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Señales y Sistemas




Enviado por Pablo Turmero



    Debido a la gran importancia que en el contexto de
    la información y las telecomunicaciones, tienen las
    señales y los sistemas, el propósito de este
    capítulo consiste en presentar las ideas y los conceptos
    necesarios para que se entienda lo que es una señal y un
    sistema, así como la manera en que interactúan en
    las telecomunicaciones. No es únicamente en dicha
    área donde han adquirido importancia; también en
    otros campos del conocimiento, tales como aeronáutica,
    astronáutica, acústica, sismología,
    ingeniería biomédica, medicina en general
    (recuérdese la importancia que tienen los
    electrocardiogramas y los electroencefalogramas, así como
    las tomografías axiales computarizadas y los estudios
    basados en resonancia magnética nuclear), sistemas de
    generación y distribución de energía
    eléctrica, control de procesos de transformación
    (ingeniería química) y de manufactura
    (ingeniería industrial o mecánica), uso
    doméstico y entretenimiento (vale la pena resaltar el
    efecto que recientemente han tenido los discos compactos,
    conocidos comúnmente como CD, en los cuales, a pesar
    de tratarse de señales acústicas de alta fidelidad,
    es decir, música, cada una de sus componentes genera y
    procesa algún tipo de información; este ejemplo
    será analizado más adelante).

    En cada una de esas áreas del conocimiento, las
    señales utilizadas son de distinta naturaleza: en
    acústica se trata de señales generadas por fuentes
    de sonido como la voz, la música o cualquier clase de
    ruido; en control de procesos pueden ser señales de tipo
    térmico, mecánico o eléctrico generadas por
    los procesos mismos; en medicina pueden ser señales
    eléctricas o magnéticas generadas por el organismo
    humano; en sismología se trata de señales
    mecánicas, es decir, movimientos de la corteza terrestre.
    Sin embargo, todas ellas tienen algo en común: cada
    señal tiene una o más características que
    reflejan el comportamiento de uno o varios fenómenos
    físicos; es decir, que en alguna de sus
    características contiene información acerca de los
    fenómenos físicos que entran en juego.

    Para analizar esto con mayor detalle, considérese
    como ejemplo el área de la sismología. El
    fenómeno físico participante en la
    generación de un sismo es el movimiento brusco de las
    capas que forman la corteza terrestre. Como estos movimientos
    generalmente son de tipo "impulsivo", producen, a su vez,
    movimientos en la superficie terrestre, ocasionando lo que se
    conoce como un sismo. Dicho movimiento tiene ciertas
    características, tales como intensidad y naturaleza
    ondulatoria. Si el movimiento de la superficie terrestre se
    traduce de alguna manera a una señal eléctrica, las
    características de la señal sísmica se
    preservan, pero en este caso se contaría con una
    señal que podría ser estudiada con mayor facilidad
    que la señal mecánica original. Considerando que un
    posible futuro gran sismo que afectaría de manera muy
    negativa a la ciudad de México podría generarse en
    la costa del estado de Guerrero, recientemente se instaló
    en esa zona un conjunto de sensores (sistemas que detectan los
    movimientos de las capas terrestres con base en aceleraciones)
    que generan señales eléctricas
    características de los movimientos de tipo mecánico
    por lo común asociadas a los sismos. Estas señales
    son transmitidas vía radio a la ciudad de México.
    Como los movimientos generados por el sismo viajan a lo largo de
    la superficie terrestre a una velocidad de aproximadamente 300
    metros por segundo, y las señales de radio viajan a la
    velocidad de la luz, las señales eléctricas
    transmitidas por este medio son recibidas en México antes
    de la llegada de las ondas sísmicas (es decir, del
    temblor). Con ello, los habitantes de la ciudad de México
    dispondrán de un tiempo valiosísimo antes de la
    llegada del sismo, durante el cual, si la población
    está bien capacitada y entrenada, se pueden realizar
    labores de evacuación.

    En este ejemplo se aprecia la dependencia que existe
    entre el tiempo y una señal: cualquier persona que haya
    estado presente durante un sismo, recordará que conforme
    avanza el tiempo los movimientos de la tierra cambian de sentido,
    se percibe una especie de "vaivén" o de "sube y baja", y,
    afortunadamente, también conforme avanza el tiempo, la
    intensidad de los movimientos disminuye hasta que todo vuelve a
    su estado inicial de reposo.

