telecomunicaciones-atenuacion-distorcion y ruido

7
ATENUACIÓN, DISTORSIÓN Y
RUIDO EN LA TRANSMISIÓN
Objetivo
Describir las principales
fuentes de
imperfecciones que
causan deterioros en las
señales que se
transmiten y los
métodos para
contrarrestarlos.
Manual de clases
Tema 7 de:
Última modificación:
8 de agosto de 2015
www.coimbraweb.com
TELECOMUNICACIONES
Edison Coimbra G.
1
ÍNDICE DEL CONTENIDO
Atenuación, distorsión y ruido en la transmisión ― Tema 7 de Telecomunicaciones
ÍNDICE DEL CONTENIDO
1.- Deterioro de la transmisión.
2.- Atenuación (Origen del deciBel).
3.- Atenuación en líneas de transmisión (Atenuación vs. Frecuencia. Ejemplos con atenuación en
atenuación en líneas. El dBm deciBel miliWatt. Ejemplos con dBm).
4.- Atenuación en fibra óptica (Ejemplos con atenuación en fibra óptica).
5.- Atenuación de ondas de radio (Atenuación en el espacio libre. Cálculo del presupuesto de
de potencia. Ejemplos con presupuesto de potencia. Software de planificación del enlace).
6.- Distorsión (Distorsión en señal óptica – Modal. Distorsión en señal óptica – Cromática).
7.- Ruido (Ruido eléctrico externo. Ruido eléctrico interno. Ruido térmico).
8.- Relación señal a ruido (Ejemplos con relación señal a ruido).
Referencias bibliográficas.
Links de los documento de la colección.
www.coimbraweb.com
2
1.- DETERIORO DE LA TRANSMISIÓN
Lo que se envía no es lo que se recibe
(Forouzan, 2007)
DETERIORO DE LA TRANSMISIÓN
¿Por qué se deteriora?
Porque los medios de transmisión por los que
viajan las señales no son perfectos. Estas
imperfecciones causan deterioros en las señales.
Significa, por tanto, que la señal transmitida y la
la recibida son distintas.
Habitualmente ocurren 3 tipos de deterioro.
Elementos de un sistema de comunicación
www.coimbraweb.com
Los medios de transmisión no son perfectos.
3
2.- ATENUACIÓN
La atenuación significa perdida de energía
(Blake, 2004)
ATENUACIÓN
(Frenzel, 2003)
Líneas de transmisión
¿Qué significa?
Significa pérdida de energía. Cuando una señal viaja a través
través de un medio de transmisión, pierde algo de su energía
debido a las imperfecciones o a las características del medio
transmisión.
¿A qué se debe la pérdida de energía?
En líneas
de transmisión
de cobre (par
trenzado y
coaxial)
A la resistencia eléctrica de los conductores.
En fibras
ópticas
A la dispersión de luz, que se produce cuando
cuando el rayo de luz choca contra una impureza
impureza de la fibra y se dispersa en todas las
las direcciones, perdiendo energía óptica.
En ondas de
de radio
Al esparcimiento de la onda radiada. La onda
onda pierde energía electromagnética porque se
esparce en el espacio. La pérdida aumenta con la
distancia y la frecuencia.
www.coimbraweb.com
Fibra óptica
Ondas de radio
Para mantener la energía de la señal se
utilizan amplificadores o repetidores.
4
Origen del deciBel
¿De dónde provienen los deciBel?
ORIGEN DEL DECIBEL
Atenuación
Evento
Se originó en los Bell Labs, por la necesidad
necesidad de definir una unidad que diera una
una idea de la pérdida de potencia (atenuación)
Los primeros sistemas telefónicos usaban
líneas abiertas (alambres de acero paralelos de
0.9 mm de diámetro). Se observó que cuando se
inyectaba una potencia a la entrada, a una
frecuencia de 886 Hz, al cabo de 10 millas la
la potencia se reducía a 1/10 (a un 10%).
Esta proporción de 10:1 entre la potencia de
de entrada y de salida se volvió una unidad de
medida: se llamó Bel, en honor al inventor del
teléfono Alexander Graham Bell.
Pero, debido a que la proporción 10:1 es
grande, se la dividió en unidades más
pequeñas, es así que nació el decibel (dB).
Fórmula de la
atenuación
𝐴 = 10 log10
𝑃2
𝑃1
A = atenuación, en dB.
P1 = potencia de entrada, en W.
P2 = potencia de salida, en W.
