Una manifestación de energía es ruido siempre que perturbe una señal. En caso contrario no es ruido.
Para que algo perturbe a una señal debe tener una energía indeseada de la misma naturaleza que la
señal perturbada y se debe encontrarse presente en la misma banda que la señal. Estas tres condiciones
son necesarias para definir al ruido que perturba a las señales electromagnéticas: debe tener una
energía perceptible no deseada, debe ser de naturaleza electromagnética y estar presente en el pasa
banda útil.
Por más fuerte que se escuche música en un ambiente, ésta no perturba la iluminación: ambas
energías no son de la misma naturaleza. De hecho, uno es ruido audible y es producido por ondas
mecánicas y la otra es electromagnética.
Por más intensa que sea la luz de un haz que intercepte una señal de radiofrecuencia, ésta no
perturba el haz, porque siendo de la misma naturaleza, una está en la banda de luz visible y el otro
en la banda de radiofrecuencia.
Una emisión de radio es perturbada por los ruidos electrostáticos de las descargas atmosféricas:
ambas son electromagnéticas, ambas en la frecuencia de radio, la descarga es indeseada.
El ruido distorsiona linealmente las señales de comunicaciones. Aunque cuando adquiere valores altos
de energía – en un orden aproximado a los de la señal - produce casi invariablemente distorsiones
angulares.
Los ruidos que no dependen de la señal y que son independientes de su presencia, se llaman ruidos no
correlacionados. Pero ciertos ruidos existen sólo ligados a la existencia misma de la señal, y se llaman
correlacionados. Los ruidos no correlacionados pueden analizarse como ruidos internos o externos, sea
que provengan del propio circuito o no.
Los ruidos no correlacionados
Los ruidos no correlacionados son independientes de la señal y existen en su ausencia o en su
presencia. La señal es perturbada por ellos, y no los determina. Pueden ser internos a un circuito o
externos a él. Se puede lidiar con los ruidos internos, y de hecho calcularlos. Son más inmanejables los
externos, aunque algunos son también ponderables.
Ruidos no correlacionados internos
El ruido interno es interferencia electromagnética generada dentro del circuito. Son ruidos internos a
un circuito el térmico, el de disparo y el de tiempo de tránsito. Es importante destacar que cada uno de
estos ruidos es un componente del ruido interno total. Éste, denominado simplemente ruido interno,
puede calcularse por diferencias de ganancias o pérdidas, o medirse.
El ruido térmico
El ruido térmico es eléctrico y es producido por la energía interna de la materia. Como se recordará, el
movimiento browniano de las partículas produce energía que en general se disipa en modo de calor.
Pero una parte de ella funciona como interferencia eléctrica. Nyquist, de los laboratorios Bell, observó
en 1928 que la interferencia eléctrica era proporcional a la agitación de electrones proveniente de lo
que denominó “energía browniana”, y estableció la base para el cálculo. Entre las características más
sobresalientes del ruido térmico, prevalecen que es aleatorio, porque los electrones agitados por la
energía browniana tienen un movimiento aleatorio; es blanco, denominación que recibe por analogía
con la luz blanca, al estar presente en todas las frecuencias; y es resistivo, porque depende lineal y
directamente de la resistividad del material. El ruido térmico recibe el nombre alternativo de ruido
plano, porque su respuesta es plana.
El ruido de disparo
El ruido de disparo es un ruido electromagnético no correlacionado, también llamado ruido de
transistor, producido por la llegada aleatoria de componentes portadores (electrones y huecos) en el
elemento de salida de un dispositivo, como ser un diodo, un transistor (de efecto de campo o bipolar) o
un tubo de vacío. El ruido de disparo está yuxtapuesto a cualquier ruido presente, y se puede
demostrar que es aditivo respecto al ruido térmico y a él mismo.
El ruido de tránsito
Está producido por la agitación a la que se encuentra sometida la corriente de electrones desde que
entra hasta que sale del dispositivo, lo que produce una variación aleatoria irregular de la energía con
respuesta plana.
