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1Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Señales a través de sistemas lineales:
respuesta en frecuencia
 Introducción
 Usando la transformada de Fourier y el ancho de banda se pueden
conocer los efectos del paso de las señales de comunicación a través de
los sistemas o medios de transmisión (respuesta en frecuencia)
 Razón por la que el concepto de frecuencia se utiliza ampliamente en
comunicaciones
 Objetivos
 Analizar la respuesta en frecuencia de los sistemas lineales
 Estudiar los efectos (distorsionantes) que los sistemas producen en las
señales que se transmiten por ellos
 Tipos de distorsión
 Deseable
 Filtros diseñados para producir formas de señal deseadas
 No deseable o inevitable
 Transmisión de varias señales por un medio de transmisión
2Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Señales a través de sistemas lineales:
respuesta en frecuencia
 Tipos de sistemas
 Sistemas lineales
 La respuesta del sistema contiene la mismas componentes de frecuencia
que la señal aplicada
 No lineales
 La respuesta contiene nuevas componentes de frecuencia
3Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Señales a través de sistemas lineales:
respuesta en frecuencia
 Se considerarán sistemas lineales
 Simplicidad en el análisis
 Permiten conocer los efectos que los sistemas producen sobre las señales
en términos de respuesta en frecuencia
 Sistema lineal estacionario
 Se puede modelar bajo un sistema de ecuaciones lineales con
operaciones como suma, resta, diferenciación, integración y
multiplicación y división por una constante
 Definido por ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes constantes
4Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Función de transferencia
 Un sistema lineal estacionario se puede caracterizar por medio de su
función de transferencia H(w)
 H(w) función en el dominio de la frecuencia que relaciona la
transformada de Fourier de la salida del sistema con la transformada de
Fourier de su entrada
 Ejemplo: Red RC
R
C
vs(t)
v0(t)
i(t)
∫
∫
=
+=
idt
C
tv
idt
C
tRitv
s
1
)(
1
)()(0
Ecuaciones del modelo
matemático del sistema
Cj
I
V
Cj
I
RIV
s
ω
ω
ω
ω
ω
ωω
)(
)(
)(
)()(0
=
+=
RCj
H
RCjV
Vs
ω
ω
ωω
ω
+
=
+
=
1
1
)(
1
1
)(
)(
0
Función de transferencia
del sistema
5Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Teorema de la respuesta lineal (notación trigonométrica)
 Si a un sistema caracterizado por una función de transferencia H(w) se le
aplica una señal del tipo , la salida g(t) será una señal:
 De la misma frecuencia que la entrada:
 Pero atenuada (o amplificada) por el módulo de la función de
transferencia en esa frecuencia:
 Y desfasada según la fase de la función de transferencia en esa
frecuencia, que se expresa en cualquiera de las notaciones siguientes:
 Entonces la expresión matemática de la señal de salida g(t) es:
( )1( ) cosf t A tω=
( ) ( )1 1 1g ( ) cos ( )t A H t Hω ω ω=⋅ +
( )1H ω
( )1H ω
1ω
1( )θ ω
6Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Teorema de la respuesta lineal (notación compleja)
 Si a un sistema caracterizado por una función de transferencia H(w) se le
aplica una señal del tipo la salida g(t) será una señal de la
misma frecuencia que la entrada pero atenuada y desfasada por H(w)
0
( ) j t
f t Ae ω
=
0 0 0( ( ))
0 0( ) ( ) = ( )j t j t
g t H Ae H Aeω θ ω ω
ω ω+
=⋅ ⋅ )( 0ωH
)( 0ωθ
módulo de la función transf. en ω= ω0
fase de la función de transf. en ω= ω0
 Ejemplos: ¿cuál es la salida g(t) para las entradas f(t), aplicando el teorema anterior?
tj
etf 502
)( π
=
10)(
)
4
100( ππ +
=
tj
etg
Ejemplo 2: ( )tjtj
ee
j
V
tVtf 502502
2
)502sin()( ππ
π −
−==
( )4
502Vsin101010
2
)( 4
502
4
502
ππ
ππππ
+=



 −=
−−+
tee
j
V
tg
tjtj
10)100( =πH
4
)100(
π
πθ =
10)100( =− πH
4
)100(
π
πθ −=−
Datos del sistema: Ejemplo 1:
7Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Propiedades de un sistema lineal estacionario
 Principio de superposición
 La respuesta a una suma de excitaciones es igual a la suma de las
respuestas a esas mismas excitaciones consideradas de forma separada
 Si una entrada f1(t) produce una salida g1(t) y una entrada f2 (t) produce
una salida g2(t) entonces la entrada a f1(t)+ b f2 (t) producirá una salida
ag1(t) + b g2 (t)
 Condición de invarianza en el tiempo
 Las relaciones entre la entrada y la salida son invariantes en el tiempo
– Los elementos del sistema no se modifican con el tiempo
 Si una entrada f1(t) produce una salida g1(t) entonces la entrada f1(t-τ)
producirá una salida g1(t-τ)
 El sistema no tiene memoria
– Para una entrada dada produce siempre la misma salida, sin tener en cuenta
estados anteriores
 Resultado
 Las dos propiedades permiten que el análisis de Fourier juegue un papel
muy importante en el estudio de los medios lineales estacionarios
8Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Importancia del análisis de Fourier
 Obtener la salida g(t) de un sistema ante una señal de entrada f(t)
genérica
 f(t) se expresa (por transformada inversa de Fourier) como una suma
(integral) de infinitos términos de la forma
 Cada uno de ellos produce una salida
 Por superposición se obtiene la salida g(t) como la suma de infinitas
respuestas, teniendose
 Se obtiene que
donde G(ω) es la transformada de Fourier de la salida g(t)
)(
2
1 tj
eF ω
ω
π
)(
2
)( tj
eF
H ω
ω
π
ω
∫∫
∞
∞−
∞
∞−
== ωω
π
ωω
π
ω ωω
deGdeF
H
tg tjtj
)(
2
1
)(
2
)(
)(
)()()( ωωω FHG =
9Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Sistemas lineales estacionarios
 Importancia de la relación
 Muy útil y responsable del uso amplio del concepto de frecuencia en el
análisis y diseño de los sistemas de comunicación
 Permite determinar el efecto exacto del medio sobre las señales de
entrada y analizar los cambios concretos que experimentan las señales a
medida que se transmiten por los medios
 Permite conocer con rapidez el efecto aproximado que tiene un sistema
lineal sobre las señales que pasan por él
 El ancho de banda juega un papel primordial
– Utilizando los espectros se puede determinar con rapidez el efecto distorsionador
de un sistema o especificar los filtros necesarios para obtener determinadas
formas de onda
)()()( ωωω FHG =
10Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
 Unidad de Potencia básica  Watio (W)
 Unidad demasiado grande para la medida de potencia de señales
 Normalmente se utiliza el mW
 En muchos caso no se utiliza una media absoluta sino relativa
 El oído no es capaz de determinar la intensidad de un sonido pero si la
relación que hay entre dos sonidos
 Relación entre dos potencias  PA/PB
 El oído no sigue una relación lineal sino logarítmica 
 Belio (B) en honor a Graham Bell
 Unidad demasiado grande
 deciBelio (dB)
 Otras unidades relacionadas
 dBw  Valor de potencia con respecto a un Watio
 dBm  Valor de potencia con respecto a un mili Watio
Unidades de Medida de Potencia
)/(log10 BA PP
)/(log10 10 BA PP
11Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Espectro de un sistema
El concepto de espectro se utiliza también para sistemas de forma análoga a las señales
En general la función de transferencia H(ω) es compleja:
 Espectro en amplitud del sistema
 Diagrama donde se representa el módulo de la función de transferencia del sistema
frente a la frecuencia.
