ruido e interferencia

RUIDO E INTERFERENCIA

UNIDAD 4:

I. Calidad de la señal detectada en presencia de ruido. (S/N)

II. Efecto umbral en el detector de envolvente.

III. Efecto umbral en el detector de FM y PM.

IV. Pre- énfasis y De- énfasis en FM.

V. Comparación de los distintos sistemas.

Ruido eléctrico, Es cualquier energía eléctrica no deseada presente

en la pasabanda útil de un circuito de comunicaciones.

El ruido se divide en dos categorías: correlacionado y no correlacionado. El correlacionado es el producido directamente como resultado de la señal. El no correlacionado, está presente en la ausencia de cualquier señal.


Ruido Térmico, Es un ruido no correlacionado.Se produce por el movimiento aleatorio de los electrones en un conductor debido al calor.

El ruido térmico es aleatorio y continuo, y se produce en todas las frecuencias. También es predecible, aditivo y está presente en todos los dispositivos.


Potencia de Ruido, disponible en un conductor en función a su temperatura.

RUIDO E INTERFERENCIARelación Señal a Ruido

Norma básica para la medición del comportamiento de los sistemas de modulación.

Relación Señal a Ruido (S/N): La relación señal/ruido (en inglés Signal to noise ratio SNR o S/N) se define como el margen que hay entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios.

La relación señal/ruido es probablemente el parámetro más importante y frecuentemente usado para evaluar el funcionamiento de un sistema completo de comunicaciones de radio o para comparar el funcionamiento de un sistema con otro.

Entre más alta sea la relación señal/ruido, mejor será el funcionamiento del sistema. (por encima de 30dB).

Relación Señal a Ruido (S/N)

Relación de voltaje

Relación de potencia


Potencia de Ruido, expresada en dBm (decibelios referidos a 1 miliwatt), es una función logarítmica, igual a:

Factor de Ruido (F):

RUIDO E INTERFERENCIAFactor de ruido y cifra de ruido

Cifra de Ruido (NF): NF (dB)= 10. Log F

F =

Factor de ruido y cifra de ruido, son cifras para indicar cuánto se deteriora la relación de señal a ruido cuando una señal pasa por un circuito o una serie de circuitos.

=


Por definición, la potencia de ruido en la entrada, equivale a la potencia de ruido térmico producida por un resistor conectado en la entrada a una temperatura T0 =290 Kelvin.

Si un sistema solo hay ruido térmico a una temperatura T0 en la entrada de un amplificador con ganancia de potencia Gp y ancho de banda, la potencia de ruido disponible en la entrada es:

La potencia de la señal en la salida será: Representando el ruido térmico que agrega cualquier amplificador con una temperatura de ruido equivalente TE , se tiene:

Factor de Ruido (F):


Cifra de Ruido (NF): NF (dB)= 10. Log F

F =

=

La razón señal/ruido puede hacerse mucho mayor en FM que en AM, aumentando el índice de modulación. Sin embargo, un aumento del índice de modulación también provoca un incremento del ancho de banda, por lo que los sistemas de FM producen una mejora en señal a ruido a expensas de un aumento de ancho de banda. Para obtener en FM cualquier mejora sobre AM, en la razón señal a ruido, se debe cumplir, a partir de la ecuación:

La potencia de ruido se incrementa al aumentar el ancho de banda, y cuando este se hace mayor aparecen la variaciones de fase del ruido y el comportamiento del sistema resulta muy pobre.


Cuando hay presencia de ruido se produce una desviación de frecuencia no deseada de la

portadora. Esta magnitud no deseada depende de la amplitud relativa del ruido con respecto a la

portadora. El voltaje de ruido a la salida de un demodulador

de PM es constante con la frecuencia, mientras que el voltaje de ruido a la salida de un demodulador

de FM, se incrementa de forma lineal con la frecuencia.