Ruidos no correlacionados externos
Los tipos de ruidos externos más destacables tienen que ver con los producidos fuera del circuito por
la naturaleza o por el hombre y-obviamente- son no correlacionados. Los principales son los
atmosféricos, los extraterrestres y los industriales.
El ruido atmosférico
Es producido por la estática que se encuentra dentro de la atmósfera terrestre y esto lo distingue de los
extraterrestres. La atmósfera terrestre está cargada de estática que se manifiesta habitualmente en
forma de relámpagos, centellas, rayos, etc. Pero ¡no truenos!, porque éstos son un efecto secundario
que se manifiesta como ruidos audibles. Un relectura sobre los conceptos de potencial eléctrico y
descarga, ilustraría estos fenómenos. De todos modos, la respuesta de estos ruidos no es plana, sino
creciente desde frecuencia bajas hasta los 20 MHz y decreciente de allí en adelante, con valores
insignificantes arriba de los 30 MHz.
El ruido solar
Este ruido es de respuesta variada. Es el ruido extraterrestre más complejo, y se produce por la
actividad de la corteza de nuestro sol. Mientras no se producen agitaciones de la corteza – o manchas
solares – la producción de ruido es baja y de respuesta plana. Sin embargo, en períodos aparentemente
definidos, la actividad superficial del sol se incrementa violentamente y produce manifestaciones
energéticas intensas, que se suman a la energía del ruido blanco anterior.
El ruido cósmico
Es producido por fuentes de radiofrecuencia naturales aleatoriamente distribuidas por el universo, y
por tal razón tiene una respuesta bastante plana entre los 8 y 1500 MHz y de presencia uniformemente
distribuida en el cielo, aunque debido a la lejanía de las formaciones galácticas es de una intensidad
muy baja.
El ruido industrial
Es el nombre que recibe normalmente todo ruido electromagnético hecho por el hombre. Cada tipo de
ruido puede medirse individualmente reconociendo la fuente específica. Cada uno de ellos afectará
específicamente una comunicación: un motor que arranca, una luz que se enciende, una computadora
trabajando, una transmisión cercana, etc. La suma de todos ellos da lugar al denominado ruido
ciudadano, el cual está medido y tabulado para distintos tipos de ciudades por área, por población o
Los ruidos correlacionados
Imaginemos que comienza a transitar una señal por el circuito y aparece un ruido eléctrico. Éste
persiste mientras dura la señal, pero la señal cesa y el ruido cesa por esa causa. Tal ruido es
correlacionado. Obviamente, los ruidos correlacionados al estar ligados a la existencia misma de la
señal, son internos. Los principales son de distorsión armónica y de intermodulación
El ruido de distorsión armónica
Aparece como consecuencia de que toda señal de comunicaciones contiene una cantidad variable de
armónicas que la aproximan a la señal deseada. La energía de estas señales, introduce un ruido que se
ve angular en el dominio de las frecuencias y lineal en el dominio del tiempo.
El ruido de intermodulación
Es la energía generada por las sumas y las diferencias creadas por la amplificación de dos o más
frecuencias en un amplificador no lineal.
Cálculo del ruido térmico
Densidad de Potencia de ruido térmico
Boltzmann estableció que la cantidad de energía que irradia o disipa un medio (sea un canal, un
circuito, etc.) tiene un valor cuantificable por cada grado absoluto de temperatura del medio.
O sea que de hecho existe una tasa constante de energía por cada grado de temperatura absoluta del
medio, a la que se denomina Constante de Boltzmann, cuyo valor . Es importante notar
que esta tasa es totalmente independiente de la sustancia –es decir que no depende del material.
Cuando a esta tasa se la multiplica por la temperatura absoluta del medio en grados Kelvin, el
resultado matemáticamente se expresa en julios, es decir en vatios-segundo, pero operando, un
segundo es la recíproca de un hercio, por lo que podemos expresarlo ahora en vatios/hercio y en tal
carácter, atribuirle el concepto de densidad de potencia de ruido térmico.