    Esta dependencia del tiempo es una de las
    características más importantes de casi todas las
    señales que serán tratadas en este libro. En
    términos un poco más formales, las
    características de la señal son "una función
    del tiempo". Para ilustrar esto, en la figura II.1 se presentan
    dos señales aparentemente iguales en forma, pero distintas
    entre sí porque su relación con el tiempo es
    diferente: la primera tiene una duración de 5 segundos,
    elevándose a su valor máximo en 3 segundos,
    mientras que la segunda sube a su valor máximo en 2
    segundos y tiene una duración total de 11/3
    segundos.

    En lo sucesivo, para indicar de manera explícita
    que la señal es función del tiempo, se
    utilizará la siguiente notación:

    y, x, u otra letra indica la amplitud de la
    señal;

    representa el tiempo;

    y(t) x(t) indica
    que son función
    del tiempo.

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    Figura II.1 Dos
    señales con igual forma pero distinta relación
    temporal.

    En los ejemplos mencionados, las señales
    varían de una manera continua en función del
    tiempo; esto significa que conforme avanza el tiempo la
    señal adquiere valores dentro de un intervalo continuo.
    Ello se puede aclarar si se analiza un ejemplo donde esto no
    ocurra. Considérese una señal proveniente de un
    contador de vehículos al pasar por una caseta de peaje en
    una carretera. En este caso, el valor que adquiere la
    señal de conteo puede ser uno de los números
    asociados con un proceso de conteo: a lo largo del tiempo pueden
    haber pasado por la caseta 1, 82 ó 197 vehículos,
    pero el número de vehículos no puede haber sido
    63.3. A diferencia del primer caso, en que se habla de
    "señales continuas en amplitud" o "señales
    analógicas", esta segunda clase de señales se
    denomina "señales continuas en el tiempo, discretas en
    amplitud": la señal únicamente puede tomar, a lo
    largo del tiempo, valores de un cierto conjunto, que en este
    ejemplo, son los números enteros 0, 1, 2, 3, 4, 5… etc.
    Los cambios entre los valores enteros pueden ocurrir en cualquier
    instante (este hecho es lo que la hace continua en el
    tiempo).

    En la figura II.2 se ilustra una
    señal x(t) que es continua en el tiempo
    y continua en amplitud, y una
    señal y(t) que es continua en el tiempo
    pero discreta en amplitud.

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    Figura II.2. Señales
    x(t) y y(t).

    Por otra parte, ambas clases de señales tienen un
    valor determinado para cada valor del tiempo. Sin embargo, existe
    la posibilidad de que una señal adquiera valores
    únicamente en ciertos instantes de tiempo (por ejemplo,
    cada segundo, cada minuto o cada año). Esto puede deberse,
    ya sea a que así es el fenómeno físico
    asociado, o bien porque no se tienen los mecanismos para medir
    las características de las señales más que
    en determinados instantes. Para ilustrar esta clase de
    señales, denominadas "discretas en el tiempo", a
    diferencia de las primeras que son "continuas en el tiempo",
    supongamos que la señal de interés proviene de las
    imágenes captadas por una cámara de cine. Una
    cámara de cine toma en realidad fotografías fijas a
    razón de entre 24 y 30 fotografías por segundo
    (esta velocidad es lo suficientemente grande como para
    engañar al ojo humano y dar la impresión de que se
    trata de imágenes de objetos en movimiento). En este
    ejemplo se trata de muestras de imágenes en movimiento,
    captadas lo suficientemente rápido como para que su
    contenido de información no se pierda. Este
    fenómeno, interesante e importante dentro de las
    telecomunicaciones, se denomina teorema del muestreo. H. Nyquist
    lo postula de la siguiente manera:

    No es necesario observar todo el tiempo una
    señal analógica o continua en el tiempo para
    poder decir cuál es su valor en cualquier momento,
    aunque la señal no haya sido observada en ese
    instante. Es suficiente observar sus valores en instantes
    suficientemente cercanos entre sí, para poder
    reconstruir la señal de la misma manera que si no se
    hubiera dejado de observar la señal en ningún
    instante. La restricción es que el tiempo entre las
    observaciones (técnicamente éstas se conocen
    como las "muestras" de la señal) debe ser lo
    suficientemente pequeño para poder captar aun las
    variaciones más rápidas

