Todo sobre la tecnología inalámbrica: Ruido en los sistemas de RF
Bienvenido a la octava entrega de “Todo sobre la tecnología inalámbrica”. En esta ocasión identificaremos varias fuentes comunes de ruido que afectan a los sistemas de monitorización in-ear (IEM) y de micrófonos inalámbricos.
Interferencias electromagnéticas e interferencias de radiofrecuencia
En general, el ruido en los sistemas de RF puede considerarse como cualquier energía de RF distinta a la señal deseada. Dos términos utilizados habitualmente para describir el ruido de radiofrecuencia son la interferencia electromagnética (también conocida por su sigla en inglés, EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (o RFI, su sigla en inglés). La interferencia EMI es ruido aleatorio de banda ancha, mientras que la RFI es ruido de banda estrecha emitido a frecuencias determinadas.
La EMI es generada por equipos electrónicos emisores no intencionales y motores eléctricos. El ruido que emiten estos aparatos es un subproducto de su funcionamiento. La EMI puede entrar en un micrófono inalámbrico o en un sistema IEM por la antena, la línea de transmisión o la alimentación y el efecto típico es ruido o distorsión de alta frecuencia. Curiosamente, las interferencias EMI pueden observarse en los monitores de tubo de rayos catódicos, donde suelen presentarse como bandas verticales de puntos que se desplazan por la pantalla.
Todos los equipos electrónicos emiten cierto nivel de interferencia EMI, pero las grandes pantallas LED son especialmente preocupantes. Aunque cada módulo LED cumpla con las normas de emisiones pertinentes, la EMI generada por todo un videowall puede ser considerable. Los escaneos de espectro son esenciales para captar el impacto que tiene un videowall en el ruido de fondo de RF.
La imagen de escaneo que se muestra a continuación revela la interferencia EMI generada por un videowall encendido, pero con una pantalla en negro. Con la pantalla en negro, la potencia media del ruido de fondo se mantiene por debajo de −85 dBm. Sin embargo, hay picos de energía muy por encima de este umbral a niveles de potencia lo suficientemente intensos como para interferir con los sistemas IEM y de micrófonos inalámbricos.
La situación empeora notablemente cuando el videowall muestra una imagen. La potencia media del ruido de fondo se eleva aproximadamente 6 dB, con muchos picos intensos EMI de 50 dBm por encima del ruido de fondo. Para colmo de males, la distribución de energía cambia constantemente en función de la señal de vídeo. Así que, en la práctica, las frecuencias de los picos EMI fluctúan aleatoriamente.
Esto puede plantear un problema muy grave para la coordinación de los sistemas de monitorización in-ear (IEM) y de micrófonos inalámbricos, ya que el pico de energía EMI irradiado por un gran videowall puede superar el nivel de los transmisores de monitorización IEM y de micrófonos. En entornos de radiofrecuencia complicados como este, la elección y la colocación de la antena son muy importantes. Las antenas direccionales pueden colocarse de forma que el punto nulo se dirija a la fuente de interferencias EMI. Aumentar la potencia de salida del transmisor e insertar un atenuador equivalente en la entrada del receptor también puede ser una forma eficaz de aumentar la relación señal/ruido sin aumentar las posibilidades de sobrecargar la entrada del receptor. En cualquier caso, la identificación y el control de las posibles fuentes de interferencias EMI son fundamentales para garantizar que los sistemas de RF estén configurados para un rendimiento óptimo.
La interferencia RFI difiere de la EMI en que no es energía radiada involuntariamente a niveles aleatorios, sino que es simplemente la presencia de señales de RF no deseadas emitidas por radiotransmisores. Como ejemplos de fuentes de interferencias RFI están otros micrófonos inalámbricos y sistemas de monitorización in-ear, transmisiones de radio y televisión, sistemas de comunicaciones inalámbricas o dispositivos electrónicos de consumo con funciones inalámbricas. Las interferencias RFI también pueden observarse en un monitor de tubo de rayos catódicos, donde a menudo se presentan en la pantalla como barras horizontales o líneas onduladas.
