Factor de cresta

El factor de cresta es un parámetro de una forma de onda , como la corriente alterna o el sonido, que muestra la relación entre los valores pico y el valor efectivo. En otras palabras, el factor de cresta indica qué tan extremos son los picos en una forma de onda. El factor de cresta 1 indica que no hay picos, como en una corriente continua o una onda cuadrada . Los factores de cresta más altos indican picos; por ejemplo, las ondas sonoras tienden a tener factores de cresta altos.

El factor de cresta es la amplitud máxima de la forma de onda dividida por el valor RMS de la forma de onda.

La relación de potencia pico a potencia media ( PAPR ) es la amplitud de pico al cuadrado (que da la potencia pico ) dividida por el valor RMS al cuadrado (que da la potencia media ). ^[1] Es el cuadrado del factor de cresta.

Cuando se expresan en decibeles , el factor de cresta y la PAPR son equivalentes, debido a la forma en que se calculan los decibeles para las relaciones de potencia frente a las relaciones de amplitud .

Por lo tanto, el factor de cresta y la PAPR son cantidades adimensionales . Si bien el factor de cresta se define como un número real positivo , en los productos comerciales también se expresa comúnmente como la relación de dos números enteros, por ejemplo, 2:1. La PAPR se utiliza principalmente en aplicaciones de procesamiento de señales. Como es una relación de potencia, normalmente se expresa en decibelios (dB) . El factor de cresta de la señal de prueba es una cuestión bastante importante en los estándares de prueba de altavoces ; en este contexto, generalmente se expresa en dB. ^{[2] [3] [4]}

El factor de cresta mínimo posible es 1, 1:1 o 0 dB.

Esta tabla proporciona valores para algunas formas de onda normalizadas . Todas las magnitudes de pico se han normalizado a 1.

Tipo de onda	Forma de onda	Valor RMS	Factor de cresta	PAPR (dB)
corriente continua		1	1	0,0 dB
Onda sinusoidal		${\displaystyle {1 \sobre {\sqrt {2}}}\aproximadamente 0,707}$[5]	${\displaystyle {\sqrt {2}}\aproximadamente 1,414}$	3,01 dB
Onda senoidal rectificada de onda completa		${\displaystyle {1 \sobre {\sqrt {2}}}\aproximadamente 0,707}$[5]	${\displaystyle {\sqrt {2}}\aproximadamente 1,414}$	3,01 dB
Onda senoidal rectificada de media onda		${\displaystyle {1 \sobre 2}=0,5}$[5]	${\estilo de visualización 2\,}$	6,02 dB
Onda triangular		${\displaystyle {1 \sobre {\sqrt {3}}}\aproximadamente 0,577}$	${\displaystyle {\sqrt {3}}\aproximadamente 1,732}$	4,77 dB
Onda cuadrada		1	1	0 dB
Señal PWM V(t) ≥ 0,0 V		${\displaystyle {\sqrt {\frac {t_{1}}{T}}}}$[5]	${\displaystyle {\sqrt {\frac {T}{t_{1}}}}}$	${\displaystyle 20\log {\mathord {\left({\frac {T}{t_{1}}}\right)}}}$ dB
QPSK		1	1	1.761 dB [6]
8PSK				3,3 dB [7]
π ⁄ 4 -DQPSK				3,0 dB [7]
OQPSK				3,3 dB [7]
8VSB				6,5–8,1 dB [8]
64QAM		${\displaystyle {\sqrt {\frac {3}{7}}}}$	${\displaystyle {\sqrt {\frac {7}{3}}}\approx 1.528}$	3,7 dB [9]
${\displaystyle \infty }$-QAM		${\displaystyle {1 \over {\sqrt {3}}}\approx 0.577}$	${\displaystyle {\sqrt {3}}\approx 1.732}$	4,8 dB [9]
Portadora de enlace descendente WCDMA				10,6 dB
OFDM			4	~12dB
GMSK		1	1	0 dB
Ruido gaussiano		${\displaystyle \sigma }$[10] [11]	${\displaystyle \infty }$[12] [13]	${\displaystyle \infty }$dB
Chirrido periódico		${\displaystyle {1 \over {\sqrt {2}}}\approx 0.707}$	${\displaystyle {\sqrt {2}}\approx 1.414}$	3,01 dB