APLICACIÓN DEL DECIBEL
El decibel queda definido como una relación de dos
dos potencias, luego se lo extiende para relacionar
voltajes, corrientes o cualquier otro parámetro.
El valor de A es negativo si se ha atenuado, y positivo
positivo si se ha amplificado.
www.coimbraweb.com
La atenuación se mide en dB.
5
3.- ATENUACIÓN EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
¿Porqué se produce la atenuación en líneas?
(Anguera, 2008)
(Blake, 2004)
ATENUACIÓN EN LINEAS DE TRANSMISIÓN
Mecanismos de pérdidas
La pérdida más obvia de una línea se
debe a la resistencia de los conductores.
Resistencia
de los
conductores de
cobre
Conductancia
del dieléctrico
www.coimbraweb.com
La pérdida aumenta con la frecuencia
debido al efecto skin, que es la tendencia
tendencia de la corriente a acumularse en
en la capa superficial de los conductores.
conductores. La resistencia aumenta
porque disminuye el área transversal útil
útil del conductor.
Efecto Skin – Acumulación de la
corriente en la capa superficial
Corriente de fuga
El dieléctrico de una línea no es perfecto
perfecto y tiene resistividad finita, por lo
lo que parte de la corriente se “fuga” entre
entre los conductores, contribuyendo a la
la pérdida.
La conductancia del dieléctrico aumenta
aumenta con la frecuencia. El coaxial con
con dieléctrico de espuma tiene menor
pérdida que el que utiliza polietileno sólido.
Las pérdidas aumentan con la frecuencia.
6
Atenuación vs. Frecuencia
¿Cómo varía la atenuación en función de la frecuencia?
ATENUACIÓN VS. FRECUENCIA
(Stallings, 2004)
Atenuación vs. Frecuencia
En líneas de transmisión
Al elegir una línea, debe ponerse atención a las
las pérdidas. Recuerde que una pérdida de 3 dB en
dB en una línea, entre un transmisor y su antena,
antena, significa que sólo la mitad de la potencia
potencia del transmisor llega a la antena. El resto
resto de la potencia circula como calor en la línea.
A modo de comparación, se muestra la
atenuación de algunos medios de transmisión en
en función de la frecuencia de operación del
sistema.
VALORES DE ATENUACIÓN TÍPICOS
Para los medios de transmisión más comunes utilizados en
enlaces punto a punto de larga distancia.
Medio
www.coimbraweb.com
Rango de frecuencias
Atenuación típica
Par trenzado
0 a 1 MHz
3dB/km @ 1kHz
Cable coaxial
0 a 500 MHz
7dB/km @ 10MHz
Fibra óptica
180 a 370 THz
0,2 a 0,5 dB/km
El par trenzado y cable coaxial no se usan
en frecuencias de microondas.
7
Ejemplos con atenuación en líneas
La atenuación de la línea se mide en dB
(Blake, 2004)
Ejemplo 1.- Atenuación en línea
Ejemplo 3.- Atenuación en línea
Una señal viaja a través de una línea de
transmisión y su potencia se reduce a la mitad.
Calcule la atenuación en dB.
Se requiere que una fuente de RF entregue 100 W
Respuesta Ejemplo 1
A = –3dB.
Ejemplo 2.- Atenuación en línea
Las pérdidas de las líneas regularmente se
se dan en dB por 100 metros.
Una línea de transmisión acoplada tiene una
una pérdida de 1.5 dB/100 m. Si se suministran
suministran 10 W a la entrada de la línea,
¿cuántos W llegan a la carga situada a 27 m?
Respuesta Ejemplo 3
PG = 151 W.
Respuesta Ejemplo 2
PL = 9.1 W.
www.coimbraweb.com
Los dB se pueden sumar y restar.
8
Ejemplos con atenuación en líneas
¿Cómo se compensa la pérdida de energía?
(Forouzan, 2007)
Ejemplo 4.- Amplificación
Para compensar la pérdida de energía, se usan
amplificadores para amplificar la señal.
Los amplificadores usados en electrónica se
especifican en dB. Por ejemplo, un amplificador de
20 dB de Ganancia amplificará la señal de entrada
100 veces. En cambio, uno de 30 dB la amplificará
1.000 veces.
Ejemplo 5.- Suma y resta de dB
Una razón por la que los ingenieros usan
usan dB para medir cambios de potencia de
una señal es que los dB se suman o restan
cuando se miden varios puntos.
