Analisis general sobre ruido en la comunicacion.

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
Trabajo de Ruido
(Comunicaciones)
Bachiller:
Gonzalez Cristopher
C.I: 21.211.406
Maturin, Agosto de 2014.

2.  Ruido:
El ruido es un fenómeno natural, inevitable y generalmente incontrolable. En
otras palabras, el ruido siempre estará presente en cualquier sistema de
comunicaciones y contribuirá, en mayor o menor medida, al deterioro de la señal a
la salida del receptor, además de constituir el principal factor limitante en su
detección. De acuerdo con lo anterior, el ruido es efectivamente una “señal”
indeseable, aunque el uso del término señal es discutible, ya que el ruido no
representa información excepto en casos muy aislados.
 Clasificación:
Según su origen el ruido de puede clasificar en externo o interno. El
externo es captado del exterior, por ejemplo por la antena, el interno se produce
en el propio sistema, por ejemplo en el LNA (Low Noise Amplfier). En los
receptores el ruido externo predomina en baja frecuencia (< 100 MHz) mientras
que el interno es dominante en alta frecuencia.
El ruido externo se puede clasificar según su naturaleza en natural o
artificial. La naturaleza del ruido interno es variada, entre otros se distinguen los
ruidos:
 Térmico o Jonson (asociado a resistencias).
 Shot o impulsivo (asociado a uniones PN en polarización directa)
 De avalancha (asociado a uniones PN en ruptura)
 De partición
 Burst (salvas)
 Ruido debido a fuentes naturales externas al sistema:
Ruido atmosférico:
La atmósfera afecta al ruido externo a un receptor de dos formas: atenúa el
ruido procedente del cosmos y, por otra parte, genera ruido propio. Las descargas
eléctricas atmosféricas durante las tormentas producen ráfagas de ruido impulsivo,
cuyas componentes en las bandas de frecuencias medias y altas se propagan a
grandes distancias gracias a los mecanismos de propagación ionosférica. De
manera semejante a las ondas en esas bandas, este ruido depende del clima,
hora del día, estación del año y ubicación del receptor con relación a las zonas de
ocurrencia de tormentas.

3. Ruido cósmico:
El ruido cósmico es generado en el espacio exterior, fuera de la
Atmósfera terrestre. Las principales fuentes son el Sol, la Vía Láctea y otras
fuentes cósmicas discretas, designadas como radio estrellas, entre las que se
incluye una fuente particularmente intensa en la constelación de Casiopea5. Las
investigaciones en el campo de la Radioastronomía han permitido identificar un
número considerable de fuentes de ruido cósmico. Como el ruido procedente de
fuentes cósmicas debe penetrar la atmósfera terrestre para alcanzar la antena de
un receptor, sufre los efectos de reflexión y absorción ionosférica, en este caso
desde el exterior, por lo que su efecto es reducido a frecuencias inferiores a unos
20 MHz, en tanto que los procesos de absorción molecular que ocurren en la
atmósfera, limitan la recepción del ruido cósmico a frecuencias superiores a los 10
GHz. Estos aspectos son de importancia en las comunicaciones por satélite, ya
que los vehículos espaciales por encima de unos 1000 Km sobre la superficie
terrestre no tienen estas limitaciones y, por tanto son susceptibles de recibir
mayores niveles de ruido que los receptores terrestres. En estos sistemas el ruido
cósmico constituye un factor limitante y debe considerarse en su diseño.
Ruido en el plano galáctico:
Es el ruido procedente del plano galáctico en dirección del centro de la
galaxia (Vía Láctea) y es el de mayor nivel. El ruido procedente de otras zonas de
la galaxia puede llegar ser de 12 a 15 dB inferior al del plano galáctico. Además de
las fuentes de ruido cósmico mencionadas, el cosmos está permeado de radiación
electromagnética que proviene de todas direcciones, designada como radiación de
fondo y que actúa como una fuente de ruido a una temperatura equivalente de
alrededor de 4 K.
Ruido solar:
En los sistemas de comunicación vía satélite, el sol constituye una fuente
de ruido blanco muy importante, que puede causar severos problemas de
interferencia, y aún, bloqueo total de las comunicaciones cuando hay alineamiento
entre éste y la estación receptora terrestre. En el caso de satélites geosíncronos,
este alineamiento ocurre dos veces al año, en la proximidad de los equinoccios y
durante éstos, por breves períodos al día. La señal radioeléctrica producida por el
sol es de nivel tal, que prácticamente puede llegar a saturar el receptor de la
estación terrestre, bloqueando la recepción de cualquier otra señal.
Se distinguen dos condiciones para el ruido solar:
Sol quieto: es el ruido solar en condiciones de poca o nula actividad solar,
especialmente la causada por las manchas solares.
Sol perturbado: es el ruido solar en condiciones de actividad solar significativa
(manchas solares, protuberancias solares, destellos solares, playas, etc.).

4.  Representación circuital del ruido:
Una resistencia real, con ruido, se puede modelar mediante una resistencia
ideal, sin ruido, más un generador de ruido ideal. El generador puede ser de
tensión ó de corriente, según que se emplee un circuito equivalente tipo Thevenin
ó Norton, como muestra la figura 1. Notar que en cualquier caso, en el generador
de ruido se indica el cuadrado del valor eficaz ó valor cuadrático medio.
El motivo de esta representación es que al asociar dos resistencias en serie
el valor cuadrático medio de la tensión ruido resultante es la suma del valor
cuadrático medio de la tensión de ruido generada por cada una. Y cuando se
asocian dos resistencias en paralelo el inverso del valor cuadrático medio de la
tensión ruido resultante es la suma del inverso del valor cuadrático medio de la
tensión de ruido generada por cada una. El cálculo del ruido generado por la
asociación de resistencias se muestra en la figura 2.
Fig. 1 Modelos circuitales del ruido generado por una resistencia.
Fig. 2 Cálculo del ruido generado por la asociación de resistencias (a) en serie y
(b) en paralelo.