    Este principio, si bien no es válido
    universalmente, sí es lo suficientemente general para ser
    aplicable a una gran cantidad de señales (las
    señales que de alguna manera son de interés
    práctico), y, de hecho, es uno de los pilares de las
    telecomunicaciones digitales (esto será analizado
    más adelante). Sus implicaciones son muy profundas: por
    ejemplo, en lugar de tener que guardar toda la evolución
    de una señal a lo largo del tiempo, es suficiente guardar
    un conjunto de las muestras de la señal, sin perder la
    posibilidad de reconstruir toda la señal a partir de sus
    muestras.

    En el ejemplo de la cámara de cine, cada cuadro
    de la película que representa una imagen fija de la escena
    filmada es una muestra de la realidad continua, y la
    reconstrucción de la señal a partir de dichos
    cuadros o muestras fijas la realizan el ojo y el cerebro humanos
    de manera tal que el observador en ningún momento se
    percata de la naturaleza discreta de lo que está
    viendo.

    En la figura II.3 se ilustra una señal
    analógica x(t), así como su
    versión muestreada, que
    designaremos x[mT], donde las muestras ocurren
    en los instantes en que el tiempo t toma los valores T, 2T,
    3T…, etc. Estos instantes se llaman tiempos de
    muestreo, 
    y al tiempo entre muestras consecutivas se le
    llama intervalo de muestreo.

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    Figura II.3. Teorema de
    muestreo.

    Finalmente, cuando una señal discreta en el
    tiempo sólo puede tomar valores de amplitud discretos,
    entonces se trata de una señal discreta tanto en el tiempo
    como en amplitud. Este tipo de señales ha cobrado una gran
    importancia en las comunicaciones digitales, ya que los sistemas
    modernos de telecomunicaciones son eficientes y efectivos
    precisamente debido a este tipo de señales. A las
    señales que son discretas en el tiempo y en amplitud se
    les denomina señales digitales, y
    cuando la amplitud de la señal solamente puede tomar uno
    de dos valores entonces se trata de una señal
    digital binaria.

    Antes de seguir con la identificación y
    clasificación de las señales vale la pena
    introducir el concepto de sistema; por una parte, esto
    facilitará las explicaciones que siguen, y por la otra, es
    por medio de un sistema como se procesan las señales para
    realizar lo que de ellas se espera.

    Se denomina "sistema" al conjunto de componentes o
    dispositivos del mundo físico que interactúan entre
    sí, que aceptan señales como entradas, las
    transforman y generan otras señales a su salida. En la
    figura II.4 x(t), S[x(t)], y(t), representan,
    respectivamente, la entrada al sistema, el sistema que transforma
    la señal de entrada, y la salida del sistema.

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    Figura II.4. Entrada x(t),
    sistema S y salida y (t).

    Un sistema puede ser visualizado como una caja negra del
    mundo físico que transforma la señal a su entrada
    para generar la señal a su salida.

    Los siguientes son ejemplos sencillos de
    sistemas, y en cada caso se identifica cuál es la entrada
    y cuál la salida: a) Equipo de
    sonido. 
    La entrada es una señal de música
    (codificada eléctrica, mecánica u
    ópticamente) que puede provenir de un disco
    fonográfico (conocido coloquialmente como LP), una
    cinta magnética, un disco compacto o una antena de radio;
    la salida es una señal de audio. De hecho, el equipo de
    sonido puede ser considerado como un conjunto de sistemas, donde
    las salidas de unos son las entradas de otros; por ejemplo, el
    primer sistema puede ser el tocadiscos de CD. Su
    entrada es una señal grabada precisamente en
    el CD; esta señal es procesada
    ópticamente por el sistema, y se genera a la salida una
    señal eléctrica que a su vez es la entrada del
    amplificador. La salida del amplificador es una réplica de
    la entrada. Si además se cuenta con altavoces, entonces la
    señal eléctrica amplificada es convertida por los
    altavoces en réplicas acústicas. b)
    Televisor. 
    La entrada es una señal
    eléctrica proveniente de una antena, de un cable o de una
    videograbadora, y la salida es una señal visual en la
    pantalla del televisor y una señal acústica en los
    altavoces de éste.c) Muestreador. Este
    sistema, mencionado en párrafos anteriores, tiene como
    entrada una señal continua en el tiempo, y a su salida una
    señal discreta en el tiempo, donde cada muestra tiene una
    amplitud igual o proporcional a la de la señal original en
    el tiempo de muestreo (figura
    II.5). 