La Figura muestra una señal que viaja
desde el punto 1 al 4. Se atenúa al llegar al
2. Entre 2 y 3, se amplifica. Entre 3 y 4, se
atenúa. Se obtienen los dB resultantes sin
más que sumar los dB medidos entre cada
par de puntos; el resultado es +1dB, se
amplifica la señal.
www.coimbraweb.com
Curiosidades
Antes que se inventara la
maquina de calcular, se usaban
los logaritmos para simplificar
la multiplicación y división;
como un proceso basado en
potencias de 10.
Los dB se pueden sumar y restar.
9
El dBm deciBel miliWatt
Expresa la relación entre 2 niveles de potencia
EL dBm
(Blake, 2004)
Potencia en dBm
¿Qué expresa?
El dB expresa la relación entre 2 niveles de
potencia, pero no es requisito que ambas señales
señales existan físicamente.
Por ejemplo, se podría preguntar. ¿cuántas
veces mayor que un 1 mW es la potencia en un
circuito? Esto no significa que en realidad se tenga
tenga una potencia de 1 mW en alguna parte del
del circuito.
Se dice que los niveles de potencia expresados
expresados de esta manera están en dBm.
𝑃(dBm) = 10 log10
𝑃
1 mW
Ejemplo 6.- dBm
¿Cuántas veces mayor que 1 mW es
es la potencia de 500 mW? Exprese
esta relación en dBm.
Respuesta Ejemplo 6
500 veces mayor. 27 dBm.
Ejemplo 7.- Medición de dBm
La ventaja de usar dBm es que simplifica la medición de
medición de la potencia. Algunos instrumentos tienen dos
escalas para indicar el nivel de potencia.
En la figura se observa que la escala superior, graduada
graduada en mW, mide 0.25mW.
La escala inferior, graduada en dBm, mide –6dBm.
www.coimbraweb.com
Algunos instrumentos miden el nivel de potencia en dBm.
10
Ejemplos con dBm
Expresa la relación entre 2 niveles de potencia
(Blake, 2004)
Ejemplo 8.- Potencia en dBm
Respuesta Ejemplo 8
Convierta a dBm las siguientes
potencias y ubique los valores en una
línea dBm: a)10W, b)10mW, c)1mW,
d)10µW, e)10nW.
Ver figura. Las potencias >1mW son
positivas y las <1mW negativas.
Ejemplo 9.- Potencia en dBm
Un amplificador de 20 dB se conecta a otro
otro de 10 dB por medio de una línea de
transmisión con una pérdida de 12 dB. Si al
sistema se le aplica una señal con un nivel de
potencia de –12dBm, calcule el nivel de la
potencia de salida.
Respuesta Ejemplo 9
–12dBm+18dB =
6dBm. Ver figura.
Comentario
Parecería que se suman cantidades diferentes, pero no es
es así. Ambas cantidades son logaritmos de relaciones de
potencia y, por tanto, son adimensionales. "dB" indica la
operación de que realizó un cociente, y la "m" sigue la pista de
un nivel de referencia.
www.coimbraweb.com
Algunos instrumentos miden el nivel de potencia en dBm.
11
4.- ATENUACIÓN EN FIBRA ÓPTICA
¿Porqué se produce la atenuación en la fibra?
(Blake, 2004)
ATENUACIÓN EN FIBRA OPTICA
Es la pérdida de energía que sufre el rayo de luz al viajar de un
un extremo al otro de la fibra de vidrio.
Mecanismos de pérdidas
Dispersión de
de luz
Cuando el rayo de luz choca contra una
impureza natural en el vidrio, se dispersa en
todas las direcciones. Representa el 96% de la
atenuación.
Absorción de
de la luz
La luz es absorbida por el vidrio gracias a las
las propiedades químicas o impurezas naturales
naturales en el vidrio, transformándose en calor.
calor. Representa entre el 3 y 5% de la
atenuación.
VALORES DE ATENUACIÓN
Ventana
www.coimbraweb.com
Atenuación típica
850 nm
3,2dB/km @ MM
1310 nm
0,85dB/km @ MM
0,35dB/km @ SM
1550 nm
0,25dB/km @ SM
La atenuación es menor a mayor longitud de onda.
12
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
(Blake, 2004)
Ejemplo 10.- Atenuación en fibra
Respuesta Ejemplo 10
Un enlace de fibra óptica de 50 km de longitud utiliza una fibra
fibra monomodo SM de 1550 nm y una atenuación de 0.3 dB/km.
15 dB.
