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Ruido En Sistemas De Comunicaciones

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  • COMUNICACIONES ANALOGICAS 07/06/09 FIEC
  • Transcript

    • 1. RUIDO EN SISTEMAS DE COMUNICACION 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 2. Ruido
        • Definición
        • Fuentes de Ruido
        • Modelamiento de Ruido
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 3. Definición
      • El ruido es una señal formada por una mezcla aleatoria de longitudes de onda.
      • En sistemas de comunicaciones el término ruido designa una señal que no contiene información.
      • El ruido blanco está formado por todas las frecuencias audibles, igual que la luz blanca está formada por todas las frecuencias visibles.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 4. Definición
      • Cualquier voltaje o corriente “no deseada” que eventualmente aparece en un receptor de comunicaciones es considerado como ruido.
      • El ruido es aditivo, afecta directamente a la señal transmitida.
      • Generalmente el ruido es una señal muy pequeña (µV), sin embargo es un problema debido a que el receptor es un equipo sensitivo que amplifica la señal recibida para así procesarla, por tanto también amplifica el ruido.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 5. Tipos de Ruido
      • Se clasifica en
      • Ruido Externo: producido por el medio de transmisión
      • Ruido Interno: producido exclusivamente por el receptor.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 6.
      • Ruido Externo
      • Ruido Artificial (humano)
      • Ruido Atmosférico
      • Ruido Espacial
      • Ruido Interno
      • El mayor contribuyente de este ruido en el receptor es la primera etapa de amplificación, debido a que aquí existen la señal recibida es bien pequeña y cualquier ruido insertado en este punto tendrá un valor comparativo con respecto al nivel de la señal recibida.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 7. Ruido Térmico
      • Este tipo de ruido es generado en los circuitos eléctricos o electrónicos.
      • Aparece debido a la interacción térmica entre los electrones o iones libres en un conductor, esto ocasiona una tasa de arribo de electrones a través de una resistencia que varia aleatoriamente.
      • Con esto se modifica aleatoriamente la diferencia de potencial eléctrico (voltaje).
      • Espectro de frecuencia
      • -El ruido térmico presenta en el dominio de frecuencia una respuesta uniforme o "plana" por todo un espectro.
      • -La potencia del ruido generado es:
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 8.
      • Es posible determinar el voltaje de ruido a través de un resistor R, asumiendo máxima transferencia de potencia del generador de ruido y R = RL.
      • Ruido de transistor o semiconductor
      • Se debe a las partículas de carga que atraviesan los canales formados por la estructura de los transistores.
      • Este ruido se suma al ruido térmico.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 9. Efecto del ruido en la señal transmitida
      • El ruido en el canal de comunicación es aditivo , lo que implica que la señal transmitida tendrá una variación en su amplitud lo que generará error en la decisión. Esto podría eliminarse simplemente limitando la amplitud de la señal, pero en realidad el ruido es una señal aleatoria con cualquier fase en cualquier momento lo que implica que tanto la amplitud como la fase de la señal que se transmite es aleatoria.
      • En general el ruido se lo representa como un vector que se suma a la señal con cualquier fase lo que genera que la portadora resultante tiene amplitud y fase variable. Esto dificulta las decisiones puesto que la información se transmite en la amplitud, la frecuencia o en la fase de la portadora.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 10. Modelamiento del Ruido
      • En todo sistema de comunicación, una vez que transmitimos la señal modulada e ingresa al canal, este distorsiona dicha señal mediante la adición de una perturbación.
      • Para modelar un canal que presenta ruido se formula dos modelos:
      • - Modelo de canal: supone un canal banda base que no distorsiona pero solo perturba una señal aleatoria denominada RUIDO BLANCO GAUSSIANO ADITIVO (AWGN).