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    Figura II.5. Muestreador como
    sistema.

    d) Cuantizadores. También tienen
    funciones importantes en las telecomunicaciones. Visto como
    sistema, la entrada a un cuantizador es cualquier señal
    continua, y la salida es una versión cuantizada de la
    misma; si la entrada es continua en el tiempo y en amplitud, la
    salida es continua en el tiempo, pero discreta en amplitud
    (figura II.6). 

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    Figura II.6. Cuantizador como
    sistema.

    Los ejemplos del equipo de sonido y el televisor
    ilustran que es posible interconectar sistemas, de manera tal que
    la salida de unos sean las entradas de otros, generando de esta
    manera sistemas más generales. En la figura II.7 se
    ilustra la conexión en serie de dos sistemas S1 y S2. Se
    puede observar que la salida de S1 es la entrada de S2, y que la
    salida de S2 es la transformación que realiza la
    conexión de ambos sistemas sobre la entrada de
    S1.

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    Figura II.7. Cascada de
    sistemas.

    Habiendo establecido los conceptos básicos de un
    sistema es posible hablar ahora con más detalle sobre las
    señales digitales. Una señal digital es discreta en
    el tiempo, y únicamente puede tomar valores de un conjunto
    finito de símbolos o valores (cuando el número de
    símbolos es 2, por ejemplo, 0 y 1, se trata de una
    señal binaria). La forma de convertir señales
    digitales en general a señales binarias será
    tratada más adelante.

    Una señal digital puede provenir de los
    siguientes tipos de fuentes: 1) Una fuente
    discreta en el tiempo, que genera señales digitales, como
    números, letras o texto. Estas señales son
    digitales porque los números o letras que genera la fuente
    (símbolos de la fuente o alfabeto de la fuente)
    sólo pueden pertenecer a un conjunto finito de
    símbolos. Si son números decimales, cada
    símbolo que genera la fuente unicamente puede ser un
    número perteneciente al conjunto 0, 1, 2, 3…, 9. Si son
    letras del abecedario, cada símbolo puede ser una letra
    del conjunto A, B, C…, X, Y Z. 2) Una fuente
    que genera señales discretas en el tiempo y continuas en
    amplitud, caso en el cual hay que generar una señal
    discreta en amplitud a partir de las señales continuas.
    Para realizar este proceso, se necesita cuantizar cada valor de
    la fuente, es decir, aproximar cada valor continuo por medio de
    uno discreto. La cuantización puede ser, por ejemplo, por
    redondeo de cada muestra, es decir, redondeando cada valor
    continuo al valor discreto más cercano (más
    adelante se verá esto con más
    detalle). 3) Una fuente continua en el tiempo
    y continua en amplitud. En este caso es necesario muestrear la
    señal continua, para posteriormente cuantizarla de acuerdo
    con lo descrito anteriormente (figura II.6).

    Como ya se ha mencionado en repetidas ocasiones, aunque
    una señal contiene información de interés en
    alguna de sus características —por ejemplo, en la
    variación respecto al tiempo de la amplitud o la
    duración—, no debe ser confundida con la
    información que contiene. En la figura II.8 se presentan
    dos señales que aparentemente tienen la misma forma, pero
    que difieren en su duración; de hecho, estas dos
    señales podrían corresponder a un "punto" y una
    "raya" de una señal telegráfica.

    Partiendo entonces de las ideas anteriores, y estando
    claro que, si bien una señal contiene información,
    no es lo mismo una señal que la información que
    ésta contiene, cabe plantearse la siguiente pregunta:
    ¿en qué parte o en qué característica
    de una señal está contenida la información?
    La respuesta a esta cuestión ha sido una de las razones de
    ser de los ingenieros en telecomunicaciones de las últimas
    décadas. Más específicamente, ha habido un
    interés definitivo en la manera de hacer que una
    señal contenga la información de interés en
    alguna de sus características, tratando de que ello ocurra
    de manera eficiente y económica.