Notas:

1. Los factores de cresta especificados para QPSK, QAM y WCDMA son factores típicos necesarios para una comunicación confiable, no los factores de cresta teóricos que pueden ser más grandes.

Muchas técnicas de modulación han sido diseñadas específicamente para tener una modulación de envolvente constante , es decir, el factor de cresta mínimo posible de 1:1.

En general, las técnicas de modulación que tienen factores de cresta más pequeños suelen transmitir más bits por segundo que las técnicas de modulación que tienen factores de cresta más altos. Esto se debe a que:

1. cualquier amplificador lineal dado tiene cierta "potencia de salida pico", es decir, cierta amplitud de pico instantánea máxima posible que puede soportar y aún permanecer en el rango lineal;
2. La potencia media de la señal es la potencia de salida máxima dividida por el factor de cresta;
3. El número de bits por segundo transmitidos (en promedio) es proporcional a la potencia promedio transmitida ( teorema de Shannon-Hartley ).

La multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una técnica de modulación muy prometedora; quizás su mayor problema sea su alto factor de cresta. ^{[14] [15]} Se han propuesto muchas técnicas de reducción del factor de cresta (CFR) para OFDM. ^{[16] [17] [18]} La reducción del factor de cresta da como resultado un sistema que puede transmitir más bits por segundo con el mismo hardware, o transmitir los mismos bits por segundo con hardware de menor potencia (y, por lo tanto, menores costos de electricidad ^[19] y hardware menos costoso), o ambas cosas. A lo largo de los años, se han propuesto numerosos enfoques basados ​​en modelos para reducir la PAPR en los sistemas de comunicación. En los últimos años, ha habido un creciente interés en explorar modelos basados ​​en datos para la reducción de la PAPR como parte de la investigación en curso en redes de comunicación de extremo a extremo. Estos modelos basados ​​en datos ofrecen soluciones innovadoras y nuevas vías de exploración para abordar los desafíos que plantea la alta PAPR de manera efectiva. Al aprovechar las técnicas basadas en datos, los investigadores apuntan a mejorar el rendimiento y la eficiencia de las redes de comunicación optimizando la utilización de energía. ^[20]

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Existen varios métodos para la reducción del factor de cresta, como la ventana de pico, la modelación de ruido , la inyección de pulsos y la cancelación de picos.

• Ingeniería eléctrica : para describir la calidad de una forma de onda de potencia de CA
• Análisis de vibraciones : para estimar la cantidad de desgaste por impacto en un rodamiento ^[21]
• Electrónica de radio y audio : para estimar el margen requerido en una cadena de señales ^{[22] [23]}
  • La música tiene un factor de cresta muy variable. Los valores típicos para una mezcla procesada son de alrededor de 4 a 8 (que corresponde a 12 a 18 dB de margen dinámico, que generalmente implica compresión del nivel de audio ), y de 8 a 10 para una grabación sin procesar (18 a 20 dB). ^{[24] [25] [26] [27]}
• Fisiología : para analizar el sonido de los ronquidos ^[28]

• Recorte (procesamiento de señales)
• Factor de forma (electrónica)

 Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).

• Definición de relación pico-promedio – ATIS (Alliance for Telecommunications Industry Solutions) Glosario de telecomunicaciones 2K
• Definición de factor de cresta – ATIS (Alianza para Soluciones de la Industria de las Telecomunicaciones) Glosario de Telecomunicaciones 2K
• Relación de potencia pico-potencia media (PAPR) de sistemas OFDM: tutorial