Plan de instalación de la fibra
En un plan de instalación se
muestra la longitud del recorrido, la
la cantidad de empalmes, los
conectores y los equipos necesarios
necesarios para la terminación de la
la fibra en los extremos del enlace.
Por razones prácticas, los cables de
de fibra óptica se despachan en
carreteles de madera con una longitud
longitud que no supera los 4.000 m,
www.coimbraweb.com
Del plan de instalación se obtienen las pérdidas debidas
a la fibra, empalmes y conectores.
13
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
Ejemplo 11.- Atenuación en fibra
(Blake, 2004)
Respuesta Ejemplo 11
Un enlace óptico tiene una longitud de 50 km. La salida de
de potencia del transmisor es 3 mW y las pérdidas son como
como sigue:
Pérdida total de conector: 4 dB.
Pérdida por empalme: 0.1 dB. Los empalmes están
separados 2 km.
Pérdida de la fibra: 0.4 dB/km.
Calcule el nivel de potencia 𝑷𝑹 en el receptor, en dBm.
Conceptos importantes
Sensibilidad del receptor. Es el mínimo nivel de
de potencia que requiere para funcionar. Un valor
valor típico en comunicaciones ópticas es de –28
28 dBm.
Margen del sistema. Es la diferencia entre la
potencia recibida y la sensibilidad del receptor. Por
Por lo general, se requiere un margen de 5 a 10 dB
10 dB para contrarrestar el deterioro de los
componentes y la posibilidad de que se necesiten
necesiten más empalmes, por ejemplo si se corta
corta el cable de manera accidental.
www.coimbraweb.com
Ejemplo 12.- Margen del sistema
Para verificar el margen del sistema se empieza
empieza con la potencia de transmisión 𝑷𝑻 en dBm,
dBm, se le resta la atenuación total en dB y se
compara el resultado 𝑷𝑹 con la sensibilidad del
receptor 𝑷𝑺 . Cualquier potencia de más se llama
margen del sistema.
La sensibilidad es uno de los parámetros más importante del
receptor. Lo especifica el fabricante.
14
Ejemplos con atenuación en fibra óptica
La atenuación de la fibra la especifica el fabricante en dB/km
Ejemplo 13.- Margen del sistema
(Blake, 2004)
Respuesta Ejemplo 13
Un enlace óptico abarca 40 km. El láser tiene una
potencia de salida de 1,5 mW, y el receptor una
sensibilidad 𝑷𝑺 de 25 dBm. La fibra está disponible en
longitudes de 2,5 km y se empalma con una pérdida de
0,25 dB por empalme. La fibra tiene una pérdida de 0,3
dB/km. El total de las pérdidas por conectores en ambos
extremos es 4 dB. Calcule el margen del sistema.
Ejemplo 14.- Margen del sistema
Respuesta Ejemplo 14
Un diodo láser emite una potencia de 1 mW. Éste se
utiliza en un sistema de fibra óptica con un receptor que
requiere una potencia de, por lo menos, 10 W para la
tasa de bits erróneos deseado. Determine si el sistema
funcionará en una distancia de 10 km. Suponga que será
necesario tener un empalme cada 2 km. Las pérdidas en
el sistema son como sigue:
Pérdidas de acoplamiento y conector, transmisor a
fibra: 4 dB.
Pérdida de la fibra: 0.5 dB/km.
Pérdida de empalme: 0.2 dB por empalme.
Pérdida de conector entre la fibra y el receptor: 2 dB.
Si. Hay un margen
disponible de 8,2 dB.
www.coimbraweb.com
La sensibilidad es uno de los parámetros más
importante del receptor. Lo especifica el fabricante.
15
5.- ATENUACIÓN DE ONDAS DE RADIO
¿Porqué se produce la atenuación de las ondas de radio?
(Kraus & Fleisch, 2000)
ATENUACIÓN EN ONDAS DE RADIO
La onda, en su trayectoria, pierde potencia porque se esparce sobre una mayor región en el espacio a
espacio a medida que se aleja de la antena transmisora. Se distinguen 2 mecanismos de pérdidas.
Mecanismos de pérdidas
Atenuación en el
espacio libre
La onda pierde potencia porque se esparce en el espacio. La pérdida aumenta con
aumenta con la distancia y con la frecuencia, pero disminuye con la directividad o
ganancia de las antenas.