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    Figura II.8. Señales
    iguales en forma pero con distinta
    duración.

    Para profundizar más en esto es importante
    introducir el concepto de una señal senoidal.
    Recuérdese que y(t) representa una
    señal; se dice que una
    señal z(t) es una señal senoidal,
    cuando su representación es del tipo:

    z(t) = a(t) sen wt

    En esta expresión, a(t) es la
    amplitud de la señal (en este momento se puede suponer que
    a(t) es una constante, es decir, a(t) =a; sen
    representa la función trigonométrica del seno; t es
    el tiempo; y w la frecuencia de la señal. En la figura
    II.9 se ilustran señales senoidales en las cuales a = 1, y
    la frecuencia w toma los valores 1, 2 y 4. Se puede apreciar que
    cuando w = 4 la frecuencia de la señal es mayor que cuando
    w = 1, y esto se traduce en una variación mucho más
    rápida de la señal respecto al tiempo. La
    frecuencia de una señal se mide en hertz (Hz), en memoria
    de H. Hertz, quien por primera vez estudió el
    fenómeno, o bien en kilohertz (1 kHz = 1000Hz), o incluso,
    megahertz (1 MHz = 1 000 000 Hz). Un Hz representa una
    variación de un ciclo completo en un segundo; 1 MHz
    representa 1 millón de ciclos por segundo.

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    Figura II.9. Señales
    senoidales con diferentes frecuencias.

    Aparte de que por sí mismas son de gran
    interés matemático, la importancia de las ondas o
    señales senoidales radica en que, en un conjunto de
    condiciones generales, muchas señales pueden ser
    expresadas como la suma de ondas o señales senoidales
    (véase figura II.10). Este hecho fue establecido en 1822
    por el matemático J. Fourier (1768-1830). Un ejemplo
    ilustrativo de la composición de señales por medio
    de ondas senoidales es la música generada por
    órganos o sintetizadores electrónicos: las
    tonalidades que generan son la suma de distintas combinaciones de
    tonos "puros". En ingeniería de comunicaciones, una
    señal senoidal (de una sola frecuencia) es lo que en
    acústica (señales auditivas) sería un "tono
    puro".

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    Figura II.10. Un pulso como
    la suma de senoides.

    No todas las personas pueden escuchar las frecuencias
    más altas (tonos agudos) generados por el órgano, y
    hay combinaciones de tonos que al oído de una persona le
    parecen agradables y al de otra desagradables. En la
    ingeniería de comunicaciones a este fenómeno se le
    conoce como respuesta en frecuencia de un
    sistema 
    (en este caso, del oído humano). El
    rango de frecuencias contenidas en una señal se conoce
    como el ancho de banda de la señal. Por ejemplo, existen
    pequeños silbatos que generan tonos de frecuencias muy
    altas, que no pueden ser escuchados por el promedio de los seres
    humanos porque las frecuencias son más altas que las que
    su oído les permite percibir (son de "ultrasonido", es
    decir, "de un sonido más allá de los que el
    oído percibe"), pero que se usan para dar órdenes a
    los perros, que sí perciben dichos sonidos, lo cual quiere
    decir que el oído de un perro tiene una respuesta en
    frecuencia más amplia que el oído de un ser
    humano.

    Para ilustrar aún más este concepto,
    considérese por ejemplo, la música reproducida por
    medio de un equipo electrónico. Normalmente, al ser humano
    le parece más agradable, más real, la música
    reproducida por medio de un equipo que tenga el calificativo de
    "alta fidelidad". Ello significa que este equipo es capaz de
    reproducir señales cuyas frecuencias son tan altas que un
    equipo que no es de "alta fidelidad" no alcanza a reproducirlas,
    pero que en una sala de conciertos sí podría
    escuchar. En una sala de conciertos, la información la
    generan los instrumentos musicales; las vibraciones
    mecánicas producidas por ellos son transportadas en lo que
    comúnmente se conoce como ondas acústicas que
    llegan a los oídos del auditorio. Es interesante notar que
    cada uno de los instrumentos puede generar en cualquier instante
    de tiempo un tono de cualquier frecuencia o combinaciones de
    ellas (dentro de un rango especificado por una frecuencia
    mínima y una máxima), y con cualquier intensidad,
    nuevamente en un rango de intensidades mínima y
    máxima.

