La comunicación es un elemento indispensable en la vida de los seres humanos. Sin embargo, a menudo esta se ve afectada por ciertos factores que distorsionan el mensaje que deseamos transmitir, especialmente cuando nos valemos de los aparatos electrónicos. Uno de los causantes más comunes es el ruido térmico.
Conocido también como ruido de Johnson, el ruido térmico es el ruido que resulta de un movimiento aleatorio de electrones debido a su agitación térmica. Para tener una mejor comprensión del tema, analicemos algunos ejemplos, así como el tipo de fórmula que se usa para hacer determinados análisis de ruido.
Ruido térmico, ejemplos
Una de las causas de ruidos más importantes en los circuitos eléctricos es el ruido térmico. Este se presente en todos los sistemas de comunicaciones que incluyen circuitos eléctricos o electrónicos. Es decir que el ruido térmico se encuentra distribuido de manera uniforme en el espectro de frecuencias que usan los sistemas de comunicación.
Ahora bien, un ejemplo de cómo el ruido térmico puede afectar en los circuitos eléctricos, es en las comunicaciones satelitales. Puesto que en dichos sistemas, la señal recibida por las estaciones terrestres es muy débiles.
El ruido térmico a menudo se describe como ruido blanco gaussiano. Al hablar del término blanco, nos referimos a la distribución de potencia en el espectro de frecuencias. Tal como la luz blanca tiene todos los colores espectros en medidas iguales, el espectro del ruido blanco contiene en igual medida todas sus frecuencias.
Ruido térmico en comunicaciones
Todos los sistemas de comunicaciones se verán afectados de algún modo por el ruido. Bien sea por los ruidos atmosféricos (provenientes del sol, celestes, etc.) o aquellos que son propios del sistema, tales como las interferencias de radio, o los causados por el hombre. Todos estos pueden interferir de una forma u otra en que exista el ruido térmico.
Los medios conductores de calor y electricidad tienen portadores de carga libre (electrones), los cuales tienen distintos valores de energía debido a la temperatura del conductor y que están en constante movimiento. Dicho movimiento es aleatorio y es producido por la agitación térmica.
El ruido térmico se presentará en función de la temperatura. Eso significa que mientras más alta sea la temperatura, los portadores de carga tendrán una mayor energía (Ruido alto). Pero si la temperatura es baja, la energía será mucho menor (Ruido bajo). Por esa razón, se le llama ruido térmico, porque depende principalmente de la temperatura del sistema.
Aunque es cierto que no hay forma de eliminar el ruido térmico causado en las bandas de comunicación, si es posible tratar de suavizarlo a un grado aceptable. Para ello necesario hacer un análisis del ruido implicado.
Ruido térmico formula
En física, química u otra rama de la ciencia, generalmente se utilizan formulas o expresiones para hacer cálculos, lo que también se conoce como procesamiento de valores. En un contexto general, las fórmulas permiten hallar la respuesta o solución a un determinado problema. Y lo mismo se aplica la hora de calcular el ruido térmico.
La fórmula que se utiliza para calcular el ruido térmico presente en un conductor es: N=KTB. Cada letra representa un elemento clave en la ecuación. Esto se traduce de la siguiente manera:
N= Potencia de ruido en wats.
K= Constante de Boltzman (1.30×10 -23 (Joule/Kelvin)).
T= Temperatura absoluta en grados Kelvin.
B= Ancho de la banda.
Potencia de ruido térmico
Cuando hablamos de potencia en las telecomunicaciones, esta suele expresarse en dB (decibelios). Tomando en cuenta los elementos descritos en la fórmula correspondiente, veamos brevemente como se calcula la potencia de ruido térmico disponible en un conductor.
La potencia de ruido disponible en un conductor al que llamaremos Nt, es proporcional a la temperatura absoluta (T) y al ancho de banda del sistema medio.
Nt=KTAf
K= Constante de Boltzman (1.30×10 -23 W.5/K)
A una temperatura ambiente (17°c = 290 k) para un ancho de banda de 1 Hz se tiene:
Nt= (1.38×10 -23 W.5/K) (290K) (1 Hz) = 4.0038×10 -21 W
4.0038×10 -21 W = -203.97 dB W = -173.97dBm.
Lo que acabas de ver es tan solo un ejemplo. A continuación te mostraremos resultados directos de la potencia en dB, dependiendo del ancho de la banda.
Ancho de banda Potencia
1 Hz _____________174 dBm
10 Hz_____________164 dBm
1000 Hz___________144 dBm
10 kHz____________134 dBm (Canal de walkie-talkie)
1 MHz_____________114 dBm
2 MHz_____________111 dBm (Canal GPS)
6 MHz_____________106 dBm (Televisión analógica)
20 MHz____________101 dBm (WLAN 802.11)