 Espectro en fase
 Diagrama donde se representa la fase de la función de transferencia del sistema
frente a frecuencia.
El espectro de un sistema también se denomina respuesta en frecuencia del
sistema.
( )H ω
( )
( ) ( ) j
H H e θ ω
ω ω=
12Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
 Si el sistema es tal que nunca llega al valor de cero, se considera que el ancho de
banda es la frecuencia Bs en la cual el módulo del sistema vale 0.707. Esto equivale a que
la potencia de la señal que se transmite a través del sistema se reduzca a la mitad o
equivalentemente 3 dB.
 Si el sistema es tal que tiene cortes por cero, entonces el ancho de banda es la
frecuencia Bs en la cual se produce el primer corte por cero:
Ancho de banda de un sistema
 El ancho de banda de un sistema, que es diferente al ancho de banda de una
señal, es la banda de frecuencias o la frecuencia superior que el sistema “deja
pasar” cuando se la aplica una señal de entrada. Consideramos dos criterios
para su determinación:
( )H ω
( )H ω
Espectro en
amplitud del
sistema H(ω)
13Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia
01
1
)(
ωω
ω
j
H
+
=
 Suponer un sistema caracterizado por H(ω) centrada en el origen y
con ancho de banda Bs (Hz)
 Se trata de una red RC con RC=1/w0
 Con el criterio de 3dB se tiene que el
ancho de banda es ω= ω0
 Entonces: 2πBs= ω 0
 Se aplica a la entrada de H(ω) una señal f(t) con un espectro similar y
con ancho de banda B (ancho de banda de la señal)
 Se consideran tres casos
 B > Bs
 B ∼ Bs
 B < Bs
14Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia
• B < Bs
La salida será una réplica sin distorsión de la entrada
f(t)
• B > Bs
La salida estará fuertemente distorsionada. Las
características de la entrada desaparecen: la forma de la
señal de salida está determinada por las características
del sistema y el ancho de banda será Bs
• B ∼ Bs (Situación intermedia)
La salida estará distorsionada pero recuerda a
la entrada
¿Cómo es la salida g(t) al pasar una señal f(t) a través de H(ω)?
15Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia
 Resultados
 Las conclusiones de la transparencia anterior se obtienen a partir de la
expresión que relaciona las transformadas de Fourier:
 Para tener una distorsión relativamente pequeña en una señal que se
transmite por un sistema de comunicaciones, su A.B debe ser pequeño
frente al del sistema
 Ejemplos:
 Sistema de alta fidelidad con A.B = 20 kHz para reproducir las señales
con la debida fidelidad
 Filtros de sistema telefónico se ajustan para A.B = 4kHz
– La voz y la música transmitidas por teléfono no tienen calidad de alta fidelidad
 Receptores AM tienen A.B=2.5kHz
– respuesta en frecuencia inferior a la alta fidelidad
– recepción pobre de AM
)()()( ωωω FHG =
producto del espectro del sistema H(ω) por el espectro de la señal F(ω)
16Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia
 Sistema lineal caracterizado por
 Ancho de banda : Bs
 Señal de entrada
 Pulso rectangular de ancho τ
 Ancho de banda: B=1/τ
sBj
s
s
e
B
Bsin
H 2
2
)2(
)( ω
ω
ω
ω −
=
17Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
 B >> Bs
 (τ << 1/Bs ) Pulso de entrada muy estrecho comparado con la respuesta
temporal característica del sistema 1/Bs
 En este caso el producto H(w)F(w) viene determinado principalmente
por la función de transferencia del sistema
 | F(w) | constante e igual a Vτ sobre la mayor parte del intervalo
significativo de | H(w) |
 Se puede realizar la siguiente aproximación:
G(w)=Vτ H(w)
Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia
 Salida g(t)
 pulso rectangular con tiempos de
subida y bajada finitos relacionados
con τ
 forma de g(t) determinada por H(w)
y con amplitud VτBs
 Respecto del sistema f(t) se parece a
un impulso ⇒ g(t) es la respuesta al
impulso
18Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
 B = Bs (τ = 1/Bs )
 Anchos de banda del sistema y la señal iguales ⇒ salida es una versión
distorsionada de la entrada
 Representa la transformada de un pulso triangular centrado en τ =1/2Bs
Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia
sBj
s
s
e
B
Bsin
VFHG 2
2
2
)2(
)()()( ω
ω
ω
τωωω −






==
 El efecto distorsionador del sistema
ha sido ensanchar el pulso
rectangular a la forma triangular
 Tiempo de subida= 1/Bs
 Ancho del pulso = 2/Bs
19Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
 B << Bs
 | F(w) | más estrecho que | H(w) | ⇒ las frecuencias menores que Bs
pasan sin cambios
 g(t) se parece mucho a la entrada f(t)
 Aproximación
G(w)=F(w)
Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia
 Realmente el pulso de entrada y
de salida se diferencian en los
tiempos de subida y bajada
 Pulso de salida con tiempo de
subida= 1/Bs
 Ancho del pulso ≈ τ
20Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Planteamiento inicial
 Previamente se ha estudiado el efecto producido por un sistema ante un
pulso de entrada en tres casos extremos
 No se analizaban los casos intermedios debido a la complejidad desde el
punto de vista matemático
