Fundamentos de Telecomunicaciones: Ruido, Distorsión y Unidades de Medida (dB, ROE, S/N)

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Radiofrecuencia (RF)

Unidades de Medida de Potencia y Tensión

La correcta utilización de las unidades de medida es crucial en ingeniería de telecomunicaciones:

• El dBm se usa, de manera general, en dispositivos de potencias elevadas (emisores y semiemisores).
• El dBw se usa para definir la densidad de potencia de la huella del satélite.
• El dBµV se usa para dispositivos de tensión de salida reducida, por debajo de 130 µV (potencia reducida), como los dispositivos de antena.
• El dBmV se usa mucho menos que el dBµV, y se emplea para proporcionar datos de sensibilidad de entrada de los receptores de los equipos CATV.

Definiciones Clave

• Figura de Ruido (NF): Indica la relación de potencias entre una señal y el ruido en un punto específico de un dispositivo.
• Ganancia: Expresa la relación entre los niveles de potencia, voltaje o corriente, de salida o de entrada de un circuito o sistema. Se puede hablar de ganancia en potencia, en tensión o en intensidad.

La Relación de Onda Estacionaria (ROE)

La ROE es la relación entre la impedancia de carga normalizada respecto de la impedancia del generador, y es una magnitud adimensional. Este parámetro está relacionado con tres conceptos fundamentales:

1. Eficiencia en la transmisión de energía (y la aparición de perturbaciones electromagnéticas).
2. Desadaptación entre el generador y la carga.
3. Aparición de ondas reflejadas.

Ruido en Sistemas de Comunicación

El ruido consiste en fluctuaciones en la energía que atraviesa un sistema. Estas fluctuaciones tienen su reflejo en el dominio de la frecuencia y pueden producir interferencias, lo que da lugar a un deterioro en la señal de información y, por ende, en la calidad de la comunicación.

Tipos de Ruido

• Ruido Térmico: Está presente en todos los circuitos electrónicos. Lo producen los electrones al moverse en los conductores y semiconductores. La temperatura influye decisivamente, de tal forma que un aumento de esta incrementa el ruido térmico. Es imposible evitarlo con filtros electrónicos, por lo que se le llama "Ruido Blanco".
• Ruido de Antena: Es el ruido que capta una antena debido a las radiaciones electromagnéticas aleatorias. Depende de la frecuencia, las condiciones atmosféricas y la orientación del elemento captador.
• Ruido en Semiconductores: En los semiconductores se presentan distintos tipos de ruido:
  • Ruido térmico.
  • Ruido impulsivo: Es producido por los cambios de portadores de carga en el semiconductor, debido a la recombinación.
  • Ruido de exceso: Está producido por las trampas que capturan portadores, depende de la frecuencia y es intrínseco a la difusión en los semiconductores.

Distorsión de Señales

La distorsión es la deformación que sufre una señal tras su paso por un sistema. La distorsión desaparece cuando no hay señal de entrada. La distorsión puede afectar a la fase, la amplitud y la frecuencia.

Conceptos de Distorsión

Respuesta en Frecuencia Plana: Un equipo deja pasar todas las componentes espectrales por igual.

• Distorsión Lineal: Es aquella que modifica la amplitud y/o la fase en función de la frecuencia. Ocurre en cualquier circuito que no deja pasar por igual todas las componentes espectrales de una señal. En este caso, decimos que el circuito tiene una respuesta no plana en frecuencia.
• Distorsión No Lineal: Esta distorsión se produce cuando en la señal de salida del sistema aparecen componentes en frecuencia que no existían en la señal de entrada. Tiene dos tipos:
  • Distorsión Armónica: Se da cuando las señales nuevas introducidas por el sistema (armónicos) son múltiplos enteros de la señal original de entrada. Esta señal de entrada, medida en la salida, es el primer armónico y se llama frecuencia fundamental.
  • Distorsión por Intermodulación: Se da cuando las señales no deseadas tienen una frecuencia que es suma o diferencia de otras señales.

Diferencia y Medición

Diferencia entre Distorsión Lineal y No Lineal: En la distorsión no lineal aparecen frecuencias nuevas, mientras que en la distorsión lineal no se generan frecuencias nuevas.

Medición de Distorsión Armónica: Para medir la distorsión armónica se utiliza una fuente de una sola frecuencia con el objetivo de evitar la aparición de productos de intermodulación.

Interferencia y Calidad de Señal

Interferencia

Perturbación que afecta a la calidad del funcionamiento de un sistema radioeléctrico.

Efecto Multipath (Multitrayecto)

Se produce cuando una señal es interferida por una réplica retardada y atenuada de sí misma. Tiene lugar en transmisiones por radio debido a las ondas reflejadas en la ionosfera o en accidentes geográficos.

Relación Señal/Ruido (S/N)

Se define como la potencia de la señal dividida entre la potencia del ruido. La relación S/N proporciona una medida de la calidad de la señal en un sistema determinado, y depende tanto del nivel de señal recibido como del nivel de ruido total.