Ruido en telecomunicaciones

Definición
 El ruido es una perturbación de carácter
aleatorio que aparece siempre en nuestro
sistema y que no tiene ningún tipo de
relación con la señal transmitida ni con
ninguna otra de la misma naturaleza.
 Es toda componente de tensión o intensidad
indeseada que se superpone con la
componente de señal que se procesa o que
interfiere con el proceso de medida.

Definición
 El ruido es una frecuencia indeseable, dicho
de otro modo es un elemento extra que
aparece en la señal de interés y que produce
ciertos problemas.

Clasificación
Existen varias formas en que se presenta el
ruido y esto se debe a la naturaleza del mismo,
por ello es que se a clasificado en base a su
comportamiento, de esta forma se tiene que el
ruido se pude clasificar en dos categorías que
son:
 Correlacionado y no correlacionado, el ruido
correlacionado es aquel que involucra a una
señal, es decir, existe solo cuando hay una
señal presente. Por otro lado tenemos que el
ruido no correlacionado es aquel que esta
presente independientemente de que exista
señal o no.

Ruido Correlacionado
El ruido Correlacionado es producido por amplificaciones
no lineales e incluye armónicos y distorsión de
intermodulación, que son dos formas de distorsión no lineal:
Distorsión armónica: Se define como la producción de
armónicos de una señal originados por una mezcla no
lineal. Los Armónicos son múltiplos enteros de la señal
original de entrada, la señal original es la primer armónica
y se conoce como la frecuencia fundamental
Distorsión de Intermodulación: se refiere a la generación
indeseable de productos cruzados que son la suma o
restas de frecuencias.

La distorsión armónica
 El problema con cargas no lineales, es la forma no sinusiodal que la
corriente adopta, producto de las diferentes ondas (múltiplos enteros
de la fundamental), que a ella se suman y que son originadas por las
cargas no lineales. Esta deformación de las señales de tensión y
corriente se expresa usualmente en términos de "Distorsión Armónica".

La distorsión por
intermodulación

Ruido No Correlacionado
 Dentro del ruido no correlacionado se tiene el Ruido externo o
interferencias, el cual se produce fuera del sistema que trata la
señal, este corresponde al que se genera en un punto del sistema
como consecuencia de acoplamiento eléctrico o magnético con otro
punto del propio sistema, o con otros sistemas naturales. Las tres
principales fuentes de ruido externo son:

 Ruido atmosférico : conocido como estática eléctrica, se origina
en perturbaciones eléctricas naturales que se generan dentro de la
atmosfera terrestre, la principal fuente son las descargas
eléctricas, la magnitud de este tipo de ruido es inversamente
proporcional a su frecuencia y es relativamente insignificante a
frecuencias mayores a 30Mhz.

 Ruido extraterrestre (ruido de espacio profundo): Señales que se
originan fuera de la atmosfera terrestre, las principales formas de
este ruido proviene de la vía Láctea, otras galaxias y el sol. Se
subdivide en dos categorías :
 Solar : Lo genera en forma directa el calor solar, hay dos partes de este
ruido , la producida por una condición de calma cuando existe una
intensidad relativamente constante de radiación y de gran intensidad , y
la magnitud de ruido esporádico cuando por actividad de manchas
solares tiene una variación cíclica que se presenta mas o menos cada
11 años
 Cósmico: Como estas son mas lejanas que el sol terrestre, su
intensidad de ruido es relativamente pequeña, llamado usualmente
ruido de cuerpo negro y se distribuye con bastante uniformidad en el
cielo.
 Ruido generado por el Hombre: llamado ruido industrial, aparece
principalmente por motores eléctricos, generadores de corriente
alterna, equipos de conmutación y lámparas fluorescentes.

 Otra variante del ruido no correlacionado es el Ruido interno o
inherente, que corresponden al que se genera en los dispositivos
electrónicos como consecuencia de su naturaleza física, existen
tres formas principales de generar el ruido interno:
 Ruido de disparo: es provocada por la llegada aleatoria de los
electrones o huecos, a la salida del elemento tal como; diodos,
transistores de efecto de campo y de unión. Los portadores de
corriente (tanto para ca como para cd) no se mueven en un flujo
continuo y estable por que la distancia que recorren varia debido
a sus trayectorias aleatorias.
 Ruido de tiempo de transito: aquel en el que existe
modificaciones en los electrones o huecos que viajan de la
entrada a la salida del circuito. Cuando el tiempo que tarda un
portador en propagarse por un dispositivo es parte apreciable
de un ciclo de la señal este ruido se hace perceptible
 Ruido Térmico: asociado con el movimiento rápido y aleatorio de
los electrones en un conductor producido por la agitación
térmica. Cada paso de un electrón entre choques con moléculas
produce un corto pulso de corriente, que produce un pequeño
voltaje a través del componente resistivo del conductor , ese
movimiento aleatorio produce un componente de ca.