Desviación pico de fase: Desviación pico de frecuencia:

RUIDO E INTERFERENCIAModulación angular en presencia de

una señal de interferencia

Los demoduladores de FM generan un voltaje de salida que es proporcional a la desviación de

frecuencia e igual a la diferencia entre la frecuencia de la portadora y la frecuencia de la

señal interferente.Por lo tanto, los componentes de ruido, de

frecuencia alta, producen más ruido demodulado que los componentes de frecuencia baja.

Relación señal a ruido a la salida de un demodulador de FM:

RUIDO E INTERFERENCIAModulación angular en presencia de

una señal de interferencia

RUIDO E INTERFERENCIADistorsión no lineal

La distorsión no lineal, incluye la distorsión armónica y de intermodulación, y ambas se

producen por amplificación no lineal cuando hay ruido correlacionado.

Distorsión armónica: Existe distorsión armónica ó distorsión de amplitud, cuando se producen las armónicas no deseadas de una señal, debido al mezclado. Las armónicas son múltiplos enteros de la señal original de entrada. La señal original es la primera armónica y se llama frecuencia fundamental. La segunda armónica es dos veces la señal original, y así sucesivamente... la distorsión armónica total (THD), es la amplitud rms combinada de las armónicas superiores.

RUIDO E INTERFERENCIADistorsión no lineal

Distorsión por intermodulación: Es la generación de frecuencias indeseables de suma y diferencia, cuando se amplifican dos o más señales en un dispositivo no lineal. Estas son llamadas frecuencias de productos cruzados. Los productos cruzados se producen cuando tanto las frecuencias armónicas como las fundamentales se mezclan en un dispositivo no lineal. Su definición matemática es:

donde f1 y f2 son frecuencias fundamentales, donde f1 f2 , y m y n son enteros positivos, entre uno e infinito.


Interferencia: Es una forma de ruido externo. Se produce

interferencia eléctrica cuando las señales de información de una fuente producen frecuencias

que caen fuera de su ancho de banda asignado, e interfieren con otras señales de otra fuente.

La mayor parte de la interferencia se produce cuando las armónicas ó las frecuencias de producto cruzado llegan a la banda de paso de un canal vecino.Ejemplo: Los radios móviles trabajan de los 27 a 28MHz. Sus armónicas de segundo orden están dentro del rango de los 54 a 56 MHz, dicho rango corresponde a la banda asignada de televisión VHF.

La mayor parte de la interferencia se presenta en el espectro de radiofrecuencias.

En la FM, hay una distribución no uniforme de ruido. El ruido en las frecuencias más altas de señal moduladora tiene mayor amplitud que en las frecuencias más bajas, y por consiguiente tienen una menor relación de señal a ruido.

Para contrarrestar este fenómeno, las señales moduladoras se aumentan en amplitud, en el transmisor, antes de hacer la modulación. Para compensar esto, en el receptor se atenúan las señales de alta frecuencia, después de hacer la demodulación.

Estos dos procesos ó técnicas son las llamadas red de preénfasis y red de deénfasis.

RUIDO E INTERFERENCIAPreénfasis y Deénfasis

Preénfasis;Permite que las señales moduladoras de alta frecuencia modulen la portadora a un nivel más alto, permitiendo así causar, más desviación de frecuencia que la que producirían sus amplitudes originales. Una red de preénfasis es un filtro de pasa altas, es decir, un diferenciador.- Es el incremento del nivel de altas frecuencias de audio en proporción directa al aumento de amplitud del ruido en dichas frecuencias, antes de la modulación, con el fin de mantener una relación constante a través de toda la banda de transmisión. Lo contrario a esta acentuación seria la atenuación o deénfasis.Deénfasis :Restaura las características originales de amplitud en función de frecuencia, a las señales de información. Una red de deénfasis es un filtro pasa bajas, o sea un integrador.



Red activa de preénfasis

Proporciona un aumento constante de amplitud de la señal moduladora con un

aumento de frecuencia.

Red pasiva de deénfasis

Con el uso de ambas técnicas se puede

lograr una mejora de 12dB, en cuanto a desempeño contra

ruido.