      • - Modelo de receptor: supone un receptor que esta compuesto por un filtro pasobanda al que le sigue un demodulador. El uso del filtro pasobanda es para minimizar el efecto del ruido de canal.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 11. Ruido Blanco
      • El ruido es la señal adicional "no deseada" que interfiere con la señal transmitida generada por dispositivos electrónicos
      • El ruido es un proceso aleatorio
      • Cada “muestra” de n(t) es una variable aleatoria
      • Generalmente, el proceso del ruido se considera “aditivo blanco gaussiano” (AWGN)
      • -Blanco: espectro de frecuencia plano
      • -Gaussiano: distribución del ruido
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 12. Ruido Blanco
      • Un proceso aleatorio v (t) es llamado white-noise process si la Densidad Espectral de Potencia (PDF) es constante para cualquier frecuencia, esto es:
      • donde No es una constante positiva
      • La función de autocorrelación es obtenida al aplicar transformada inversa de Fourier. El resultado es:
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 13. Ruido Blanco 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 14. Modelo de Receptor 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 15. 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 16. 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 17. Figura de Merito
      • Para comparar diferentes sistemas de modulación (CW – onda continua) se normaliza el desempeño del receptor utilizando la relación:
      • Un valor alto de figura de merito implica un mejor desempeño del receptor frente al ruido, este valor puede ser 1, <1 o >1.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 18. Representación del ruido paso banda
      • Cualquier forma de onda paso-banda puede ser representada mediante la siguiente ecuación:
      • donde x(t) y y(t) son las componentes en cuadratura.
      • x(t) y y(t) son real si el proceso es wss.
      • Si P v (f) es la PSD de v(t) entonces:
      • B 0 es el ancho de banda del filtro paso-bajo
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 19. Recuperación de x(t) and y(t) de v (t) 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 20. Espectro de las componentes en cuadratura de white bandpass noise process 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 21. 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 22. 07/06/09 FIEC-ESPOL Espectro de las componentes en cuadratura de white bandpass noise process
    • 23. PDF para las funciones envolvente y fase del proceso Gaussiano paso-banda 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 24. PDF para las funciones envolvente y fase del proceso Gaussiano paso-banda 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 25. PDF para las funciones envolvente y fase del proceso Gaussiano paso-banda 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 26. PDF para las funciones envolvente y fase del proceso Gaussiano paso-banda 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 27. PDF para las funciones envolvente y fase del proceso Gaussiano paso-banda 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 28. Notación dB
      • Muy utilizada en comunicaciones para representar valores muy grandes o pequeños.
      • Presenta ventajas en operaciones de multiplicación y división (sumas y restas).
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 29. Notación dBm
      • Utilizado para representar valores de potencia relacionados a 1mW.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 30. Algunas equivalencias 07/06/09 FIEC-ESPOL N dB 1.58 2 2 3 3 5 (4.77) 10 10 100 20
    • 31. Figura de Ruido
      • Este parámetro relaciona cuanto ruido adicional un elemento activo (amplificador o transistor) ha inyectado a la señal de entrada.
      • Si los SNR de entrada y salida son iguales, entonces la figura de ruido es 10log(1) = 0dB.
      • Este valor es casi imposible de obtener en la practica. Normalmente el amplificador inserta ruido adicional haciendo que el SNR de salida disminuya.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 32. Curvas de figura de ruido 07/06/09 FIEC-ESPOL Rango medio de frecuencias
    • 33. Figura de Ruido y Amplificadores en Cascada
      • En receptores, por lo general se trata de pre-amplificar una señal captada por un transductor (antena), y luego procesarla por etapas.
      • Para eso se conecta en cascada elementos activos como amplificadores, mixers, filtros activos, etc.
      • Cada componente activo contribuye con ruido y ganancia , por lo que se desea obtener: Figura de Ruido total y Ganancia total.
      • Usamos la Formula de Friis para determinar la contribución de ruido total.
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 34. Sistema en Cascada 07/06/09 FIEC-ESPOL G y NF no estan representados en dB!! 1era etapa contribuye mas con el NF tota l  LNA
    • 35. Modelo de Noise Figure 07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 36. SINAD
      • SINAD – Relación Señal vs. Ruido + Distorsión.
      • Usado en recepción de señales FM.
      • Parámetro para medir la calidad de señal cuando se produce distorsión en el receptor (no de tipo ruido aleatorio).
      07/06/09 FIEC-ESPOL
    • 37. Ejercicio
      • Calcule la función de auto correlación
      • Calcule la potencia promedio normalizada.
      07/06/09 FIEC-ESPOL