Par

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Parámetros de Calidad de SeñalIng. Juan
Ramon Garcia Bishjrgbish_at_hotmail.com
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Agenda

• Primera Parte
  Parámetros de Calidad de Señal.
  
  Ruido y Distorsiones
  Diferentes tecnologías
• Segunda Parte
  Mediciones sobre señales de CATV
  Prueba de perfomance
  Instrumentos de
  medición

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Fuentes de Ruido

• Ruido producido por el hombre
  Contactos defectuosos, ruido de ignicion,
  alumbrado fluorescente, artefactos eléctricos.
• Perturbaciones naturales que ocurren
  irregularmente
  Relampagos, tormentas electricas,
  ruido intergalactico, disturbios atmosféricos.
• Ruido de fluctuacion que se presenta en el
  interior de los sistemas físicos
  Es el que analizaremos a
  continuación

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Ruido de Fluctuación

• Se produce debido a fluctuaciones espontaneas
  como el movimiento termico de los electrones
  libres dentro de un resistor y la
  generación/recombinación de huecos y electrones
  en un semiconductor.
• Dos tipos básicos de ruido de fluctuacion
  1.-
  Ruido térmico
  2.- Ruido de disparo (shot
  noise)

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Ruido Térmico

• Se debe al movimiento aleatorio de los electrones
  en medios conductores como los resistores .
• La potencia de ruido máxima (en condiciones de
  adaptación) resulta directamente proporcional a
  la temperatura y al ancho de banda considerado
  
  P K.T.B
  Siendo
  
  K Constante de
  Boltzman 1.38 x 10-23 Joule/K T
  Temperatura absoluta 293 K (20 grad centig)
  B Ancho de banda 4.2 MHz (canal video)
  Con estos valores resulta P(dBmV) -59
  dBmV

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Ruido de Disparo

• Se produce en dispositivos de tubos al vacio
  (válvulas) y en semiconductores.
• En los tubos al vacio se debe a la emisión
  aleatoria de electrones del cátodo.
• En los semiconductores se debe a la difusión
  aleatoria de portadores minoritarios y a la
  recombinación de los pares electrón-hueco

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Factor de Ruido

• Es la relación entre la potencia total de ruido a
  la salida y la potencia de ruido a la salida
  debida exclusivamente a la entrada.
• También puede definirse como la relación entre
  las relaciones potencia de señal a potencia de
  ruido en la entrada y en la salida del equipo.
• El factor de ruido es un numero y resulta siempre
  superior a 1.
  F Factor de ruido
  (Si/Ni) / (So/No)

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Figura de Ruido

• Cuando el número de ruido se lo expresa en
  decibeles se convierte en la figura de ruido.
• La figura de ruido expresa la degradación que se
  produce en la relación señal a ruido medida en la
  salida del equipo respecto a la entrada del
  mismo.
• Con un solo amplificador tenemos
  NFdB Figura de ruido
  (Si/Ni)dB (So/No)dB

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Amplificadores en Cascada

• Para el primer amplificador de una cascada
  tendremos
  (S/N)o (S/N)i
  F Si 59 dB F Asi si
  por ejemplo el nivel de señal es de 10 dB y la
  figura de ruido 7 dB resulta
  (S/N)o 10 dB 59 dB 7 dB 62 dB
• Si tenemos varios amplificadores de ganancia G
  en cascada entre los cuales se intercala una
  atenuacion AT G la relacion S/N al final sera
  (S/N)o-n (S/N)o-1 10 log n

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Amplificadores en Cascada
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Señal-Ruido vs Portadora-Ruido

• Aunque muchas veces se los utiliza
  indistintamente en realidad no es lo mismo
  relación portadora a ruido que señal a ruido.
• La relación señal a ruido en realidad contempla
  otros elementos como son el ruido que lleva la
  misma información, en nuestro caso el video.
• La señal a ruido ademas contempla una ponderación
  del ruido de acuerdo a la respuesta propia del
  ojo en el caso de video o del oido en el caso del
  audio.

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Variación relación C/N con nivel

• Resulta evidente que por cada dB que aumente la
  señal en la entrada de un amplificador mejorará
  en igual proporcion la relacion Carrier to Noise
  en la salida del mismo.
• Como contrapartida cuanto mayor sea el nivel
  operativo de un amplificador tanto mayor el
  comportamiento alineal del mismo con lo cual se
  incrementaran las distorsiones de la señal.

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Resumen C/N
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Distorsiones

• La caracteristica de transferencia del
  amplificador no es lineal.
• En la salida del amplificador aparecen
  componentes que no estaban presentes en la
  entrada del mismo.

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Amplificador - Distorsiones

• Amplificador ideal v0 k0 . vi
• Distorsión de segundo orden
  
  
  
  
  v0 k0 . vi k1 . vi2
  
  
  
  
  aparecen en la salida armónicos 2.f1
  2.f2
  
  
  
  y combinaciones tipo f1-f2
  f1f2
• Distorsión de tercer orden
  
  
  
  
  v0 k0 . vi k1 . vi2 k2 . vi3
  aparecen armónicos 2.f1
  2.f2 3.f1 3.f2 combinaciones 2.f1-f2
  2.f2-f1 2.f1f2 2.f2f1 modulación
  cruzada - batido triple compuesto

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Degradación de la SeñalDistorsiones

• Batido simple de 2 orden gt SSO
• Batido compuesto de 2 orden gt CSO
• Batido compuesto de 3 orden gt CTB
• Modulación de Zumbido gt Hum
• Modulación Cruzada gt XM

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Donde estan las Distorsiones
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Cantidad de Batidos
19
Cantidad de Batidos
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CSO Reglas Básicas

• Cada vez que duplicamos la cantidad de
  amplificadores en cascada se produce una
  degradacion de aproximadamente 4 dB en la
  relación portadora a batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de
  los amplificadores se logra una mejora de 1 dB en
  la relación portadora a batido triple compuesto.