La preénfasis y deénfasis, comienzan a partir de una cierta frecuencia, llamada frecuencia de corte. La frecuencia de corte se determina con la constante de tiempo RC ó L/R de la red. Siendo su definición matemática:

Para la banda comercial de FM, la frecuencia de corte es aproximadamente, 2.12 kHz. Las frecuencias menores a ésta, producen modulación de frecuencia, y las frecuencias mayores producen modulación en fase.

RUIDO E INTERFERENCIASupresión de ruido en FM

Los receptores de FM tienen mayor capacidad para suprimir el ruido que los demoduladores de AM , debido a que la mayor parte del ruido aparece en

las variaciones de amplitud en la onda modulada.

Limitador de amplitud y umbral de FM.

Los limitadores de amplitud son circuitos especiales que eliminan las variaciones indeseadas de amplitud. Es un circuito que produce una salida de amplitud constante para todas las señales de entrada mayores que un nivel mínimo predeterminado, que suele llamarse nivel umbral, de silenciamiento ó de captura.

Un limitador de amplitud es un amplificador adicional de FI, su objetivo es eliminar todas las variaciones de amplitud de la señal de FI.


Forma de onda de entrada del limitador de amplitud y umbral de FM.


Forma de onda de salida del limitador de amplitud y umbral de FM.


El mejoramiento de la relación S/N se llama umbral de FM, silenciamiento de FM o efecto de captura de FM, y su factor es , expresada en decibelios.

Se deben satisfacer tres criterios para poder obtener el umbral de FM: La relación señal a ruido en la entrada (predetección) debe ser 10dB o mayor . La señal de FI debe amplificarse lo suficiente como para sobreexcitar al limitador. La señal debe tener un índice de modulación igual o mayor que la unidad (m 1).

Se observa en la figura de umbral de FM, que:

La señales de FI en la entrada del limitador, con 13dB ó más de S/N, tienen un mejoramiento de S/N. No hay mejoría en la relación S/N en la transmisión de AM por doble banda lateral ó banda lateral única. En AM, las relaciones S/N en predetección y postdetección son iguales. La FM de banda angosta no proporciona ninguna mejora S/N con respecto a la AM.


Umbral de FM

RUIDO E INTERFERENCIAEfecto de captura de FM

Capacidad de disminuir las señales de interferencia.

Los receptores de FM, tienen la capacidad de diferenciar entre dos señales recibidas con la misma frecuencia, a diferencia de los receptores de AM.

Si en el receptor se recibe dos estaciones en forma simultanea, con la misma ó casi la misma frecuencia, el receptor se amarra a la estación más intensa y suprime la más débil. Está supresión la realiza los limitadores de amplitud, de la misma manera que se suprime el ruido en AM.

En los receptores de FM, de alta calidad la relación de captura es de 1dB; o sea la diferencia mínima necesaria para que el efecto de captura suprima la señal más débil.

RUIDO E INTERFERENCIAComparación de Modulación de FM y PM

Los sistemas de ángulo modulado de banda ancha ofrecen, con respecto a la AM, una mejora de la razón señal a ruido aunque con ancho de banda mayores. Sin embargo, esta mejora sólo puede conseguirse cuando la razón señal a ruido está por encima del nivel umbral. En la radiodifusión FM se emplea circuito preénfasis-deénfasis para suprimir en forma parcial el ruido de alta frecuencia en la salida del demodulador.

En la PM, el índice de modulación es independiente de la frecuencia de la señal moduladora. Así, la PM ofrece mejor desempeño de señal a ruido que la FM, y la PM no requiere una red de preénfasis.

Los VCO que se usan en la FM se pueden modular en forma directa, y producir salidas con grandes desviaciones de frecuencia y altos índices de modulación. En general los moduladores de PM requieren multiplicadores de frecuencia para aumentar el índice de modulación y la desviación de frecuencia hasta niveles útiles.

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