 Para obtener el efecto exacto de un sistema sobre una señal hay que
evaluar numéricamente la expresión
 Para realizar el estudio se considerará una red ideal (sistema ideal)
 Sirve como modelo de las características de filtrado de las redes reales
 Permite demostrar de forma cuantitativa el efecto de filtrado sobre una
señal
 Se enfoca principalmente a la variación de un parámetro, como es el
ancho de banda del sistema Bs
– Al variar Bs se puede ver el efecto del filtro sobre la señal de entrada
)()(
2
1
)( ∫
∞
∞−
= ωωω
π
ω
deFHtg tj
21Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Hay que introducir frecuencias negativas para usar la integral de Fourier
 Este filtro es ideal y no se puede realizar físicamente
 Hay que tener cuidado en las interpretaciones porque pueden llegar a ser
absurdas
 Objetivos
 Calcular de forma cuantitativa la respuesta del filtro ideal para un pulso
aplicado como entrada
 Variar el ancho de banda del filtro Bs y obtener la salida g(t) para
distintos valores de Bs
 Filtro ideal pasabaja (sistema ideal)
( )ωθ
ωω j
eAH )()( = con



>
≤
==
s
s
Bsi
BsiA
AH
πω
πω
ωω
20
2
)()( ωωθ 0)( t−=y
22Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Filtro ideal pasabaja
 Si el pulso de entrada es rectangular de anchura τ, amplitud V y
centrado en el origen
 G(ω) será
 Entonces g(t) será, por transformada inversa de Fourier:
 Resolviendo se obtiene
donde
2
)2(
)(
τω
τω
τω
sin
VF =
( ) 0
sin 2
2
2( ) ( ) ( )
0 2
jt
s
s
V Ae si B
G H F
si B
ωωτ
τ ω π
ωτω ω ω
ω π
−
≤
= = 
 >
( )
ω
τω
τω
π
τ ω
π
π
de
AV
tg ttj
B
B
s
s
0
2
2
2
)2sin(
2
)( −
−
∫=
( )[ ] ( )[ ]{ }2
2
2
2)( 00
τπτπ
π
−−−+−= ttBSIttBSI
AV
tg ss
( )dx
x
xsin
ySI
y
∫=
0
][ se denomina integral seno de y
23Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 La integral seno se corresponde con el área
bajo la curva
 SI[y] no puede evaluarse de forma
analítica, sino de forma numérica
 La respuesta g(t) a un pulso rectangular de
un filtro pasabaja es la diferencia de dos SI
 g(t) no puede evaluarse analíticamente
sino de forma numérica
 g(t) depende del ancho de banda del
sistema Bs y del ancho del pulso de
entrada τ
 Se analizarán tres casos para el ancho
de banda del sistema (B=1/τ ancho de
banda de la señal):
Bs =1/5τ (Bs <<1/τ)
Bs =1/τ
Bs =5/τ (Bs >>1/τ)
( )
x
xsin
24Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Resultados del ejemplo
 Todas las curvas aparecen desplazadas
t0 respecto del pulso de entrada y son
simétricas respecto a t=t0
 Retardo temporal t0 debido a la
característica de fase del filtro y
coincide con su pendiente
 Las curvas corroboran los resultados
previos obtenidos cualitativamente
 Bs <<1/τ La salida es más ancha que la entrada y alcanza un máximo
Salida fuertemente distorsionada respecto de la entrada
Aproximación de la respuesta a un impulso del filtro
 Bs =1/τ La salida se puede aproximar a un pulso de anchura τ
No se asemeja a un rectángulo sino a un triángulo
El tiempo de subida es aproximadamente de τ/2
 Bs >>1/τ La salida se asemeja a la entrada de forma más exacta
El ancho de la salida es τ
Existen diferencias entre el pulso de entrada y el de salida
25Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Diferencias entre entrada y salida
 Pulso de salida es una réplica
retrasada de la entrada
 Pulso de salida no tiene un tiempo de
subida Ts nulo
 Ts se define como el tiempo que
toma el pulso en subir de cero
hasta su valor máximo
Tiempo subida = 0.8/Bs
 Ts inversamente proporcional a Bs
 En algunos sistemas sólo interesa que los anchos de los pulsos de
entrada y salida coincidan, sin importar la fidelidad, entonces Bs ≈ 1/τ
 En otros sistemas se requiere fidelidad, entonces Bs ≈ k/ τ
– la constante k se determina mediante el tiempo de subida requerido
 Pulso de salida presenta sobreimpulsos (overshoots) y oscilaciones que
se amortiguan cerca de la región plana del pulso
 Fenómeno característico de filtro con una característica en amplitud con
un corte muy abrupto
26Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Respuesta de redes ideales
 Diferencias entre entrada y salida
 Pulso de salida tiene valores no nulos para t < -τ/2, es decir, antes de que
aparezca el pulso de entrada
 La aparición de una salida antes de que se produzca la entrada es
físicamente irrealizable
 Debido a que la característica en amplitud propuesta no se puede
realizar en la práctica
 En el ejemplo se ha supuesto una red ideal que no se puede realizar
prácticamente pero sirve para obtener conclusiones generales
 Conclusiones
 Se ha estudiado el efecto de transmitir un pulso rectangular sobre un
filtro pasabaja ideal con ancho de banda Bs , una amplitud constante
para | f | < Bs y una fase lineal con la frecuencia
 TRANSMISION SIN DISTORSION ≡ la forma del pulso no cambia
 Para que se produzca transmisión sin distorsión, el filtro ideal (sistema)
debe tener un Bs → ∞ . Entonces, una característica en amplitud plana y
una característica en fase lineal sobre todas las frecuencias produce una
réplica retrasada de la entrada con diferente magnitud (sin distorsión).
27Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Impulso y respuesta a un impulso
 Impulso centrado en T δ(t-T)
 Amplitud infinita , anchura nula y área unidad
 Definición
 Transformada de Fourier del impulso
la característica en frecuencia es constante para todas las frecuencias
 Si el impulso se aplica a un sistema lineal
 equivale a excitar el sistema con todas las frecuencias simultáneamente
h(t) coincide con la respuesta a un impulso



≠
=
=−
Ttsi
Ttsi
TtArea
0
1
))((δ
∫ =− )()()( TrdttrTtδ
T t
f(t)
δ(t-T)
siendo r(t) una función cualquiera
[ ] 1)()(
0
===
=
−
∞
∞−
−
∫ t
tjtj
edtett ωω
δδ
)(ωF
ω
1
ωω
π
ωωωω ω
deHthtgHFHG tj
∫
∞
∞−
==⇒⋅== )(
2
1
)()(1)()()()(
F
28Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Impulso y respuesta a un impulso
 Sirve para identificar sistemas no conocidos
 Se aplica al sistema una entrada impulso, se mide la respuesta y se
calcula su transformada, obteniendose H(w)
 En la práctica, el problema es aplicar un impulso
– se aplica un pulso con B >> Bs ⇒ 1/τ >> Bs ⇒ τ << 1/Bs
 Las funciones impulsos se utilizan para representar señales
periódicas
 Como aplicando el teorema de retardo en el tiempo
 De la misma forma
[ ] 1)( =tδF
[ ] [ ]
[ ] 0
00
)()(
)()(
00
0
tjtj
tjtj
edtetttt
etett
ωω
ωω
δδ
δδ
−
∞
∞−
−
−−
∫ =−=−
==−
F
FF
[ ] tjtj
ede 0
2
1
)(
2
1
)( 00
ωω
π
ωωωδ
π
ωωδ ∫
∞
∞−
=−=−1-
F
0
0
)(
)(
0
0
tj
tj
ett
ett
ω
ω
δ
δ
+
−
↔+
↔−
)(2
)(2
0
0
0
0
ωωπδ
ωωπδ
ω
ω
+↔
−↔
− tj
tj
e
e
29Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Objetivo de este apartado
 Estudiar una serie de fenómenos, debidos al propio medio de
transmisión o ajenos a él, que ocasionan que la señal recibida sea distinta
de la señal emitida
 Estos fenómenos provocan que en el extremo receptor no se pueda
reproducir con absoluta fidelidad la señal que proviene del emisor
 Perturbaciones en los medios
 Atenuación
 Distorsión de atenuación
 Distorsión de retardo
 Ruido
30Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Atenuación
 Las señales al propagarse por un medio experimentan inevitablemente
una pérdida de potencia/energía (aumenta con la distancia), que se
denomina atenuación
 Unidad de medida es decibelio (dB)
 Se expresa como una relación logarítmica entre la potencia enviada y la
potencia recibida.
 La atenuación presenta tres problemas que hay que tener en cuenta al
diseñar un sistema de transmisión
 La señal recibida debe de sobrepasar un cierto nivel para que pueda ser
detectada por la circuitería del receptor
 La señal debe tener un nivel mayor que el ruido para garantizar la
calidad de la transmisión (la relación señal/ruido debe superar un nivel)
 La atenuación depende (aumenta) con la frecuencia
 Los dos primeros se solucionan con repetidores o amplificadores,
mientras que el tercero da lugar a la distorsión de atenuación
[ ] 





−
−
=
recibidaPotencia
enviadaPotencia
N 10log10
31Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Distorsión de atenuación
 Una señal compleja es la superposición de una serie, en teoría infinita, de
componentes de distinta frecuencia (armónicos)
 Los medios de transmisión presentan una atenuación distinta a cada
frecuencia a causa de su propia constitución interna
 Como consecuencia la señal reproducida en recepción no se corresponde
exactamente con la original, al haberse alterado los valores no sólo
absolutos, sino también relativos, de las amplitudes de sus armónicos
 El grado en que, por esta causa, la señal recibida deja de identificarse con
la de origen se denomina distorsión de atenuación
 Se caracteriza mediante la respuesta
atenuación/frecuencia
 Representación de los valores de
la atenuación que presenta el
medio a una serie de frecuencias
Respuesta atenuación/frecuencia
para un par telefónico
32Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Se soluciona con un ecualizador de atenuación, que presenta una
respuesta atenuación/frecuencia que es complementaria a la de la línea
de transmisión ⇒ la respuesta del conjunto es una respuesta plana
 Distorsión de retardo
 Una señal se puede considerar como una suma infinita de armónicos de
distinta frecuencia, múltiplos de la frecuencia fundamental de la señal
 La velocidad de propagación de la señal por el medio varía con la
frecuencia
 Como consecuencia, cada armónico llegará al receptor en instante de
tiempo distintos ⇒ una distorsión en la señal recibida denominada
distorsión de retardo o distorsión de fase
 Carece de importancia en la transmisión de una conversación telefónica
 el oido humano no es capaz de apreciarlo
 Tiene un efecto importante sobre las señales de transmisión de datos y es
de vital importancia en el caso de altas velocidades
 Se puede reducir insertando ecualizadores de retardo
 con características de fase complementarias a las del medio
33Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Ruido
 Toda señal que se propaga por un medio se ve perturbada por la adición
de procesos aleatorios denominados ruido
 Tiene carácter aditivo, se superpone al nivel de la señal, tanto analógica
como digital y puede producir errores en la transmisión
 Determina la capacidad de un medio para transmitir información
 Se mide de forma relativa respecto del nivel de la señal, y la relación se
denomina relación señal/ruido
 La relación señal/ruido tiene que superar un nivel umbral
– La potencia de la señal no se puede aumentar sin más porque aumentarían las
perturbaciones en líneas adyacentes, saturaría la circuitería del transmisor y los
amplificadores tienen potencia limitada
 Tipos de ruido
 Térmico o blanco
 Diafonía
 Ruido impulsivo
34Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Ruido térmico o ruido blanco
 Existe en todos los medios y dispositivos electrónicos de forma
inevitable y no se puede eliminar
 Tiene un origen térmico
 Cualquier conductor se encuentra a una determinada temperatura ⇒ lleva asociado
una energía térmica ⇒ produce movimiento desordenado de portadores ⇒ ruido
 Se denomina blanco porque su potencia está distribuida de forma
uniforme en todo el espectro en frecuencias
 Diafonía o crosstalk
 Acoplamiento indeseado de señales entre líneas próximas (interferencias
electromagnéticas)
