Ruido Radioeléctrico

RUIDO RADIOELÉCTRICO

Lic. Patricio Marcó SERVICIO NAVAL DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO (SIID)

RUIDO RADIOELÉCTRICO Un radioenlace es factible, sólo si la señal recibida puede ser claramente distinguida del ruido radioeléctrico en el Rx . El ruido radioeléctrico impone un límite de calidad de funcionamiento a los sistemas de radiocomu radiocomunica nicacione cioness (UIT-R P.372-8)

1

RUIDO TÉRMICO,BLANCO O GAUSIANO Ruido generado generado por la agitación agitación térmica de los electrones electrones en una resistencia resistencia .

Pn = k T b Donde Pn : potencia de ruido térmico [W] k : constante de Boltzmann Boltzmann k= 1,37 1,374 4 10 10-23 J/K T :temperatura a la que se encuentra la resistencia [°K] b: ancho de banda sobre la cual l a energía energía de ruido es medida [Hz]. [Hz].

RUIDO TÉRMICO (cont.) Presente Presente en todo disposi tivo electrónic o y medio de transmisión

V o l t a g e

Tiempo

•Estática de fondo en un Rx. •No puede ser eliminado. •Particul Particul armente armente signif icativo en las comun icaciones satelitales. •Independi ente de la frecuenci a hasta 1000 1000 GHz.

2

FIGURA DE RUIDO

f x

P x

Px

P n

kT 0 b

T0 :Temperatura ambiente ( T0= 290 °K =17 °C) PX: Potencia de ruido generada por la fuente ” X”

TEMPERATURA DE RUIDO

Tx =

Px kB

Temperatura de ruido del dispos itivo X

f x =

Px = f x kTB

Tx T0

Potencia de ruido genarada por el dispositivo X

3

RUIDO IMPULSIVO 

Ruido debido a una sucesión de pulsos separados .

– Es difícil de eliminar sin afectar los datos. – La Tx de datos es más suceptible a altas velocidades.

V o l t a g e

Tiempo

FUENTES DE RUIDO RADIOELÉCTRICO FUENTES DE RUIDO EXTERNO f<300 MHz Naturales

INTERNO

Hecho por el hombre

Terrestres At mo sf éri co

Extraterrestres Galáctico

NO INTENCIONAL Transporte Automotor Industrial Científico Médico (ICM) INTENCIONAL Sistema de Comunicaciones

4


INTERNO

Hecho por el hombre

Terrestres Atmosférico



RUIDO ATMOSFÉRICO Ruido Impulsivo generado en la atmósfera Fuente más importante: rayo •Frecuencia de relampagueo: 100-400 descargas / s

•Corriente de descarga: 10 a 100 KA , valor medio 20 KA. •Duración:0,01 ms.

5

RUIDO ATMOSFÉRICO (cont.) Centros de Producción: o

África Central

o

América Central

o

Norte del Brasil

o

Indonesia

o

Nueva Guinea

o

Filipinas

RUIDO ATMOSFÉRICO (cont.)

80 dB

65 dB 40 dB

Figura de ruido atmosférico(Fam) por encima de kT0 b para 1 MHz,Verano, 0-4 hora local.

6

RUIDO ATMOSFÉRICO (cont.)

RUIDO ATMOSFÉRICO (cont.) Figura de Ruido para 3 MHz y el 90% del tiempo Comodoro Rivadavia 70

65

) B d (

Verano 60

a F

Invierno 55

Figura de ruido para 5 MHz y el 90% del tiempo Comodoro Rivadavia

50 00000400

04000800

08001200

12001600

16002000

20002400 70

hora 65

] B d [

Verano

60

a F

Invierno 55

50 00000400

04000800

08001200

12001600

16002000

20002400

Bloque horarrio

7

RUIDO ATMOSFÉRICO (cont.) El ruido atmosférico depende de: Posición Época Hora

geográfica del receptor

del año (mayor en verano)

del día (mayor durante la noche)

FIGURAS DE RUIDO Ruida Atmo. excedido el 0,5% del tiempo

Ruida Atmo. excedido el 99,5% del tiempo

10 KHz

Ruido hecho por el hombre Zona comercial Ruido hecho por el hombre Zona tranquila Ruido Cósmico

100 MHz

8

FIGURAS DE RUIDO (cont.)