Lo positivo de la RFI, a diferencia de la EMI, es que a menudo se puede solucionar, ya que las frecuencias que causan la interferencia suelen permanecer constantes. Los canales de las televisiones locales, por ejemplo, son bastante fáciles de identificar y evitar. Los transmisores móviles no autorizados plantean un problema mayor, ya que pueden ser difíciles de localizar físicamente. Los ingenieros de RF en eventos de broadcast, por ejemplo, a menudo tienen que localizar al personal de ENG que está transmitiendo en frecuencias que interfieren con las demás y asignarles frecuencias coordinadas para que las utilicen en su lugar. Los productos de distorsión de intermodulación (o IMD, por sus siglas en inglés) son otra fuente principal de interferencias RFI, que será el tema del artículo del próximo mes.
Oscilador local y frecuencias intermedias
Una fuente de ruido de interferencia menos comúnmente reconocida puede atribuirse a la electrónica de demodulación del receptor. El oscilador local y las frecuencias intermedias generadas en el receptor pueden causar distorsión, tanto en el propio receptor como en otros receptores del sistema. Si las entradas de RF de dos receptores pueden interactuar electrónicamente, un receptor puede interferir en el otro si la frecuencia operativa de uno es igual a la frecuencia del oscilador local del otro.
Por ejemplo, un receptor de FM superheterodino de conversión simple estándar sintonizado a una frecuencia de 600,7 MHz tendría su oscilador local funcionando a 590,0 MHz. Si no se aísla electrónicamente, un segundo receptor sintonizado a la frecuencia de 590 MHz podría experimentar interferencias del oscilador local del primero, especialmente si el nivel de señal recibido del transmisor del micrófono de 590 MHz es bajo. Una unidad de distribución de antenas (ADU) aísla electrónicamente las entradas de RF del receptor, lo que minimiza el riesgo de interferencias inducidas por el oscilador local. Incluso con una ADU instalada, se recomienda elegir las frecuencias portadoras de tal forma que la diferencia con la frecuencia del oscilador local sea de 250 kHz como mínimo.
La frecuencia imagen es otra fuente potencial de interferencias internas. En un receptor FM de conversión simple, dependiendo del diseño, el oscilador local puede estar 10,7 MHz por encima o por debajo de la frecuencia de sintonización. Cuando las frecuencias de sintonización y del oscilador local se aplican a la sección del mezclador del receptor, una de las salidas del mezclador es la de 10,7 MHz. Si al demodulador del receptor entrara otra portadora a 10,7 MHz del oscilador local y a 21,4 MHz de la frecuencia de sintonización, en la etapa mezcladora habría una segunda salida de interferencia a 10,7 MHz. Esto se denomina “imagen” de la frecuencia de sintonización. Aunque los receptores profesionales incorporan filtros para suprimir esta imagen, se recomienda elegir las frecuencias a una distancia mínima de 250 kHz de cualquier posible frecuencia imagen.
Es importante comprender el efecto que los equipos que generan ruido tendrán sobre el ruido de fondo de RF para poder realizar una evaluación informada sobre su impacto en nuestros sistemas IEM y de micrófonos inalámbricos. Como se ha descrito anteriormente, un nivel de ruido de RF más alto suele traducirse en una reducción del alcance operativo. En los sistemas analógicos, al aumentar el ruido de fondo habrá un ruido cada vez más audible en la señal demodulada, hasta que se alcance el punto de silenciamiento. Los sistemas digitales no presentan este comportamiento, ya que suelen demodular el audio limpio hasta el punto de que los errores inducidos por el ruido hacen que el sistema se silencie. Esto es ventajoso, ya que el impacto de un aumento del ruido de RF no es inmediatamente audible. Sin embargo, si no se identifica el ruido de fondo elevado, la disminución resultante en el alcance operativo puede ser una sorpresa desagradable para el ingeniero de RF. La exploración del espectro es la clave para identificar y gestionar el ruido en los sistemas de radiofrecuencia.
El mes que viene nos centraremos en una forma de interferencia RFI: la distorsión por intermodulación. Aprenderemos cómo y por qué se generan los productos de IMD, y cómo gestionar la interferencia IMD en sistemas multicanal.
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