 La componente ca debido a la agitación
térmica tiene varios nombres: ruido térmico
(por que depende de la temperatura) ,
movimiento Browniano (por su
descubridor), ruido de Johnson (en honor
al que relaciono el movimiento browniano
de las partículas con el movimiento de los
electrones y ruido blanco (por que el
movimiento aleatorio se produce en todas
las frecuencias.

Potencia de Ruido
 Johnson demostró que la potencia de ruido
térmico es proporcional al producto del ancho de
banda por la temperatura. En forma matemática,
la potencia de ruido es:

Relación de Potencia de Señal
a Ruido
 La principal razón para estudiar y calcular la
potencia de ruido o el voltaje de ruido, es el
efecto que el ruido tiene en la señal deseada:

“La cantidad de ruido no es lo que
interesa, sino la cantidad de ruido
comparada con el nivel de la señal
deseada, es decir lo que importa es la
relación de la potencia de la señal y la
potencia del ruido”

a Ruido
 Esta relación de señal a ruido que se
abrevia S/N y se expresa por lo común en
decibeles, matemáticamente se expresa
como:

 En decibeles:

a Ruido

a Ruido
 Ejemplo
 Para un amplificador con voltaje de señal de salida
de 4V, voltaje de ruido de salida de 0.005V y
resistencia de entrada y de salida de 50Ώ, calcular
la relación de potencia de señal a ruido.
 Solución: Esta relación de potencias de señal a
ruido se calcula sustituyendo en la ecuación

Factor de Ruido y Cifra de
Ruido
 El factor de ruido (F) y el cifrado de Ruido (NF, de
noise figure) indican cuanto se deteriora la
relación de señal a ruido cuando una señal pasa
por una o un conjunto de etapas.

 La cifra de ruido (figura de ruido) es solo el factor
de ruido expresado en dB, de uso para indicar la
calidad de un receptor.

O

Ruido

Ruido

Para un circuito perfecto y sin ruido, el factor de ruido es 1 y la figura de
ruido es 0dB

Ruido
Para un amplificador no ideal con los siguientes parámetros, calcular
a) Relación S/N a la entrada (dB)
b) Relación S/N a la salida (dB)
c) Factor de ruido y figura de ruido
Potencia de la señal de entrada =2x10-10 W
Potencia de ruido en la entrada =2x10-18 W
Ganancia de potencia =1,000,000
Ruido interno (Nd) =6x10-12 W
Solución
(a) Para la señal de entrada y valores de potencia dados , la S/N en la
entrada es :

Ruido
(b) La potencia de ruido en la salida, es la suma del ruido interno y el ruido
en la entrada amplificado:

La potencia de señal a la salida no es mas que el producto de la potencia
de entrada por la ganancia de potencia

Para la señal de salida y los valores de potencia calculados , la S/N de la
salida es :

Ruido
(c) El factor de ruido se calcula sustituyendo los resultados de los pasos a y b

Y la figura de ruido

 Cuando se conectan en cascada dos o mas
amplificadores, el factor total de ruido es igual a la
acumulación de los factores de ruido individuales. La
formula de Friiss se usa para calcular el factor total de
ruido de varios amplificadores en cascada

Figura de ruido para
amplificadores en cascada

Temperatura equivalente de
ruido
 Como el ruido producido por la agitación térmica
es directamente proporcional a la temperatura,
el ruido térmico se puede expresar en grados y
también en Watts o en dBm, si se reacomoda la
ecuación se tiene
N=KTB entonces, T=N/KB

En donde :

T= temperatura ambiente en grados kelvin
N= potencia de ruido en watts
K= constate de Boltzmann
B= ancho de banda (hertz)

ruido
 La temperatura de ruido equivalente es un valor hipotético que
no se puede medir en forma directa, la descripción matemática de la
temperatura equivalente de ruido es :

en donde:
= Temperatura equivalente de ruido (grados Kelvin)
T= Temperatura del ambiente ( K)
F= factor de ruido (adimensional)
 Al revés, el factor de ruido se puede representar como una función
de la temperatura equivalente de ruido, de la siguiente forma:

=4
ruido
 Ejercicio: (a) La cifra de ruido para una temperatura equivalente de K
(b) La temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 6dB.

Solución:
(a) Se obtiene el factor de ruido de

Y la cifra de ruido es

(b) El factor de ruido es

 Y la temperatura equivalente de ruido es

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