Ruido

1. Tema: Ruido Blanco
Materia: Teoría de Sistemas
Carrera: Ingeniería en Sistemas
Computacionales.
Profesor: Ing. Lourdes Azcanio
Escuela: Universidad del Atlántico Campus
Ribereña
Equipo: Massiel López Santos
Juan Santos Escobedo
Rosalba Moreno Aquino
Hermilo Aquino Santos

2. Ruido en Telecomunicaciones
Definimos ruido como todo aquello en un conjunto de datos, señal, imagen o
información en general, que
• No es de interés(se decide que “no es de interés” o es irrelevante).
• Degrada o distorsiona la señal (datos, etc.) de interés, la contamina.
• Impide o limita el estudio o uso de tal información (estorba).
Puede existir ruido antes, después o radicar en el sensor, transductor o
actuador con los que interacciona la señal, o bien, se encuentra en el medio
que la genera, amplifica, copia, transmite o recibe; en el canal o en la interfaz
entre mesurando y sensor, y entre cada etapa. Puede haber ruido en la
representación de una señal, en su codificación, en el método de análisis y
hasta en su interpretación, modelado, etc. Incluso ciertos métodos de
procesamiento y análisis pueden introducir algún ruido, perturbación o
modificación colateral, aunque puede ser el costo de obtener otros beneficios.

3. Ruido en Telecomunicaciones
El ruido no sólo incluye fluctuaciones desde muy suaves (offsets, bajas
frecuencias, deriva o gradientes), hasta aquellas muy abruptas (altas
frecuencias), sino que también comprende señales coherentes y “limpias”,
pero cuya información no es relevante al estudio, es externa a los datos de
interés y debe ser separada o filtrada.
En general rara vez se puede separar o “eliminar” totalmente un ruido, sino
que se atenúa o reduce. En muchas aplicaciones la atenuación puede ser tan
elevada que parece no existir ruido, o se cuenta con un mecanismo de
discriminación de señales y de corrección de errores que en efecto lo
eliminan al 100% (o más bien se corrige la señal o se recurre a un modelo
para su restauración); por ejemplo, las señales digitales dentro de una
computadora o en una transmisión inalámbrica, para todo fin práctico “no
contienen ruido”.

4. Ruido Blanco
El ruido blanco o sonido blanco es una señal aleatoria (proceso
estocástico) que se caracteriza por el hecho de que sus valores de
señal en dos tiempos diferentes no guardan correlación estadística.
Como consecuencia de ello, su densidad espectral de potencia (PSD,
siglas en inglés de power spectral density) es una constante, es decir,
su gráfica es plana. Esto significa que la señal contiene todas las
frecuencias y todas ellas muestran la misma potencia. Igual fenómeno
ocurre con la luz blanca, de allí la denominación.
Es un ruido aleatorio que posee la misma densidad espectral de
potencia a lo largo de toda la banda de frecuencias. Dado que la luz
blanca es aquella que contiene todas las frecuencias del espectro
visible, el ruido blanco deriva su nombre de contener también todas las
frecuencias, pero de sonido.

5. Ruido Blanco
Ejemplo de la forma de onda de un
ruido blanco.

6. La imagen en blanco y negro anexa que
representa la llamada "nieve electrónica"​ es
ruido blanco, sus píxeles no guardan
correlación entre sí y por tanto su densidad
espectral de potencia es constante. Si la
imagen fuese en color, entonces la "nieve"
sería de colores aleatorios. Esta imagen es la
que se ve en la pantalla de un televisor
analógico cuando no está sintonizado en un
canal. La señal que recibe entonces el
demodulador puede considerarse ruido
blanco, ya que es el resultado de sumar el
ruido electromagnético del canal de radio, el
que generan los propios circuitos electrónicos
del televisor, las múltiples interferencias de
baja intensidad todas ellas independientes
entre sí, entre otras señales.
Ruido Blanco
Imagen B/N de ruído blanco.