 Aparece en Red telefónica debido al acoplamiento eléctrico entre cable
de pares cercanos
 También al captar las señales con antenas
 la energía se dispersa durante la transmisión
35Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas
Perturbaciones en la transmisión de señales
 Ruido impulsivo
 Picos de ruido de muy corta duración y elevada amplitud
 Se producen de forma dispersa o a ráfagas con una duración mínima
 Numerosas fuentes de ruido impulsivo
 Fuertes inducciones producidas por conmutaciones electromecánicas de
cualquier tipo (motores, conmutadores, interruptores etc.) en su entorno
 Tormentas atmosféricas y fallos y defectos en los sistemas de
transmisión
 No tiene mucha importancia para señales analógicas
 Muy perjudicial en la transmisión de datos ⇒ errores en la transmisión
 Ejemplo: un pico de energía de 0.01s de duración no inutilizaría una
señal de voz analógica pero supondría la pérdida de 50bits en una
transmisión a 4800bps

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  • 1. 1Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Señales a través de sistemas lineales: respuesta en frecuencia  Introducción  Usando la transformada de Fourier y el ancho de banda se pueden conocer los efectos del paso de las señales de comunicación a través de los sistemas o medios de transmisión (respuesta en frecuencia)  Razón por la que el concepto de frecuencia se utiliza ampliamente en comunicaciones  Objetivos  Analizar la respuesta en frecuencia de los sistemas lineales  Estudiar los efectos (distorsionantes) que los sistemas producen en las señales que se transmiten por ellos  Tipos de distorsión  Deseable  Filtros diseñados para producir formas de señal deseadas  No deseable o inevitable  Transmisión de varias señales por un medio de transmisión
  • 2. 2Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Señales a través de sistemas lineales: respuesta en frecuencia  Tipos de sistemas  Sistemas lineales  La respuesta del sistema contiene la mismas componentes de frecuencia que la señal aplicada  No lineales  La respuesta contiene nuevas componentes de frecuencia
  • 3. 3Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Señales a través de sistemas lineales: respuesta en frecuencia  Se considerarán sistemas lineales  Simplicidad en el análisis  Permiten conocer los efectos que los sistemas producen sobre las señales en términos de respuesta en frecuencia  Sistema lineal estacionario  Se puede modelar bajo un sistema de ecuaciones lineales con operaciones como suma, resta, diferenciación, integración y multiplicación y división por una constante  Definido por ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes constantes
  • 4. 4Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Función de transferencia  Un sistema lineal estacionario se puede caracterizar por medio de su función de transferencia H(w)  H(w) función en el dominio de la frecuencia que relaciona la transformada de Fourier de la salida del sistema con la transformada de Fourier de su entrada  Ejemplo: Red RC R C vs(t) v0(t) i(t) ∫ ∫ = += idt C tv idt C tRitv s 1 )( 1 )()(0 Ecuaciones del modelo matemático del sistema Cj I V Cj I RIV s ω ω ω ω ω ωω )( )( )( )()(0 = += RCj H RCjV Vs ω ω ωω ω + = + = 1 1 )( 1 1 )( )( 0 Función de transferencia del sistema
  • 5. 5Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Teorema de la respuesta lineal (notación trigonométrica)  Si a un sistema caracterizado por una función de transferencia H(w) se le aplica una señal del tipo , la salida g(t) será una señal:  De la misma frecuencia que la entrada:  Pero atenuada (o amplificada) por el módulo de la función de transferencia en esa frecuencia:  Y desfasada según la fase de la función de transferencia en esa frecuencia, que se expresa en cualquiera de las notaciones siguientes:  Entonces la expresión matemática de la señal de salida g(t) es: ( )1( ) cosf t A tω= ( ) ( )1 1 1g ( ) cos ( )t A H t Hω ω ω=⋅ + ( )1H ω ( )1H ω 1ω 1( )θ ω
  • 6. 6Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Teorema de la respuesta lineal (notación compleja)  Si a un sistema caracterizado por una función de transferencia H(w) se le aplica una señal del tipo la salida g(t) será una señal de la misma frecuencia que la entrada pero atenuada y desfasada por H(w) 0 ( ) j t f t Ae ω = 0 0 0( ( )) 0 0( ) ( ) = ( )j t j t g t H Ae H Aeω θ ω ω ω ω+ =⋅ ⋅ )( 0ωH )( 0ωθ módulo de la función transf. en ω= ω0 fase de la función de transf. en ω= ω0  Ejemplos: ¿cuál es la salida g(t) para las entradas f(t), aplicando el teorema anterior? tj etf 502 )( π = 10)( ) 4 100( ππ + = tj etg Ejemplo 2: ( )tjtj ee j V tVtf 502502 2 )502sin()( ππ π − −== ( )4 502Vsin101010 2 )( 4 502 4 502 ππ ππππ +=     −= −−+ tee j V tg tjtj 10)100( =πH 4 )100( π πθ = 10)100( =− πH 4 )100( π πθ −=− Datos del sistema: Ejemplo 1:
  • 7. 7Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Propiedades de un sistema lineal estacionario  Principio de superposición  La respuesta a una suma de excitaciones es igual a la suma de las respuestas a esas mismas excitaciones consideradas de forma separada  Si una entrada f1(t) produce una salida g1(t) y una entrada f2 (t) produce una salida g2(t) entonces la entrada a f1(t)+ b f2 (t) producirá una salida ag1(t) + b g2 (t)  Condición de invarianza en el tiempo  Las relaciones entre la entrada y la salida son invariantes en el tiempo – Los elementos del sistema no se modifican con el tiempo  Si una entrada f1(t) produce una salida g1(t) entonces la entrada f1(t-τ) producirá una salida g1(t-τ)  El sistema no tiene memoria – Para una entrada dada produce siempre la misma salida, sin tener en cuenta estados anteriores  Resultado  Las dos propiedades permiten que el análisis de Fourier juegue un papel muy importante en el estudio de los medios lineales estacionarios
  • 8. 8Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Importancia del análisis de Fourier  Obtener la salida g(t) de un sistema ante una señal de entrada f(t) genérica  f(t) se expresa (por transformada inversa de Fourier) como una suma (integral) de infinitos términos de la forma  Cada uno de ellos produce una salida  Por superposición se obtiene la salida g(t) como la suma de infinitas respuestas, teniendose  Se obtiene que donde G(ω) es la transformada de Fourier de la salida g(t) )( 2 1 tj eF ω ω π )( 2 )( tj eF H ω ω π ω ∫∫ ∞ ∞− ∞ ∞− == ωω π ωω π ω ωω deGdeF H tg tjtj )( 2 1 )( 2 )( )( )()()( ωωω FHG =