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Calculos CSO
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CTB - Reglas Básicas

• Cada vez que duplicamos la cantidad de
  amplificadores en cascada se produce una
  degradacion de 6 dB en la relación portadora a
  batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de
  los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en
  la relación portadora a batido triple compuesto.
• Esta relacionada a traves de 10.log con el numero
  de batidos

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Cálculo CTB
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Cálculo Modulación Zumbido
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Modulación ZumbidoConversion Porcentual - dB
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Modulacion CruzadaReglas Básicas

• Cada vez que duplicamos la cantidad de
  amplificadores en cascada se produce una
  degradacion de 6 dB en la relación portadora a
  batido triple compuesto.
• Por cada dB de reducción en el nivel operativo de
  los amplificadores se logra una mejora de 2 dB en
  la relación portadora a batido triple compuesto.

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Cálculo Modulación Cruzada
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Diferentes Tecnologías

• Single Ended (Salida simple)
• Push-Pull (Salida Simétrica)
• Hibridos en Paralelo
  (PHD o Power Doubling)
• Quadra Power
• Feed Foward

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Tecnología de Salida Simple
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Tecnología Push Pull
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Tecnología Push Pull(Dos secciones en cascada)
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Tecnología Push PullCaracterísticas

• En uso desde hace mas de 20 años cuando los
  sistemas comenzaron a transmitir mas de 13
  canales.
• La salida simétrica reduce los productos de
  distorsión de segundo orden ( si existiera un
  balance perfecto se podrían anular totalmente).
• La integración del circuito amplificador ayuda a
  conseguir una mejor simetria.
• Hay hibridos que tienen su perfomance optimizada
  para una mejor figura de ruido (entrada) y otros
  para una menor distorsión (salida)

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Tecnología Power Doubling
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Tecnología Power DoublingCaracterísticas

• Como cada mitad opera a un nivel 3 dB menor se
  logra reducir la distorsión de tercer orden en 6
  dB.
• Despues de combinar ambas mitades se suman
  linealmente señal y distorsión manteniéndose la
  relación.
• La inserción real de las redes de división y
  combinación es mayor a 3 dB y la mejora en la
  distorsión resulta de aproximadamente 5 dB.
• Se produce una pequeña degradación de la figura
  de ruido ( empeora unos 0.5 dB).

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Tecnología Cuadra Power
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Tecnología CuadrapowerCaracterísticas

• Dos circuitos Power Doubling en paralelo
• Mejora de 10 dB en la distorsión de tercer orden
  respecto a la tecnología Push Pull
• Degradación de 1 dB en la figura de ruido
  respecto a la tecnologia Push Pull.
• Incremento del consumo de energia y de la
  disipación.

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Tecnología Feed Foward
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Comparación de Tecnologías
Push Pull PHD Quadra FF
Gain 19 18 17 24
Noise Fig. 7.5 8 8.5 10.5
Carrier/CD 66 71 76 85
Nivel Oper ref 2.5 5 -3
Consumo 5 W 10 W 20 W 16 W
Costo relat. 100 (ref) 205 410 500
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Mediciones en Sistemas de CATV

• Instrumentos básicos requeridos
  1.- Preamplificador de bajo ruido.
  2.- Filtro pasabanda
  sintonizable.
  3.- Atenuador variable.
  4.- Medidor de nivel de
  señal (SLM) 5.- Analizador
  de espectro 6.-
  Analizador de constelaciones
  7.- Medidores de tasa de error BER y MER.

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Medidor de Nivel de Señal
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Analizador de Espectro
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Medición de Niveles
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Medición de NivelesVelocidad de Barrido
Analizador
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Esquema Básico Medición de Distorsiones y C/N
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Relación C/NDominio Tiempo vs Frecuencia
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Relación C/N
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Corrección por Ruido del Preamplificador
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Corrección por Ruido del Instrumento
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Alinealidad del Analizador
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Medición de CSO
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Medición de CTB
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Requerimientos FCCNiveles de señal

• Nivel mínimo en bornes del TV 0 dB mV
• La medicioón del nivel mínimo en bornes del TV
  puede reemplazarse por una simulacion despues de
  30 mts de cable de bajada domiciliaria .
• Nivel máximo en bornes del TV evitar saturación
• Variación de niveles de señal
  3 dBmV máximo
  entre canales adyacentes
  10 dBmV máximo en toda la banda
  (300MHz BW) se agrega 1
  dBmV cada 100 MHz adicionales.
• Variación de nivel estacional 8 dBmV máximo.
• Relación Video / Audio 10 a 17 dBmV

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Requerimientos FCCRuido , Distorsiones y Leakage

• Relación Portadora a Ruido 43 dB
• Relación Portadora a Batidos Coherentes
  51 dB para asignación de canales standard
  47 dB para asignación
  de canales HRC / IRC
• Relación Portadora a Zumbido 3
• Radiación de Señal (Leakage)
  por debajo de 54 MHz 15
  uV/m _at_ 30 mts entre 54
  MHz y 216 MHz 20 uV/m _at_ 10 mts
  por encima de 216 MHz 15 uV/m _at_ 30 mts
  Introduce el concepto de CLI
  (cummulative index leakage)

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Requerimientos del FCCPuntos y Frecuencias a
Medir

• Cantidad de puntos a medir
  Mínimo 6 puntos (hasta
  12500 abonados) Un
  punto de medición adicional cada 12500 abonados
  adicionales o fracción.
• Cantidad de frecuencias (canales) a medir
  Mínimo 4 canales (hasta 100 MHz de
  BW) Un canal adicional
  cada 100MHz extra de BW