    Un equipo de alta fidelidad debe ser capaz de reproducir
    señales hasta de 20 kHz (que está por arriba de la
    frecuencia máxima que percibe el oído humano), y
    los silbatos para perros a que se ha hecho referencia generan
    tonos cuyas frecuencias son del orden de 30 kHz.

    Así como una señal puede ser caracterizada
    por su dependencia respecto al tiempo, también existe la
    posibilidad de caracterizarla de acuerdo con las señales
    senoidales que pueden ser sumadas para formar la señal.
    Esto se conoce como "espectro en frecuencia de la señal".
    Se entiende por el "ancho de banda de una señal" la
    cantidad de frecuencias que están contenidas en una
    señal.

    Para entender estos conceptos, analicemos la posibilidad
    de transmitir música utilizando una línea
    telefónica. Realizando este experimento se puede comprobar
    que no es posible transmitir música de alta fidelidad por
    este canal, debido a que la música tiene componentes en
    frecuencia cercanos a 20 kHz, mientras que el canal
    telefónico sólo es capaz de transmitir tonos hasta
    de cerca de 4 000 Hz. Los 20 kHz son el ancho de banda de la
    señal, y los 4 000 Hz son el ancho de banda del canal
    telefónico. Si se realiza el experimento, se notará
    que la música que se escucha difiere de la versión
    original; a este efecto se le conoce como "distorsión": la
    música de alta fidelidad es distorsionada por el canal
    telefónico. El efecto de transmitir una señal de
    gran ancho de banda por un canal de un ancho de banda menor se
    ilustra en la figura II.11.

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    Figura
    II.11. Distorsión por anchos de banda
    diferentes.

    Como parte de esta introducción a
    las señales y los sistemas, se presentan a
    continuación algunos problemas interesantes en los
    sistemas de telecomunicaciones, que se resuelven procesando una
    señal por medio de algún tipo de
    sistema: a) Amplificación de una
    señal. 
    Como ya se vio anteriormente, un
    amplificador es un sistema que tiene a su salida una
    réplica de la señal de entrada, cuya amplitud fue
    amplificada por el sistema.b) Suma de
    señales. 
    Este sistema tiene dos o más
    señales de entrada, y la salida de este sistema es
    precisamente la suma de las entradas (figura II.12).

     

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    Figura II.12. Suma de
    señales.

     c) Multiplicador de
    señales. 
    Este sistema, como el anterior, tiene
    dos o más señales de entrada, y la salida es el
    producto de ellas. Se conoce también con el nombre de
    modulador de amplitud (figura II.13), ya que, si una de las
    señales (de baja frecuencia) multiplica a otra de alta
    frecuencia (portadora) la salida del sistema genera un espectro
    igual al de la señal moduladora, pero trasladado a la
    frecuencia de la portadora. Esto es la base de lo que se conoce
    como AM (amplitud modulada o modulación de
    amplitud). En este proceso se "sobrepone" el contenido de
    información de la señal moduladora sobre otra
    señal (portadora).

     

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    Figura
    II.13. Modulación en amplitud y en
    frecuencias.

    d) Codificación de la
    fuente. 
    Este sistema fue mencionado en la
    introducción, y realiza el procesamiento necesario para
    convertir una señal analógica (continua en el
    tiempo y en amplitud) en una señal digital. Este sistema
    consiste en la conexión en serie de un muestreador, un
    cuantizador y un codificador (figura
    II.14). 

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    Figura II.14. Codificador
    fuente.

    e) Filtrado. Por medio de un filtro se
    eliminan ciertas componentes de frecuencia de una señal.
    Un ejemplo de esto fue planteado al hablar de la posibilidad de
    transmitir música por un canal telefónico. Existen
    diversos tipos de filtros que, dependiendo de la porción
    del espectro que eliminen, pueden ser paso-bajas (eliminan las
    frecuencias altas), paso-altas (eliminan las frecuencias bajas),
    paso-banda (sólo dejan pasar frecuencias dentro de una
    banda) o supresor de banda (eliminan las componentes dentro de
    una banda). Estos filtros se ilustran en la figura II.15. Cabe
    mencionar que, en las figuras, si en alguna o algunas frecuencias
    la amplitud es cero, esto significa que de la señal de
    entrada se eliminan todas las componentes en las frecuencias
    donde esto ocurre, generando de esta manera la señal
    filtrada. 