Nº (W/Hz) = ? x T ; ? ? = 1,38 x 10-23 J/K
El producto representa la potencia erogada por unidad de frecuencia, es decir por cada hercio o para
una banda de ancho igual a 1 Hz; de allí el nombre de densidad.
Nótese que Nº consecuentemente con ? también es independiente de la sustancia y del ancho de la
banda, y sólo depende de la temperatura dada. Podemos ver también que no hay una variación en
función de la ubicación de la banda ni puntos singulares. Es decir que es una función de respuesta
plana.
La densidad de potencia de este ruido es muy pequeña, y puede convenir medirla como logaritmo.
Así:
Nº (dBm) = 10 x log (? x T x 103)
Si buscamos el valor de la densidad de potencia de ruido térmico a la temperatura ambiente,
encontraremos que –por ejemplo- a 20 °C (equivalentes a 293 K) la densidad de potencia que resulta
Nº = ? x T = 1,38 x 10-23 x 293 = 4,04 x 10-21 J/K
Potencia de ruido térmico
Teniendo la densidad de potencia del ruido térmico, y recordando que una de las características del
ruido es estar presente en la banda útil, se puede calcular la potencia de ruido térmico directamente
multiplicando la densidad de potencia del ruido térmico por el ancho de la banda en uso:
PN (W) = ? x T x B = ?0 x ?
Al producto se lo llama potencia de ruido térmico para el ancho de banda.
Nuevamente, el ruido térmico es tan pequeño en términos sensibles que su potencia tiene unidades
pequeñísimas. Por esa razón, puede convenir medirlo como logaritmo y obtendremos:
PN (dBm) = 10 x log (? x T x B x 103) = 10 x log (?0 x ? x 103)
Si aplicamos las propiedades de los logaritmos para un ancho de banda de por
ejemplo 10 MHz a temperatura ambiente, obtenemos:
PN (dBm)= - 173,93 + 10 x log B = 10 x log 106
= - 103,93 dBm
En ambos casos, tanto en el cálculo de la densidad de potencia como en el de la potencia, los valores
en dBm resultan más manejables.
Se podría inducir que si el espectro es infinito, la potencia de este ruido será infinita. Sin embargo,
puede demostrarse que esto no es así dado que para muy altas frecuencias la potencia del ruido
térmico cae a cero. A los fines prácticos, está bien si consideramos sólo la banda de radiofrecuencia.
De todos modos, no debemos perder de vista que el ruido térmico es blanco y su respuesta plana, y
que la potencia de este ruido medido en cualquier frecuencia es igual al de cualquier otra, a sola
condición de que los anchos de banda sean iguales y estemos midiendo a igual temperatura. En otras
palabras, y usando el ejemplo anterior, para una temperatura dada, la potencia de ruido térmico de un
canal de 10 MHz es idéntica a temperatura ambiente, no importa si medimos entre 0 y 10 MHz o entre
190 y 200 MHz.
La relación entre la señal y el ruido
Una de las formas más usuales de medir los niveles de ruido, es comparándolos con los niveles de la
señal. De este modo, nos independizamos de sus valores absolutos para ponerlo en comparación con la
señal. Es decir que es una forma relativa de medirlo, pero con otro enfoque.
Es uno de los modos más habituales porque los receptores, para reproducir adecuadamente la señal,
necesitan que haya una buena diferenciación entre uno y otro. Cuando mejor es esa diferenciación,
mejor es la lectura de la señal.
Más aún, algunos receptores funcionan incluso con sensibilidades extremas, es decir que son capaces
de producir lecturas con niveles de potencia extremadamente bajos, a condición de que la diferencia
mencionada sea apropiada.
A esta relación entre el nivel de la señal y el nivel de ruido, se la denomina relación señal-a-ruido.
La relación señal-a-ruido, indicada S/N, es el cociente entre los valores de los parámetros de la señal y
del ruido en el mismo punto y con resultado adimensional.
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