Noise Floor: ¿qué es y cómo afecta a los receptores de RF?

El ruido forma parte de la vida: lo escuchas cuando tu vecino utiliza la cisterna, cuando el camión de la basura se detiene frente a tu puerta y cuando los borrachos gritan en la calle a las cuatro de la madrugada. Incluso si te retiras al monte en busca de silencio, hallarás el murmullo del viento, el suave roce de las hojas, el trino lejano de las aves. Vivimos rodeados de ruido, no podemos huir de él: siempre habrá un nivel de ruido ambiental mínimo. Y el mundo de las telecomunicaciones no es una excepción.

En todo receptor de RF utilizado en comunicación móviles, siempre obtendremos un ruido «eléctrico» de fondo que emana de diversas fuentes y que contamina la señal recibida. Los avances en electrónica han permitido reducir sus efectos, pero no eliminarlo del todo. ¿Y cómo se llama este ruido? ¿Cómo se mide?

Los libros de teoría dan en llamarlo Noise Floor. Y no: no es el ruido que hace tu vecina cuando camina por el piso en tacones; se trata de la suma de todas las fuentes de ruido y señales indeseadas que tienen lugar en un receptor. En un osciloscopio veríamos una línea ruidosa de muy baja potencia que se superpone a nuestra señal deseada, y puede ser observado tanto en el dominio de tiempo como en el de frecuencia:

Debemos tener en cuenta este aspecto a la hora de deseñar cualquier sistema de radiocomunicaciones, ya que el desempeño del receptor está muy ligado al desempeño global del sistema. Por ejemplo, una medida de la sensibilidad del receptor es el factor SNR (señal a ruido) que comentaremos en próximos artículos (¿te avisamos?).

Con el objetivo de reducir los niveles de ruido y de esta forma mejorar la sensibilidad del receptor radio, el principal elemento que deberíamos tratar de optimizar es el amplificador RF, por ejemplo mediante el uso de un amplificador de bajo ruido (low noise amplifier). Este componente por sí solo es determinante en el desempeño de todo el receptor, ya que no sólo amplificaría la señal deseada sino todo lo demás. Por tanto debe ser lo suficientemente selectivo.

Cálculo del Noise Floor en el receptor RF

Aunque el ruido puede emanar de muchas fuentes, podemos descomponerlo en una serie de elementos primordiales. El primero es el equivalente mínimo al ruido de entrada, que puede ser calculado con la siguiente fórmula:

P = k T B

Donde:

T es la temperatura en grados Kelvin
P es la potencia en vatios (W)
K es la constante de Boltzmann (1.38 x 10^-23 J/K)
B es el ancho de banda en herzios (Hz)

Usando esta fórmula se puede determinar que el mínimo ruido de entrada equivalente para un receptor a temperatura ambiente (290K) es -174 dBm /Hz.

Y con esto es posible calcular el piso de ruido o Noise Floor en el receptor:

Noise floor = -174 + NF + 10 log B (dBm)

Donde NF es el noise figure, otro interesante aspecto en los receptores de radio que analizaremos en próximas entradas.