Atenuación por el
el medio ambiente
La onda pierde potencia por absorción cuando pasa a través de árboles, paredes,
paredes, ventanas, pisos de edificios y debido a situaciones climáticas, pero también
por desvanecimiento debido a interferencias por multitrayectoria.
Enlace de radio
ww.coimbraweb.com
El espacio libre no absorbe energía.
16
Atenuación en el espacio libre
Para calcularla se usa la ecuación de transmisión de Friis
(Blake, 2004)
ECUACIÓN DE TRANSMISIÓN DE FRIIS
¿Qué establece?
Establece la pérdida en el espacio libre (Lfs), es decir, la razón entre la
potencia recibida y la transmitida. La ecuación se obtiene al combinar las
ecuaciones de las ganancias de las dos antenas.
Ecuación de transmisión de Friis
𝑃𝑅 𝐺𝑇𝐺𝑅𝜆2
=
𝑃𝑇 162 𝑟2
PR = potencia recibida, en W.
PT = potencia transmitida, en W.
GT = ganancia de la antena transmisora.
GR = ganancia de la antena receptora.
λ = longitud de onda de la onda, en m.
r = distancia radial entre antenas, en m.
𝑃𝑇(𝑊)
𝐿𝑓𝑠(dB) = 10 log
𝑃𝑅(W)
Es común expresarla en dB
con el signo cambiado.
𝐿𝑓𝑠(dB) = 92,44 + 20 log 𝑟 km + 20 log 𝑓 GHz − 𝐺𝑇 dBi − 𝐺𝑅 (dBi)
Ejemplo 15.- Potencia recibida
Un transmisor y un receptor que operan a 6 GHz están separados
separados por 40 km. Calcule la potencia (en dBm) que recibe el
receptor si el transmisor transmite una potencia de 2 W, la antena
transmisora tiene una ganancia de 20 dBi y la receptora de 25 dBi.
www.coimbraweb.com
El espacio libre no absorbe energía.
17
Cálculo del presupuesto de potencia
Se calcula en forma manual o automática por software
CÁLCULO DEL PRESUPUESTO DE POTENCIA
¿En qué consiste?
En un proceso mediante el cual se evalúa si el enlace
enlace es viable, y para ello se deben calcular las
pérdidas en el trayecto y conocer las características del
equipamiento y de las antenas.
1.- Características del equipamiento
Potencia de Transmisión. La especifica el fabricante del
del transmisor. Generalmente, más de 30 mW.
Sensibilidad del receptor. La especifica el fabricante del
del receptor. Es el nivel mínimo de potencia que debe
recibir para una determinada calidad. Generalmente en el
rango de –75 a –95 dBm.
2.- Características de las antenas
Ganancia de las antenas. Son dispositivos pasivos que
que crean el efecto de amplificación debido a su forma
física. Tienen las mismas características cuando transmiten
que cuando reciben. Las omnidireccionales tienen una
ganancia de 5 a 12 dBi. Las sectoriales de 12 a 15 dBi. Las
parabólicas de 19 a 24 dBi.
www.coimbraweb.com
(APC, 2007)
3.- Pérdida en el trayecto
Pérdida en el espacio libre. La onda pierde
pierde potencia porque se esparce en el
espacio. La pérdida aumenta con la distancia y
la frecuencia, pero disminuye con la ganancia
de las antenas.
Pérdida por el medio ambiente. La onda
pierde potencia por absorción, cuando pasa a
través de árboles, paredes, ventanas, pisos de
edificios y debido a situaciones climáticas, pero
también por desvanecimiento debido a
interferencias por multitrayectoria. La
experiencia demuestra que un margen de
tolerancia de 20 dB para contrarrestar esta
pérdida es lo apropiado.
4.- Pérdida en la línea o guía
Pérdida en la línea o guía. Parte de potencia
potencia se pierde en la línea de transmisión.
La pérdida para un coaxial corto con conectores
es de 2 a 3 dB.
El margen de tolerancia contrarresta la
pérdida por el medio ambiente.
18
Ejemplos con presupuesto de potencia
Se calcula en forma manual o automática por software.
(APC, 2007)
Ejemplo 16.- Estimación viabilidad del enlace
Estime la viabilidad de un enlace de 5 km con un punto de acceso WiFi (AP) y un cliente. El AP está
conectado a una antena omnidireccional de 10 dBi de ganancia, mientras que el cliente a una sectorial de 14
dBi. La potencia de transmisión del AP es 100 mW (o 20dBm) y su sensibilidad es de –89 dBm. La potencia de
transmisión del cliente es de 30 mW (o 15dBm) y su sensibilidad es de –82 dBm. Los cables son cortos, con
una pérdida de 2 dB a cada lado.