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    Figura
    II.15. Filtros.

     Para concluir este capítulo,
    es indispensable hablar sobre el peor enemigo de las
    telecomunicaciones: el ruido (a pesar de ser enemigo de las
    telecomunicaciones, es un aliado de los ingenieros en
    telecomunicaciones, ya que, de no haber ruido en las
    transmisiones, no habría ingenieros cuya función
    fuera eliminar su efecto).

    Así como en el lenguaje cotidiano el ruido es
    aquello que molesta, que perturba, que impide realizar alguna
    tarea, el "ruido' en las telecomunicaciones es todo aquello que
    modifica el contenido de información de una señal.
    Como la fuente desea que la información llegue a su
    destino lo más parecida a aquella generada por la fuente,
    el hecho de que se introduzca ruido actúa en contra del
    proceso de comunicación. El ruido en las
    telecomunicaciones es, por lo tanto, una distorsión: en el
    sonido, en el caso de la telefonía; en la imagen, en el
    caso de la televisión; errores, en el caso de la
    telegrafía, etc. No es posible hasta el momento tener un
    sistema de comunicaciones en el cual no haya ruido. Pero, por
    fortuna, los distintos procesos de ruido en los canales han sido
    modelados matemáticamente, de manera tal que estos modelos
    reflejen con verdad la realidad y, por lo tanto, el efecto del
    ruido pueda ser disminuido. En la figura II.16 se muestran
    señales que corresponden a muestras de ruido.

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    Figura II.16. Muestras de
    ruido.

    Se puede apreciar que en todos los casos las
    representaciones del ruido tienen trayectorias que son
    aleatorias, difícilmente predecibles, por lo cual es
    necesario recurrir a modelos probabilísticos para su
    análisis. Para apreciar realmente lo que es el ruido,
    conviene "sintonizar" un radiorreceptor en una frecuencia en que
    no haya ninguna transmisión, preferentemente
    en AM. Como puede escucharse, existe una especie de
    "zumbido", que es precisamente el ruido en el canal.

    Aunque el ruido puede afectar de diversas maneras una
    transmisión (sumándose o multiplicándose con
    la señal que contiene la información), en este
    libro se analizarán únicamente casos en que el
    efecto del ruido es aditivo. Esto se ilustra en la figura II.17,
    donde se muestra una señal binaria (que toma valores
    positivos o negativos), el ruido en la transmisión y la
    suma de la señal más el ruido.

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    Figura II.17. Señal
    binaria más ruido.

    Las ideas anteriores permiten plantear un problema
    adicional de las telecomunicaciones y que se presenta
    principalmente en las comunicaciones en que las señales
    son digitales. Supongamos que se transmite una señal
    binaria a través de un canal ruidoso, tal como se presenta
    en la figura II.17, al recibirse la señal en el receptor,
    la señal que fue transmitida tiene una forma diferente a
    la que se transmitió. Entonces, una de las principales
    funciones del receptor consiste en tomar una decisión,
    basada en la señal distorsionada, acerca de la
    señal que se transmitió: ¿se trata, en cada
    instante, de un "1" o se trata de un "0"? Este problema se conoce
    con el nombre de "detección". El problema de
    detección también tiene mucha importancia en
    algunos aspectos de navegación aérea: como
    será analizado más adelante, el sistema conocido
    como "radar" (que significa radio detection and
    ranging, 
    es decir, detección y medición
    de distancias por radio) consiste en la emisión de pulsos
    electromagnéticos de duración corta; cuando en su
    trayectoria encuentran algún obstáculo, parte de la
    energía se refleja en dicho objeto extraño, y esa
    energía reflejada, a su vez, es recibida en una central.
    Como la señal reflejada normalmente contiene poca
    energía, tiene una amplitud pequeña, que puede ser
    distorsionada con facilidad por el ruido atmosférico.
    Entonces es necesario tomar una decisión entre las dos
    siguientes posibilidades: ¿la señal recibida
    proviene de una onda reflejada, o se trata únicamente de
    ruido?

     

     

    Autor:

    Pablo Turmero

     

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