Ruido galáctico

Ruido O2 y vapor de H2O

Ruido hecho por el hombre Zona comercial

Radiación de fondo

100 GHz

100 MHz

RADIACIÓN DE FONDO EN 2,7 K 1965 •ARNO PEANZIAS •ROBERT WILSON PREMIO NOBEL DE FÍSICA 1978

9

180 dB

2,9 1020 ºK

100 dB

2,9 1013 ºK

0 dB

10 KHz

100 MHz

1 MHz

290 ºK

40 dB

2,9 106 ºK

- 3 dB

290 ºK 0,029 ºK

-40 dB 100 MHz

10 GHz

100 GHz


INTERNO

Hecho por el hombre




10

RUIDO GALÁCTICO

Es generado por fuentes extraterrestres, su compor tamiento es igual al ruido blanco y su intensidad cambia lentamente con la frecuencia .

Fa (dB ) = 22 − 23 log( f (MHz ))


INTERNO

Hecho por el hombre




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RUIDO HECHO POR EL HOMBRE •NO INTENCIONALES  Aisl ado res co n p érd id as Ignición de motores a explosión Instrumental médico Lámparas fluorescentes Líneas de alta tensión Maquinaria i ndustr ial Motores eléctrico s Soldadores de arco Hornos de Microondas •INTENCIONALES Transmiso res de cualquier tipo operando fuera de sus especificaciones o con alcances diferentes sup eriores a los previstos

RADIADORES INTENCIONALES Y NO INTENCIONALES

12

RUIDO HECHO POR EL HOMBRE (cont.) 1 MHz

10 MHz

100 MHz

vehicular IEM urbana Líneas de potencia 1 GHz

10 GHz


INTERNO

Hecho por el hombre




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RUIDO PRODUCIDO POR EL TRÁFICO AUTOMOTOR Espectro sin Tráfico Automotor 110

100

90 ) ) m / V u 80 ( B d ( E 70

60

50

0 9 4

3 0 5

6 5 1

9 2 5

2 5 4

5 5 5

8 6 5

8 1 5

Frecuen cia (KHz)

RUIDO PRODUCIDO POR EL TRÁFICO AUTOMOTOR (cont.) Ruido Producido por Tráfico Automotor 110

100

90 ) ) m / V u 80 ( B d ( E 70

Trafico Sin Trafico

60

50 0 6 2 8 4 0 6 2 8 4 0 6 9 9 0 0 1 2 2 3 3 4 5 5 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

DIFERENCIA

2 8 4 0 6 6 6 7 8 8 5 5 5 5 5

Frecuenc ia (KHz)

25

20

15

B d 10

5

0

0 9 5 0 0 0 5 0 5 2 0 2 5 3 0 3 5 0 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 4 4 5 5 5 1 5 1 5 5 5 5 5 4 5 4 5 5 5 5 5 5 5 5

Frecuencia [KHz]

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RUIDO PRODUCIDO POR EL TRÁFICO AUTOMOTOR (cont.)

Canal 2

Motocicleta


INTERNO

Hecho por el hombre




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RUIDO PRODUCIDO POR UNA PC ESPECTRO DE UNA PC 386 40 MHz

10 9

119.5 MHz

8 7

398.6 MHz

6 B d

5 4 3 2 1 0 2 7 1 2 1 1

1 6 4 5 1 1

0 6 7 8 1 1

2 5 1 3 2 2

9 3 5 8 2 2

4 9 1 3 3 3

0 0 8 0 3 4

8 7 1 3 4 4

8 5 4

9 7 4

Frecuencia [MHz]

RUIDO PRODUCIDO POR UNA PC (HF)

Fondo

Computadora

Notebook :A cer Penti um I

CPU 4 86

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RUIDO PRODUCIDO POR UNA PC (HF)

FUENTE SWITCHING (Banda HF)

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RUIDO INDUSTRIAL El ambiente electromagnético en áreas urb anas está compuesto por los disturbios provenientes de diferentes fu entes, como ser ruido generado p or el tráfico automoto r, líneas de transmisión de potencia, etc . Al cance efectivo de este tipo de ruido : Motores eléctricos

200 m

Automóviles

100 m

Avio nes

1000 m

Líneas de alta tensión

1 a varios Km.