  • 9. 9Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Sistemas lineales estacionarios  Importancia de la relación  Muy útil y responsable del uso amplio del concepto de frecuencia en el análisis y diseño de los sistemas de comunicación  Permite determinar el efecto exacto del medio sobre las señales de entrada y analizar los cambios concretos que experimentan las señales a medida que se transmiten por los medios  Permite conocer con rapidez el efecto aproximado que tiene un sistema lineal sobre las señales que pasan por él  El ancho de banda juega un papel primordial – Utilizando los espectros se puede determinar con rapidez el efecto distorsionador de un sistema o especificar los filtros necesarios para obtener determinadas formas de onda )()()( ωωω FHG =
  • 10. 10Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas  Unidad de Potencia básica  Watio (W)  Unidad demasiado grande para la medida de potencia de señales  Normalmente se utiliza el mW  En muchos caso no se utiliza una media absoluta sino relativa  El oído no es capaz de determinar la intensidad de un sonido pero si la relación que hay entre dos sonidos  Relación entre dos potencias  PA/PB  El oído no sigue una relación lineal sino logarítmica   Belio (B) en honor a Graham Bell  Unidad demasiado grande  deciBelio (dB)  Otras unidades relacionadas  dBw  Valor de potencia con respecto a un Watio  dBm  Valor de potencia con respecto a un mili Watio Unidades de Medida de Potencia )/(log10 BA PP )/(log10 10 BA PP
  • 11. 11Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Espectro de un sistema El concepto de espectro se utiliza también para sistemas de forma análoga a las señales En general la función de transferencia H(ω) es compleja:  Espectro en amplitud del sistema  Diagrama donde se representa el módulo de la función de transferencia del sistema frente a la frecuencia.  Espectro en fase  Diagrama donde se representa la fase de la función de transferencia del sistema frente a frecuencia. El espectro de un sistema también se denomina respuesta en frecuencia del sistema. ( )H ω ( ) ( ) ( ) j H H e θ ω ω ω=
  • 12. 12Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas  Si el sistema es tal que nunca llega al valor de cero, se considera que el ancho de banda es la frecuencia Bs en la cual el módulo del sistema vale 0.707. Esto equivale a que la potencia de la señal que se transmite a través del sistema se reduzca a la mitad o equivalentemente 3 dB.  Si el sistema es tal que tiene cortes por cero, entonces el ancho de banda es la frecuencia Bs en la cual se produce el primer corte por cero: Ancho de banda de un sistema  El ancho de banda de un sistema, que es diferente al ancho de banda de una señal, es la banda de frecuencias o la frecuencia superior que el sistema “deja pasar” cuando se la aplica una señal de entrada. Consideramos dos criterios para su determinación: ( )H ω ( )H ω Espectro en amplitud del sistema H(ω)
  • 13. 13Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia 01 1 )( ωω ω j H + =  Suponer un sistema caracterizado por H(ω) centrada en el origen y con ancho de banda Bs (Hz)  Se trata de una red RC con RC=1/w0  Con el criterio de 3dB se tiene que el ancho de banda es ω= ω0  Entonces: 2πBs= ω 0  Se aplica a la entrada de H(ω) una señal f(t) con un espectro similar y con ancho de banda B (ancho de banda de la señal)  Se consideran tres casos  B > Bs  B ∼ Bs  B < Bs
  • 14. 14Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia • B < Bs La salida será una réplica sin distorsión de la entrada f(t) • B > Bs La salida estará fuertemente distorsionada. Las características de la entrada desaparecen: la forma de la señal de salida está determinada por las características del sistema y el ancho de banda será Bs • B ∼ Bs (Situación intermedia) La salida estará distorsionada pero recuerda a la entrada ¿Cómo es la salida g(t) al pasar una señal f(t) a través de H(ω)?
  • 15. 15Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Estudio cualitativo de respuesta en frecuencia  Resultados  Las conclusiones de la transparencia anterior se obtienen a partir de la expresión que relaciona las transformadas de Fourier:  Para tener una distorsión relativamente pequeña en una señal que se transmite por un sistema de comunicaciones, su A.B debe ser pequeño frente al del sistema  Ejemplos:  Sistema de alta fidelidad con A.B = 20 kHz para reproducir las señales con la debida fidelidad  Filtros de sistema telefónico se ajustan para A.B = 4kHz – La voz y la música transmitidas por teléfono no tienen calidad de alta fidelidad  Receptores AM tienen A.B=2.5kHz – respuesta en frecuencia inferior a la alta fidelidad – recepción pobre de AM )()()( ωωω FHG = producto del espectro del sistema H(ω) por el espectro de la señal F(ω)
  • 16. 16Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia  Sistema lineal caracterizado por  Ancho de banda : Bs  Señal de entrada  Pulso rectangular de ancho τ  Ancho de banda: B=1/τ sBj s s e B Bsin H 2 2 )2( )( ω ω ω ω − =
  • 17. 17Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas  B >> Bs  (τ << 1/Bs ) Pulso de entrada muy estrecho comparado con la respuesta temporal característica del sistema 1/Bs  En este caso el producto H(w)F(w) viene determinado principalmente por la función de transferencia del sistema  | F(w) | constante e igual a Vτ sobre la mayor parte del intervalo significativo de | H(w) |  Se puede realizar la siguiente aproximación: G(w)=Vτ H(w) Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia  Salida g(t)  pulso rectangular con tiempos de subida y bajada finitos relacionados con τ  forma de g(t) determinada por H(w) y con amplitud VτBs  Respecto del sistema f(t) se parece a un impulso ⇒ g(t) es la respuesta al impulso