5.  Relación señal – ruido:
Se define como relación señal a ruido, S/N o SNR6 al cociente de la
potencia de la señal entre la potencia de ruido en un punto dado de un sistema, es
decir:
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. Un valor
adecuado de esta relación es aquél en el que la señal recibida puede considerarse
sin defectos o con un mínimo de ellos. Por ejemplo en el caso de transmisión de
voz, se desea que la señal recibida sea una reproducción fiel de la transmitida,
pero puede tolerarse un cierto nivel de ruido y distorsión que depende de aspectos
subjetivos relacionados con la percepción auditiva humana. Lo mismo ocurre en el
caso de transmisión de imágenes. En los sistemas digitales de comunicaciones
suele utilizarse el concepto de tasa de errores (BER7), equivalente, en cierta
medida a la relación señal a ruido, más empleado en los sistemas analógicos.
 Factor de ruido:
Supóngase un amplificador de ganancia Ga, que genera una potencia de
ruido interno Na como se indica en la figura,

6. Donde:
Si = potencia de la señal de entrada.
Ni = potencia de ruido a la entrada.
S0 = potencia de la señal de salida.
N0 = potencia de ruido a la salida.
Na = ruido generado por el propio amplificador.
G = ganancia del amplificador.
Se define el factor de ruido como la relación entre la relación señal a ruido a
la entrada y la relación señal a ruido a la salida.
 Mezclado lineal y no lineal:
Mezclado:
Es el proceso de combinar dos o más señales y es un proceso esencial en
las comunicaciones electrónicas. Esencialmente, existen dos maneras en las
cuales las señales pueden combinarse o mezclarse: lineal y no lineal.
Mezclado lineal:
Los mezclados lineales ocurren cuando dos o más señales se combinan en
un dispositivo lineal, tal como una red pasiva o un amplificador de señal pequeña.
Las señales se fusionan de tal manera que no producen nuevas frecuencias y la
forma de onda combinada es simplemente la suma lineal de las señales
individuales. En la industria de las grabaciones de audio, la suma lineal a veces se
llama mezclado lineal; de este modo en las comunicaciones de radio, mezclado
casi siempre implica un proceso no lineal.
En los sistemas de audio de alta fidelidad, es importante que el espectro de
salida contenga solo las frecuencias de entrada originales de entrada; por lo tanto,
la operación lineal es deseada. De esta manera, las radio comunicaciones en
donde la modulación es esencial, el mezclado no lineal es continuamente
necesario.
Mezclado no lineal:
Ocurre cuando dos o más señales se combinan en un dispositivo no lineal
tal como un diodo o amplificador de señal grande. Con el mezclado no lineal, las
señales de entrada se combinan de una manera no lineal y producen
componentes de frecuencias adicionales.

7. La amplificación no lineal de una frecuencia simple resulta en la
generación de múltiplos o armónicas de esta frecuencia. Si las armónicas no son
deseadas, se les llama multiplicación de frecuencia.
Los productos cruzados son las sumas y diferencias de frecuencias; son
las sumas y diferencias de dos frecuencias originales, las sumas y diferencias de
sus armónicas, y las sumas y diferencias de las frecuencias originales y todas sus
acrónicas. Un número infinito de frecuencias armónicas y productos cruzados son
producidos cuando dos o más frecuencias se mezclan en un dispositivo no lineal.
Si los productos cruzados no son deseados, se les llaman distorsión de
intermodulación. Si los productos cruzados son deseados, se les llama
modulación.
La distorsión de intermodulación es la generación de cualquier frecuencia
de producto cruzado no deseada cuando dos o más frecuencias están mezcladas
en un dispositivo no lineal. Consecuentemente, siempre que dos o más
frecuencias son amplificadas en un dispositivo no lineal, las distorsiones
armónicas y de intermodulación están presentes en la salida.
 Distorsión armónica:
Es un parámetro técnico utilizado para definir la señal de audio que sale de
un sistema. La distorsión armónica se produce cuando la señal de salida de un
sistema no equivale a la señal que entró en él. Esta falta de linealidad afecta a la
forma de la onda, porque el equipo ha introducido armónicos que no estaban en la
señal de entrada. Puesto que son armónicos, es decir múltiplos de la señal de
entrada, esta distorsión no es tan disonante y es más difícil de detectar.
En todo sistema de audio siempre se produce una pequeña distorsión de la
señal, dado que todos los equipos actuales introducen alguna no linealidad.
La distorsión armónica no siempre implica pérdida de calidad. De hecho, la
distorsión se considera un efecto de sonido imprescindible para ciertos géneros
musicales (básicamente rock) y así, se suele saturar artificialmente la señal básica
producida por ciertos instrumentos (como guitarras eléctricas). En este sentido, la
distorsión apareció en la música primero como consecuencia indeseada de la
saturación de las etapas del sistema de amplificación (debido al uso de
amplificadores de escasa potencia y pastillas humbuckers), y después se crearon
unidades de efecto que producían artificialmente ese efecto, con independencia
del equipo utilizado.