Sensibilidad del equipo receptor

En el diseño de un radioenlace, la sensibilidad del equipo receptor es un parámetro de gran importancia, pues determina fundamentalmente el alcance del sistema. Este valor de sensibilidad, o nivel mínimo de señal que se necesita para un correcto funcionamiento, puede definirse en términos de potencia (dBm) y tensión (dBμV) en el puerto de RF, o bien campo eléctrico (dBμV/m) incidente en la antena.

En las hojas de especificaciones de los equipos TX/RX de radiocomunicaciones se indica normalmente la potencia máxima que pueden transmitir, así como el nivel mínimo de señal (sensibilidad) que necesitan recibir para obtener un cierto umbral de calidad. Dado que hoy en día los radioenlaces son digitales, la calidad se define en términos de la tasa de error o BER (Bit Error Rate). 

De este modo, el fabricante suele proporcionar una tabla con diferentes valores de sensibilidad para distintos valores de BER (normalmente 10⁻³, 10⁻⁶ o 10⁻⁹, con capacidad de FEC), esquemas de modulación y anchos de banda, similar a la que se muestra en la figura 1.

 

 Figura 1: Hoja de especificaciones de los equipos BreezeNET^® B de la empresa Alvarion.

 

El valor de sensibilidad del equipo receptor depende de diversos parámetros, pero sobre todo del nivel de ruido a la entrada del demodulador, tanto ruido térmico generado en el propio equipo como ruido externo captado por la antena. Lógicamente, cualquier interferencia externa que incida en la antena influirá igualmente en la calidad del sistema y en el valor de sensibilidad.

Basándose en conceptos teóricos de modulaciones digitales, para obtener un determinado umbral de calidad (tasa de error), el demodulador necesita a su entrada un cierto nivel de energía de bit sobre densidad espectral de ruido, E_b/N₀ (figura 2).

 

 Figura 2: Probabilidad de error de símbolo en función de E_b/N₀ para distintas modulaciones digitales.

 

Obsérvese que la gráfica de la figura 2 está expresada en términos de la probabilidad de error de símbolo, que puede transformarse fácilmente en tasa de error de bit (BER) utilizando la siguiente aproximación:

BER = P_eb = P_es / log₂ M,

donde P_es es la probabilidad de error de símbolo, P_eb es la probabilidad de error de bit y M es el número de símbolos de la modulación (M = 4 para QPSK y M = 16 para 16QAM).

Si ahora nos fijamos en que a partir de E_b/N₀ podemos calcular la relación portadora a ruido, C/N, como:

C/N = E_b/N₀ · v_b/B,

donde v_b es la tasa de bit y B es el ancho de banda de canal. Pues finalmente, el nivel de potencia mínimo (sensibilidad) que se necesita a la entrada del demodulador para obtener un cierto umbral de calidad, podrá obtenerse a partir del valor de C/N si conocemos el nivel de ruido en dicho punto.

Por último, como se ha dicho anteriormente cualquier tipo de interferencia externa también afectará al nivel de sensibilidad de nuestro receptor. En la figura 3 se muestra cómo varía la tasa de error conforme aumentamos el nivel de interferencia en sistemas celulares punto a multipunto y para el caso de una modulación 16QAM.

 Así, por ejemplo, una reducción en el nivel de relación portadora a interferencia, C/I, de 23 a 17 dB, implica que se necesita aumentar 7 dB el nivel de señal recibida para mantener una BER de 10⁻⁶.

 

 Figura 3: Influencia del nivel de interferencia en la calidad de una modulación 16QAM.