SATÉLITE METEOROLÓGICA BAJA RESOLUCIÓN

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AEROPUERTO DE EZEIZA Canal de HF

FIGURA DE RUIDO DEL SISTEMA RECEPTOR f a : figura de ruido externo

lt:pérdida de

la antena

f r :figura de ruido del Rx lt

Si T=T0

f = f a - 1 + lc lt f r

:pérdida de la línea de transmisión

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POTENCIA MINIMA DETECTABLE Pm = f k To b (S/N) m Pm [dBW] = (S/N)m [dB] + B + Fa [dB] - 204 F a

Potencia Recibida

B

10 log( f a ) 10 log( b)

Señal P.mínima detectable (Pm) S/N (mínima) P.de ruido (piso) Fa+B+204 (dBW) Tiempo

RELACIÓN S/N MÍNIMAS Ancho de banda b=1 Hz Clase de Emisi ón Grado de Servici o Banda lateral Ap enas ut il izab le única portadora suprimida (J3E) Comercial marginal Comerci al bueno Telegrafía 50 Pe=0.01 baudios teletipo Pe=0.001 Pe=0.0001

(S/N)m (dB) 47

(S/N)m (Desv.) 48

56

61

64 45

72 53

51 56

63 74

20

MICROCENTRO 1 µV⇒-107 dBm

BANDA VHF (160-170 MHz)

0,1 µV⇒-127 dBm

22.38 µV

MICROCENTRO BANDA UHF (454-456 MHz)

21

NIVEL DE RUIDO RADIOELECTRICO ESCENARIOS

ALCANCE MÁXIMO Y SENSIBILIDAD Sea un Tx con un a PIRE de 50 W, y una altura de antena 30 m y el receptor tiene una altura de antena de 1m y una sensi bil idad d e 0,5 µV. (-113 dBm) Potencia Recibida en función de la distancia h1=30 m,h2=1 m, P=50 W -70 10

20

30

40

-80

50

60

70

MÁXIMO ALCANCE

-90

) -100 m B d ( x r P -110

450 MHz Sensibilidad

-120

-130

-140

Distancia (Km)

22

ALCANCE MÁXIMO Y SENSIBILIDAD (cont.) Banda( MHz) Sens. 25-50

-113 dBm 0,5 µV Alcance [Km.] 84 152-174 -113 dBm 0,5 µV Alcance [Km.] 52 450-470 -113 dBm 0,5 µV Alcance [Km.] 45

Ruido Bajo -100 dBm 2,1 µV 50 -105 dBm 1,25 µV 42 -107 dBm 1 µV 36

Ruido Moderado -83 dBm 16 µV 23 -95 dBm 4 µV 26 -105 dBm 1,25 µV 34

Ruido Alto -79 dBm 25 µV 18 -90 dBm 7 µV 19 -99 dBm 2,5 µV 25

RADIOENLACES DIGITALES E b

E b N 0

=

Eb: Energía por bit Prx: Potencia de la señal recibida V: Velocidad de transmisión

Prx V

Prx

=

V N 0

=

Prx kTV

Energía por bit relativo al ruido térmico para 1 Hz de ancho de banda

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RADIOENLACES DIGITALES (cont.) ⎞ ⎟ N ⎠ S

⎛ E ⎞ = ⎜⎜ ⎟⎟. ⎝ N 0 ⎠ b

mínima

V BT

S/N: relación señal ruido mínima necesaria para un Rx para alcanzar un nivel de confiabilidad en términos de BER. V: velocidad de transmisión BT : ancho de banda S N

⎞ ⎠

=

[dB]⎟

mínima

E b N 0

⎛ V ⎞ ⎝ b ⎠

[dB] + 10 log⎜ ⎟

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