7. Ruido Blanco
Los efectos del ruido sobre una señal, (a) señal sin ruido, (b)
señal con ruido.

8. Es imposible predecir la magnitud de la tensión del ruido en un momento
determinado, por lo que se suele tratar de forma estadística. Existen
diferentes tipos de ruido, de los que destacaremos dos:
Ruido Blanco: Su densidad de energía se distribuye por igual en todo el rango
de frecuencias. Ejemplo: Ruido térmico provocado por el movimiento aleatorio
de los electrones de un metal con la temperatura.
Ruido Impulsivo: Producido a intervalos irregulares con picos muy
pronunciados y de corta duración. Suelen tener origen externo (encendido de
una luz, relés, …)
Ruido Blanco

9. Ruido Blanco
Para evitar el ruido la única forma de proceder es recubrir el medio de
transmisión con una pantalla metálica que absorba la mayoría del ruido
externo, evitando a la vez la salida de interferencias al exterior.
Al amplificar la señal en la línea debemos tener en cuenta que también
estaremos amplificando el ruido que lleve dicha señal, hecho que limita
el número de amplificadores dispuestos en serie al transportar una señal
analógica.
La relación ente la potencia de la señal útil y la potencia del ruido es un
parámetro fundamental para determinar la calidad de la transmisión. Dicha
relación, denominada señal ruido o señal a ruido, se expresa de forma
logarítmica:
, donde S(W) y N(W) se corresponden con la potencia en Watios de la
señal y del ruido respectivamente.

10. En general, el ruido blanco tiene muchas aplicaciones en procesado de
señales:
• Sirve para determinar la función de transferencia de cualquier sistema
lineal e invariante con el tiempo (LTI, Linear Time Invariant). Por
ejemplo, en acústica arquitectónica la función de transferencia se usa
para medir el aislamiento acústico y la reverberación de la sala.
• En síntesis de audio (música electrónica) se usa para sintetizar el
sonido de instrumentos de percusión, o los fonemas sordos: /s/, /t/, /f/,
etc.
• También se puede usar para mejorar las propiedades de convergencia
de ciertos algoritmos de filtrado adaptativo mediante la inyección de
una pequeña señal de ruido blanco en algún punto del sistema.
Ruido Blanco

11. ¿Es posible eliminar el ruido de una señal?
Si el ruido es estacionario y se conoce su espectro, es posible, por medio
de técnicas digitales, reducir notablemente el ruido. Esta técnica es muy
utilizada en los programas de edición de audio digital para limpiar
grabaciones.
La cancelación de ruido también puede ser basada en la descripción
estadística del modelo de ruido y de señal útil . Una característica
general de las señales involucradas, señal útil y ruido, es su estadística
de segundo orden. El filtrado adaptativo Wiener se basa en separar
ambas señales por su diferencia en cuanto a la correlación cruzada de
ambas. Si este cálculo da cero entonces se está en presencia de una
condición idónea para emplear el método.
Ruido Blanco

12. u(0), u(1), u(2), ... : entrada del filtro.
wo, w1, w2, ... : coeficientes del filtro.
d(n): denominada señal de referencia, es la respuesta deseada del filtro.
y(n): respuesta del filtro.
e(n): es la diferencia entre la salida del filtro y la señal deseada.
Ruido Blanco
Esquema del filtro adaptativo

13. La idea del filtrado es hacer d(n) lo más parecido posible a y(n). En este
sentido es de esperar que con un buen diseño, calculando correctamente
los coeficientes del filtro por parte del bloque algoritmo en la figura 2, para
cada instante, y(n) se aproxime a d(n), de modo que la medida de similitud
entre las señales estará dada por comparar dos valores: y(n) y d(n).
Para justificar la configuración mostrada en la figura , como método para
aproximar y(n) a d(n), se considera lo siguiente: Todo proceso estocástico
estacionario puede descomponerse en la suma de dos procesos: un
primer proceso descrito por un modelo autoregresivo AR, portando la
característica aleatoria, y un segundo que representa un proceso
predecible, sus muestras futuras pueden estimarse de sus muestras
pasadas
Ruido Blanco

14. Ruido Blanco
Un ejemplo, en frecuencia modulada (FM) de radio: aparte de ruido, o
despreciando su efecto, si deseamos escuchar una estación de radio, el
selector consiste en un filtro pasa-banda que atenúa todas las frecuencias
que no interesan (y que corresponden a las demás estaciones de radio). Si
cambiamos de estación, el filtro se ajusta para una banda diferente (v.g.,
centrada en 102.6 MHz; teniendo la banda un ancho de unos cuantos
cientos de Hz.); si falla la selección o la señal, o esta llega distorsionada,
una señal puede contener elementos de otra (otra estación de radio, que no
es la que nos interesa en ese momento). Decimos que “tiene ruido”, porque
estorba a lo que nos interesa escuchar. Otro ejemplo es una reunión con
varias conversaciones simultáneas: en muchos casos el oído humano puede
filtrar aproximadamente una conversación en particular y enseguida otra
distinta ("pone atención en aquello que le interesa"); en tal caso el resto de
las conversaciones adquieren es status de "ruido".

15. Ruido Blanco
GRACIAS