  • 18. 18Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas  B = Bs (τ = 1/Bs )  Anchos de banda del sistema y la señal iguales ⇒ salida es una versión distorsionada de la entrada  Representa la transformada de un pulso triangular centrado en τ =1/2Bs Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia sBj s s e B Bsin VFHG 2 2 2 )2( )()()( ω ω ω τωωω −       ==  El efecto distorsionador del sistema ha sido ensanchar el pulso rectangular a la forma triangular  Tiempo de subida= 1/Bs  Ancho del pulso = 2/Bs
  • 19. 19Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas  B << Bs  | F(w) | más estrecho que | H(w) | ⇒ las frecuencias menores que Bs pasan sin cambios  g(t) se parece mucho a la entrada f(t)  Aproximación G(w)=F(w) Estudio cuantitativo de respuesta en frecuencia  Realmente el pulso de entrada y de salida se diferencian en los tiempos de subida y bajada  Pulso de salida con tiempo de subida= 1/Bs  Ancho del pulso ≈ τ
  • 20. 20Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Planteamiento inicial  Previamente se ha estudiado el efecto producido por un sistema ante un pulso de entrada en tres casos extremos  No se analizaban los casos intermedios debido a la complejidad desde el punto de vista matemático  Para obtener el efecto exacto de un sistema sobre una señal hay que evaluar numéricamente la expresión  Para realizar el estudio se considerará una red ideal (sistema ideal)  Sirve como modelo de las características de filtrado de las redes reales  Permite demostrar de forma cuantitativa el efecto de filtrado sobre una señal  Se enfoca principalmente a la variación de un parámetro, como es el ancho de banda del sistema Bs – Al variar Bs se puede ver el efecto del filtro sobre la señal de entrada )()( 2 1 )( ∫ ∞ ∞− = ωωω π ω deFHtg tj
  • 21. 21Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Hay que introducir frecuencias negativas para usar la integral de Fourier  Este filtro es ideal y no se puede realizar físicamente  Hay que tener cuidado en las interpretaciones porque pueden llegar a ser absurdas  Objetivos  Calcular de forma cuantitativa la respuesta del filtro ideal para un pulso aplicado como entrada  Variar el ancho de banda del filtro Bs y obtener la salida g(t) para distintos valores de Bs  Filtro ideal pasabaja (sistema ideal) ( )ωθ ωω j eAH )()( = con    > ≤ == s s Bsi BsiA AH πω πω ωω 20 2 )()( ωωθ 0)( t−=y
  • 22. 22Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Filtro ideal pasabaja  Si el pulso de entrada es rectangular de anchura τ, amplitud V y centrado en el origen  G(ω) será  Entonces g(t) será, por transformada inversa de Fourier:  Resolviendo se obtiene donde 2 )2( )( τω τω τω sin VF = ( ) 0 sin 2 2 2( ) ( ) ( ) 0 2 jt s s V Ae si B G H F si B ωωτ τ ω π ωτω ω ω ω π − ≤ = =   > ( ) ω τω τω π τ ω π π de AV tg ttj B B s s 0 2 2 2 )2sin( 2 )( − − ∫= ( )[ ] ( )[ ]{ }2 2 2 2)( 00 τπτπ π −−−+−= ttBSIttBSI AV tg ss ( )dx x xsin ySI y ∫= 0 ][ se denomina integral seno de y
  • 23. 23Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  La integral seno se corresponde con el área bajo la curva  SI[y] no puede evaluarse de forma analítica, sino de forma numérica  La respuesta g(t) a un pulso rectangular de un filtro pasabaja es la diferencia de dos SI  g(t) no puede evaluarse analíticamente sino de forma numérica  g(t) depende del ancho de banda del sistema Bs y del ancho del pulso de entrada τ  Se analizarán tres casos para el ancho de banda del sistema (B=1/τ ancho de banda de la señal): Bs =1/5τ (Bs <<1/τ) Bs =1/τ Bs =5/τ (Bs >>1/τ) ( ) x xsin
  • 24. 24Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Resultados del ejemplo  Todas las curvas aparecen desplazadas t0 respecto del pulso de entrada y son simétricas respecto a t=t0  Retardo temporal t0 debido a la característica de fase del filtro y coincide con su pendiente  Las curvas corroboran los resultados previos obtenidos cualitativamente  Bs <<1/τ La salida es más ancha que la entrada y alcanza un máximo Salida fuertemente distorsionada respecto de la entrada Aproximación de la respuesta a un impulso del filtro  Bs =1/τ La salida se puede aproximar a un pulso de anchura τ No se asemeja a un rectángulo sino a un triángulo El tiempo de subida es aproximadamente de τ/2  Bs >>1/τ La salida se asemeja a la entrada de forma más exacta El ancho de la salida es τ Existen diferencias entre el pulso de entrada y el de salida
  • 25. 25Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Diferencias entre entrada y salida  Pulso de salida es una réplica retrasada de la entrada  Pulso de salida no tiene un tiempo de subida Ts nulo  Ts se define como el tiempo que toma el pulso en subir de cero hasta su valor máximo Tiempo subida = 0.8/Bs  Ts inversamente proporcional a Bs  En algunos sistemas sólo interesa que los anchos de los pulsos de entrada y salida coincidan, sin importar la fidelidad, entonces Bs ≈ 1/τ  En otros sistemas se requiere fidelidad, entonces Bs ≈ k/ τ – la constante k se determina mediante el tiempo de subida requerido  Pulso de salida presenta sobreimpulsos (overshoots) y oscilaciones que se amortiguan cerca de la región plana del pulso  Fenómeno característico de filtro con una característica en amplitud con un corte muy abrupto
  • 26. 26Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Respuesta de redes ideales  Diferencias entre entrada y salida  Pulso de salida tiene valores no nulos para t < -τ/2, es decir, antes de que aparezca el pulso de entrada  La aparición de una salida antes de que se produzca la entrada es físicamente irrealizable  Debido a que la característica en amplitud propuesta no se puede realizar en la práctica  En el ejemplo se ha supuesto una red ideal que no se puede realizar prácticamente pero sirve para obtener conclusiones generales  Conclusiones  Se ha estudiado el efecto de transmitir un pulso rectangular sobre un filtro pasabaja ideal con ancho de banda Bs , una amplitud constante para | f | < Bs y una fase lineal con la frecuencia  TRANSMISION SIN DISTORSION ≡ la forma del pulso no cambia  Para que se produzca transmisión sin distorsión, el filtro ideal (sistema) debe tener un Bs → ∞ . Entonces, una característica en amplitud plana y una característica en fase lineal sobre todas las frecuencias produce una réplica retrasada de la entrada con diferente magnitud (sin distorsión).