Respuesta Ejemplo 16a
Hay un margen de 8 dB que permite
permite trabajar con buen tiempo, pero
probablemente no sea suficiente para
enfrentar condiciones climáticas
extremas.
Respuesta Ejemplo 16b
Hay un margen de 10 dB. El enlace
enlace funciona, pero si se utiliza un
plato de 24 dBi en el lado del cliente,
se tendría una ganancia adicional de
10 dBi en ambas direcciones. Otra
opción más cara es utilizar equipos de
radio de mayor potencia en ambos
extremos del enlace.
www.coimbraweb.com
El margen de tolerancia contrarresta la
pérdida por el medio ambiente.
19
Software de planificación del enlace
Simulación con Radio Mobile
SIMULACIÓN CON RADIOMOBILE
¿En qué consiste?
Construye automáticamente un perfil entre dos puntos. Durante la simulación analiza la línea visual y
visual y calcula la atenuación en el espacio libre y las debidas a otros factores, como absorción de los
árboles, efectos del terreno, clima, y además estima la pérdida en el trayecto en áreas urbanas.
Radio Mobile presenta un modelo que se asemeja a la realidad, y hasta se pueden simular los niveles de
niveles de potencia de las estaciones y las ganancias de las antenas, diseñando de tal manera el nivel de
recepción que se desea.
www.coimbraweb.com
Radio Mobile se usa para el diseño y simulación de radioenlaces.
20
6.- DISTORSIÓN
¿Porqué se produce la distorsión?
(Forouzan, 2007)
DISTORSIÓN
Ejemplo 17.- Imagen distorsionada
¿Qué significa?
Significa que la señal cambia su forma de onda. Ocurre en una
una señal compuesta, formada por distintas frecuencias.
Cada componente tiene su propia velocidad de propagación a
En otras palabras, los componentes de la señal en el receptor
receptor tienen fases distintas de las que tenían en el emisor. La
forma de la señal compuesta es por tanto distinta.
www.coimbraweb.com
Para contrarrestar la distorsión por el retardo se
usan técnicas de ecualización.
21
Distorsión en señal óptica – Modal
Se manifiesta como una dispersión del pulso óptico
(Blake, 2004)
DISPERSIÓN MODAL
¿Cuál es la causa?
La causa es la propagación
multimodo que ocurre en las fibras
fibras multimodo, debido a que los
los rayos de luz toman diferentes
caminos a través del núcleo de la
fibra y llegan a destino en diferentes
diferentes tiempos, causando el
ensanchamiento del pulso.
La dispersión modal limita la
velocidad de datos. Los pulsos de
luz se solapan unos con otros y el
el receptor no los puede distinguir,
distinguir, por lo que estas fibras se
se utilizan solo para cortas
distancias.
www.coimbraweb.com
Ejemplo 17.- Dispersión modal
Los pulsos se solapan unos con otros y el receptor no los
los distingue; se puede producir error.
Multimodo se denomina así porque el rayo de luz se mueve por
múltiples caminos a través del núcleo de la fibra.
22
Distorsión en señal óptica – Cromática
Se manifiesta como una dispersión del pulso óptico
(Blake, 2004)
DISPERSIÓN CROMÁTICA
¿Cuál es la causa?
La causa es el ancho espectral de la fuente. Una fuente de luz (LED o láser), emite luces
luces de diferentes longitudes de onda que viajan por la fibra a diferentes velocidades y
y llegan a destino en diferentes tiempos, causando el ensanchamiento del pulso, el cual, en
cual, en todo caso, es menos significativo que en la dispersión modal.
La dispersión cromática es una característica de las fibras monomodo, en las cuales se
El láser tiene un ancho espectral mucho menor que el LED; por tanto, el laser y la fibra
fibra monomodo son aptos para transmisiones a altas velocidades y larga distancia.
www.coimbraweb.com
Monomodo se denomina así porque el rayo de luz se mueve por
un solo camino a través del núcleo de la fibra.
23
7.- RUIDO
¿Porqué se produce la distorsión?
(Blake, 2004)
RUIDO ELÉCTRICO
Definición
Se define como cualquier energía eléctrica no deseada
deseada que aparece en la frecuencia de la señal deseada
e interfiere con ella perturbando la comunicación.
