, está presente en todos los componentes de los sistemas de comunicaciones que incluyen circuitos eléctricos o electrónicos, particularmente en los receptores en que los niveles de señal pueden ser comparables a los de ruido térmico generado en los circuitos del propio receptor.

• Su origen es el movimiento aleatorio de los electrones libres en los conductores y semiconductores.

Page 17: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido térmico

• Se debe a la agitación Térmica de los electrones asociados a los átomos del material del dispositivo o a la línea de transmisión.

• Este movimiento es causado por la temperatura y puede interpretarse como que, en un instante dado, el número de electrones que se mueven en una dirección es mayor que el de los que se mueven en dirección opuesta, sin que en un período largo de tiempo predomine el movimiento en ninguna de las dos direcciones, es decir, su valor medio es cero

Page 18: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido Térmico

• La cantidad de ruido térmico en un ancho de banda de 1Hz en cualquier conductor es:

No=KT( W/Hz)

Donde:

No = densidad de potencia del ruido, en watts /1Hz

K = constante de Boltzmann = 1.3803x10 J/K°

T = temperatura absoluta en grados Kelvin

Page 19: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido Térmico

• El ruido térmico presente en un ancho de banda “ B” es:

N = KTB

Expresado en dB sería:

10 log N = 10 log K+ 10 log T +10 log B Donde:

10 log K = -228.6 dB T en °K=°C+273.15

Page 20: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Ruido Térmico

Ejemplo:

• ¿Cuál sería el ruido térmico presente en un conductor, a temperatura ambiente de 17 °C ?

T= 17°C + 273.15= 290.15 °K

• La densidad de potencia del ruido térmico No es :

No=KT= 1.383x10 J/°K x 290.15 °K=4X10 W/Hz= -204 dB

Page 21: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Modelamiento del Ruido

• En todo sistema de comunicación, una vez que transmitimos la señal modulada e ingresa al canal, este distorsiona dicha señal mediante la adición de una perturbación.

• Para modelar un canal que presenta ruido se formula dos modelos: – Modelo de canal: supone un canal banda base que no

distorsiona pero solo perturba una señal aleatoria denominada RUIDO BLANCO GAUSSIANO ADITIVO (AWGN).

– Modelo de receptor: supone un receptor que esta compuesto por un filtro pasabanda al que le sigue un demodulador. El uso del filtro pasabanda es para minimizar el efecto del ruido de canal.

Page 22: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Razón de señal a Ruido

• Se define como relación señal a ruido, S/N o SNR (Signal to Noise Ratio) al cociente de la potencia de la señal entre la potencia de ruido en un punto dado de un sistema, es decir:

S

N

Page 23: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Razón de señal a Ruido

• O expresada en dB:

S

N

Page 24: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Razón de señal a Ruido

• La relación S/N proporciona una medida de la calidad de una señal en un sistema determinado y depende, tanto del nivel de señal recibida como del ruido total, es decir, la suma del ruido procedente de fuentes externas y el ruido inherente al sistema.

• En el diseño de sistemas, se desea que la relación señal a ruido tenga un valor tan elevado como sea posible.

• Sin embargo, el significado de “tan elevado como sea posible”, debe entenderse en el contexto de cada aplicación particular, ya que por lo general, el obtener altos valores de S/N conlleva un aumento, a veces considerable, en el costo de implementación del sistema.

Page 25: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Razón de señal a Ruido

• En los sistemas digitales de comunicaciones suele utilizarse el concepto de tasa de errores (BER, Bit Error Rate), equivalente, en cierta medida a la relación señal a ruido, más empleado en los sistemas analógicos.

– Nos da la probabilidad de que se cometa un error al transmitir un bit

– Interesa que tenga valores muy bajos

– A medida que el SNR aumenta, el BER disminuye y viceversa

BER = nº de bits erroneos / nº de bits totales transmitidos

Page 26: Untecs telecom ii_clase_6

[email protected]

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Y TELECOMUNICACIONES

Cómo se puede evitar el ruido

Mediante métodos que

tratan de reducir el ruido

en sus fuentes y en su

propagación, como son las

técnicas de cableado,

blindaje, o diseño de

dispositivos de bajo ruido.

Mediante métodos de filtrado y

promediado de la señal, para

amortiguar el nivel de ruido frente a la

señal que se procesa.