  • 27. 27Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Impulso y respuesta a un impulso  Impulso centrado en T δ(t-T)  Amplitud infinita , anchura nula y área unidad  Definición  Transformada de Fourier del impulso la característica en frecuencia es constante para todas las frecuencias  Si el impulso se aplica a un sistema lineal  equivale a excitar el sistema con todas las frecuencias simultáneamente h(t) coincide con la respuesta a un impulso    ≠ = =− Ttsi Ttsi TtArea 0 1 ))((δ ∫ =− )()()( TrdttrTtδ T t f(t) δ(t-T) siendo r(t) una función cualquiera [ ] 1)()( 0 === = − ∞ ∞− − ∫ t tjtj edtett ωω δδ )(ωF ω 1 ωω π ωωωω ω deHthtgHFHG tj ∫ ∞ ∞− ==⇒⋅== )( 2 1 )()(1)()()()( F
  • 28. 28Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Impulso y respuesta a un impulso  Sirve para identificar sistemas no conocidos  Se aplica al sistema una entrada impulso, se mide la respuesta y se calcula su transformada, obteniendose H(w)  En la práctica, el problema es aplicar un impulso – se aplica un pulso con B >> Bs ⇒ 1/τ >> Bs ⇒ τ << 1/Bs  Las funciones impulsos se utilizan para representar señales periódicas  Como aplicando el teorema de retardo en el tiempo  De la misma forma [ ] 1)( =tδF [ ] [ ] [ ] 0 00 )()( )()( 00 0 tjtj tjtj edtetttt etett ωω ωω δδ δδ − ∞ ∞− − −− ∫ =−=− ==− F FF [ ] tjtj ede 0 2 1 )( 2 1 )( 00 ωω π ωωωδ π ωωδ ∫ ∞ ∞− =−=−1- F 0 0 )( )( 0 0 tj tj ett ett ω ω δ δ + − ↔+ ↔− )(2 )(2 0 0 0 0 ωωπδ ωωπδ ω ω +↔ −↔ − tj tj e e
  • 29. 29Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Objetivo de este apartado  Estudiar una serie de fenómenos, debidos al propio medio de transmisión o ajenos a él, que ocasionan que la señal recibida sea distinta de la señal emitida  Estos fenómenos provocan que en el extremo receptor no se pueda reproducir con absoluta fidelidad la señal que proviene del emisor  Perturbaciones en los medios  Atenuación  Distorsión de atenuación  Distorsión de retardo  Ruido
  • 30. 30Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Atenuación  Las señales al propagarse por un medio experimentan inevitablemente una pérdida de potencia/energía (aumenta con la distancia), que se denomina atenuación  Unidad de medida es decibelio (dB)  Se expresa como una relación logarítmica entre la potencia enviada y la potencia recibida.  La atenuación presenta tres problemas que hay que tener en cuenta al diseñar un sistema de transmisión  La señal recibida debe de sobrepasar un cierto nivel para que pueda ser detectada por la circuitería del receptor  La señal debe tener un nivel mayor que el ruido para garantizar la calidad de la transmisión (la relación señal/ruido debe superar un nivel)  La atenuación depende (aumenta) con la frecuencia  Los dos primeros se solucionan con repetidores o amplificadores, mientras que el tercero da lugar a la distorsión de atenuación [ ]       − − = recibidaPotencia enviadaPotencia N 10log10
  • 31. 31Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Distorsión de atenuación  Una señal compleja es la superposición de una serie, en teoría infinita, de componentes de distinta frecuencia (armónicos)  Los medios de transmisión presentan una atenuación distinta a cada frecuencia a causa de su propia constitución interna  Como consecuencia la señal reproducida en recepción no se corresponde exactamente con la original, al haberse alterado los valores no sólo absolutos, sino también relativos, de las amplitudes de sus armónicos  El grado en que, por esta causa, la señal recibida deja de identificarse con la de origen se denomina distorsión de atenuación  Se caracteriza mediante la respuesta atenuación/frecuencia  Representación de los valores de la atenuación que presenta el medio a una serie de frecuencias Respuesta atenuación/frecuencia para un par telefónico
  • 32. 32Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Se soluciona con un ecualizador de atenuación, que presenta una respuesta atenuación/frecuencia que es complementaria a la de la línea de transmisión ⇒ la respuesta del conjunto es una respuesta plana  Distorsión de retardo  Una señal se puede considerar como una suma infinita de armónicos de distinta frecuencia, múltiplos de la frecuencia fundamental de la señal  La velocidad de propagación de la señal por el medio varía con la frecuencia  Como consecuencia, cada armónico llegará al receptor en instante de tiempo distintos ⇒ una distorsión en la señal recibida denominada distorsión de retardo o distorsión de fase  Carece de importancia en la transmisión de una conversación telefónica  el oido humano no es capaz de apreciarlo  Tiene un efecto importante sobre las señales de transmisión de datos y es de vital importancia en el caso de altas velocidades  Se puede reducir insertando ecualizadores de retardo  con características de fase complementarias a las del medio
  • 33. 33Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Ruido  Toda señal que se propaga por un medio se ve perturbada por la adición de procesos aleatorios denominados ruido  Tiene carácter aditivo, se superpone al nivel de la señal, tanto analógica como digital y puede producir errores en la transmisión  Determina la capacidad de un medio para transmitir información  Se mide de forma relativa respecto del nivel de la señal, y la relación se denomina relación señal/ruido  La relación señal/ruido tiene que superar un nivel umbral – La potencia de la señal no se puede aumentar sin más porque aumentarían las perturbaciones en líneas adyacentes, saturaría la circuitería del transmisor y los amplificadores tienen potencia limitada  Tipos de ruido  Térmico o blanco  Diafonía  Ruido impulsivo
  • 34. 34Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Ruido térmico o ruido blanco  Existe en todos los medios y dispositivos electrónicos de forma inevitable y no se puede eliminar  Tiene un origen térmico  Cualquier conductor se encuentra a una determinada temperatura ⇒ lleva asociado una energía térmica ⇒ produce movimiento desordenado de portadores ⇒ ruido  Se denomina blanco porque su potencia está distribuida de forma uniforme en todo el espectro en frecuencias  Diafonía o crosstalk  Acoplamiento indeseado de señales entre líneas próximas (interferencias electromagnéticas)  Aparece en Red telefónica debido al acoplamiento eléctrico entre cable de pares cercanos  También al captar las señales con antenas  la energía se dispersa durante la transmisión
  • 35. 35Señales y Sistemas 2º Grado en Ing. Informática Tema 2: Señales y sistemas Perturbaciones en la transmisión de señales  Ruido impulsivo  Picos de ruido de muy corta duración y elevada amplitud  Se producen de forma dispersa o a ráfagas con una duración mínima  Numerosas fuentes de ruido impulsivo  Fuertes inducciones producidas por conmutaciones electromecánicas de cualquier tipo (motores, conmutadores, interruptores etc.) en su entorno  Tormentas atmosféricas y fallos y defectos en los sistemas de transmisión  No tiene mucha importancia para señales analógicas  Muy perjudicial en la transmisión de datos ⇒ errores en la transmisión  Ejemplo: un pico de energía de 0.01s de duración no inutilizaría una señal de voz analógica pero supondría la pérdida de 50bits en una transmisión a 4800bps