Ejemplo 18.- Ruido
térmico
Imagen afectada por
por el ruido térmico
constante, causado por
el movimiento aleatorio
de electrones en un
cable o componente
electrónico.
Ejemplo 19.- Ruido impulsivo
Imagen afectada por el ruido impulsivo causado por el
pico de energía alta en un periodo de tiempo muy corto que
viene de líneas de potencia o de iluminación.
www.coimbraweb.com
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los
genera: ruido externo y ruido interno.
24
Ruido eléctrico externo
Se produce fuera del sistema que trata la señal
(Blake, 2004)
RUIDO ELÉCTRICO EXTERNO
Se produce fuera del sistema que trata la señal, y se introduce en él por medio de un acoplamiento
acoplamiento eléctrico o magnético.
Formas de ruido externo
Ruido cósmico. El Sol es una poderosa fuente de radiación en un amplio intervalo de frecuencias. Las
frecuencias. Las estrellas irradian también ruido, que se conoce como ruido cósmico; cuando se lo recibe
Ruido atmosférico. Se le llama estática porque los rayos, que son una descarga de electricidad
estática, son una fuente importante de ruido atmosférico. Esta perturbación se propaga a largas distancias
distancias por el espacio.
Ruido impulsivo. Es un pico, una señal de amplitud alta en un periodo de tiempo muy corto, que viene
que viene de líneas de potencia, iluminación, etc.
Ruido inducido. Se debe a fuentes externas tales como motores y electrodomésticos. Estos
dispositivos actúan como antenas emisoras y el medio de transmisión como la receptora.
Ruido de interferencia o diafonía NEXT (Near End Crosstalk). se produce cuando hay un
acoplamiento entre las líneas que transportan las señales. Una línea actúa como una antena emisora y la
emisora y la otra como una receptora.
www.coimbraweb.com
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los
genera: ruido externo y ruido interno.
25
Ruido eléctrico interno
Se produce dentro del sistema que trata la señal
(Blake, 2004)
RUIDO ELÉCTRICO INTERNO
Se produce en los componentes pasivos (resistores y cables) y en los activos (diodos, transistores). Todos
transistores). Todos pueden ser fuentes de ruido.
Formas de ruido interno
Ruido de disparo (shoot noise). Se produce por las variaciones aleatorias en el flujo de corriente
(electrones o huecos) en dispositivos activos, como transistores y diodos.
Ruido de partición. Se produce en dispositivos donde una sola corriente se separa en dos o más
trayectorias, por ejemplo en un transistor de juntura (BJT) bipolar, en donde la corriente del emisor es la suma
es la suma de las corrientes de colector y la de base.
Ruido térmico. Se produce por el movimiento aleatorio de los electrones en un conductor debido a la
a la agitación térmica, que crea una señal extra no enviada originalmente por el transmisor. Por su
importancia, se tratará con mayor detalle.
RUIDO ELÉCTRICO CORRELACIONADO
Se produce por amplificaciones no lineales de la señal y cuando distintas frecuencias comparten el mismo
el mismo medio de transmisión.
Formas de ruido correlacionado
Ruido por distorsión armónica. Se producen armónicos por una mezcla no lineal.
Ruido por distorsión de intermodulación. Se producen productos cruzados indeseables: suma o resta de
resta de frecuencias.
www.coimbraweb.com
Es útil clasificar el ruido según la fuente que los
genera: ruido externo y ruido interno.
26
Ruido térmico
Se produce por el calor
(Blake, 2004)
RUIDO TÉRMICO
Potencia del ruido térmico
¿Qué lo produce?
El movimiento aleatorio de los electrones en un
un conductor, debido a la agitación térmica. El
incremento de la temperatura incrementa el
movimiento de los electrones y se produce un flujo
de corriente, una corriente de ruido.
El flujo de corriente es resistido; los átomos se
se agitan y los electrones chocan entre sí. Esta
resistencia aparente del conductor produce un
voltaje aleatorio que se llama ruido.
Potencia del ruido térmico
Johnson (1928) demostró que la potencia del
ruido producido por una fuente de ruido térmico es
proporcional al producto de la temperatura por el
ancho de banda útil.
Movimiento aleatorio de
de electrones.
Resistencia R debido
al choque de electrones
entre si.
𝑁 = 𝑘𝑇𝐵
Corriente
de ruido IN
𝐼𝑁 × 𝑅 = 𝑉 𝑁
Voltaje de ruido VN
𝐼𝑁 × 𝑉 𝑁 = 𝑁
N = potencia del ruido térmico, en W.
k = constante de Boltzmann, 1.38×10–23, en J/K.
T = temperatura absoluta, en K (oC + 273).
B = ancho de banda útil, en Hz.
Ejemplo 20.- Potencia de ruido
Respuesta Ejemplo 20
Un receptor tiene un ancho de banda útil de 10 kHz. Por razones de
acoplamiento, se conecta un resistor a la entrada del receptor, en las
terminales de la antena. Calcule la potencia de ruido con la que contribuye
contribuye dicho resistor, si su temperatura es de 27º C.
N = 4.14× 10−17 W.
www.coimbraweb.com
Se llama también ruido blanco porque el movimiento
aleatorio se produce en todas las frecuencias.
27
8.- RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
Es la razón entre lo que se quiere (señal) y lo que no (ruido).
RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
Relación señal a ruido
¿Para qué se calcula?
La principal razón para calcular la potencia de ruido es
es para determinar el efecto que el ruido tiene sobre la señal
deseada.
La cantidad de ruido no es lo que interesa, sino la cantidad
cantidad de ruido comparada con el nivel de señal deseada,
es decir lo que importa es la relación de potencia de la
señal y la potencia de ruido.
Esta relación, que se abrevia S/N, es una de las
especificaciones más importantes de cualquier sistema de
comunicaciones.
(Forouzan, 2007)
S N=
Potencia media de la señal(W)
Potencia media del ruido(W)
S N(dB) = 10 log S N
S/N es la razón entre lo que
que se quiere (señal) y lo que
no se quiere (ruido).
Ejemplo 21.- Relación S/N típicas
Una línea telefónica tiene una relación S/N de 35 dB. Por su parte, en un sistema CATV la relación de
relación de la potencia de la portadora a la potencia de ruido típica es de 69 dB.
www.coimbraweb.com
S/N es una de las especificaciones más importantes de un sistema.
28
Ejemplos con relación señal a ruido
Es la razón entre lo que se quiere (señal) y lo que no (ruido)
(Forouzan, 2007)
Ejemplo 22- Relación señal a ruido
Respuesta Ejemplo 22
La potencia de una señal es 10 mW y la potencia del ruido es 1 μW. Calcule
Calcule los valores de S/N como relación de potencias y en dB.
S/N = 10.000 = 40 dB
Ejemplo 23.- Relación señal a ruido
Respuesta Ejemplo 23
Calcule el valor de S/N para un canal de transmisión sin ruido.
S/N ⟶ ∞
Ejemplo 24.- S/n baja
Una S/N baja indica que la señal está muy corrompida por el ruido.
Ejemplo 25.- Relación señal a ruido
Respuesta Ejemplo 25
Un receptor produce una potencia de ruido de 200 mW sin señal. El nivel de
nivel de salida se incrementa a 5 W cuando se aplica una señal. Calcule (S +
(S+N)/N = 25 = 14 dB
www.coimbraweb.com
S/N es una de las especificaciones más importantes de un sistema.
29
Referencias bibliográficas
¿Cuáles son las referencias bibliográficas?
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
APC, Asociación para el progreso de las comunicaciones (2007). Redes Inalámbricas en los Países en
Países en Desarrollo. Mountain View, CA. USA: Limehouse Book Sprint Team.
Blake, Roy (2004). Sistemas electrónicos de comunicaciones . México: Thomson.
Frenzel (2003). Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Madrid: Alfaomega.
Forouzan, B. A. (2007). Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Madrid: McGraw-Hill.
Kraus, J., & Fleisch, D. (2000). Electromagnetismo con Aplicaciones. México: McGraw-Hill.
RadioMobile. RadioMobile. Recuperado el 16 de marzo de 2015, de
http://www.cplus.org/rmw/english1.html.
Stallings, William (2007). Data and Computer Communication. New Jersey: Pearson.
FIN
Tema 7 de:
TELECOMUNICACIONES
Edison Coimbra G.
www.coimbraweb.com
30
Links de los documentos de la colección
Telecomunicaciones
LINKS DE LOS DOCUMENTOS
0.Introducción. (En construcción)
1.Generación de ondas de voltaje. (En construcción)
2.Datos y señales analógicas y digitales
3.PCM Digitalización de señal analógica
4.TDM Multiplexación por división de tiempo
5.SONET/SDH Red óptica síncrona
6.AM y FM Modulación de amplitud y de frecuencia
7.Atenuación, distorsión y ruido en la transmisión
www.coimbraweb.com
31