Este documento presenta los objetivos y contenidos de un curso sobre sistemas y señales. El objetivo general es que los estudiantes aprendan conceptos básicos de señales, los apliquen al estudio de sistemas específicos y resuelvan problemas usando MATLAB. Los contenidos incluyen representaciones de señales, análisis en el tiempo y la frecuencia, conversión analógico-digital, sistemas discretos, y filtros.

1. SISTEMAS Y
SEÑALES
D R . R O G E R I O E N R I Q U E Z C A L D E R A

2. OBJETIVO GENERAL
• El alumno será capas de:
1. Describir los conceptos básicos de señales.
2. 2.- Explicar y discutir las ideas fundamentales que dieron lugar a
los conceptos.
3. 3.- Aplicar los conceptos al estudio de sistemas específicos.
4. 4.- Definir, analizar y resolver problemas usando los sistemas y
las señales.
5. 5.- Utilizar el paquete de programación MATLAB para lograr los
objetivos anteriores.

3. • Representación matemáticas de señales
• Señales continuas y discretas
• Señales singulares
• Series de Fourier
• Representación de señales mediante Series de Fourier
• Representación de señales periódicas
• Representación de señales aperiódicas
• Espectro de una señal
•
• Digitalización de señales analógicas
•
• Muestreo de una señal analógica
• Espectro de una señal muestreada
• Teorema de muestreo
• Reconstrucción de señales contínuas a partir de sus muestras
• Cuantización y codificación
• Conversión analógico-digital de señales
• Errores introducidos en el proceso de conversión
•
• Análisis en el tiempo y en la frecuencia
•
• Transformada de Fourier y propiedades
• Transformadas de Fourier de funciones singulares
• Transformada de Fourier de señales periódicas
• Teorema de Parseval
• Convolución de señales
• Correlación y espectro
• Transformada de Fourier discreta (TFD)
• Transformada rápida de Fourier (FFT)
• Respuesta al impulso de un sistema discreto
• Causalidad, Estabilidad
• Transformada de Laplace y propiedades
• Transformada Z
• Función de transferencia Z de un sistema discreto
• Transformada Z inversa
 Conceptos de Sistemas
 Procesos
 Interidisciplinariedad
 Observabilidad y Controlabilidad
 Descripción de sistemas usando las señales de entrada y de
salida.
 Análisis en el tiempo
 Análisis en la Frecuencia
 Análisis en el espacio de estados
 Causalidad
 Respuesta transitoria y respuesta de estado estable
 Estabilidad

 Sistemas lineales discretos invariantes en el tiempo
 Respuesta al impulso de un sistema discreto
 modulación y filtrado
 Función de transferencia
 Causalidad, Estabilidad
 Ecuación de diferencias
 Sistemas recursivos y no-recursivos
 Filtros pasabajas, pasaaltas, pasabanda, rechazabanda
 Estructuras: Directa, Cascada. Cristalina


4. 1.- Clasificación
1.1 Introducción. Identificación de señales.
1.2 Deterministas.
1.3 Aleatorias. 1.4 Continuas. 1.5 discretas.
2.- Modelos de señales
2.1 Introducción. Dominios de representación.
2.2 Análisis en el tiempo.
2.3 Análisis en la frecuencia.
3.- Conversión del dominio continuo al discreto.
3.1 Introducción. Percepción de señales e información
3.2 Analógico a Digital
3.3 Digital a Analógico
3.4 Errores introducidos en el proceso de conversión
II. Análisis de Señales
1. - Introducción. Señales oscilatorias.
1.1 Oscilaciones de energía Infinita
1.2 Oscilaciones de energía finita.
2.- Señales y funciones ortogonales
3.- Series trigonométricas y de Fourier
4.- Densidad espectral de potencia
5.- Correlación
6.- Convolución.
III. Análisis por Transformadas
1.- Introducción. Dualidades Matemáticas.
2.- Laplace. 3.- Hilbert. 4.- Fourier. 5.- Z
IV. Sistemas Discretos.
1.- Introducción. Descripción de sistemas usando las señales de entrada y
de salida.
2.- Clasificación.
2.1 Análisis en el tiempo.
2.2Análisis en la Frecuencia. 2.3Análisis en el espacio de estados.
3.- Respuesta transitoria y respuesta de estado estable.
4.- Estabilidad.
5.- Estructuras.
5.1 Directa.
5.2 Cascada.
5.3 Cristalina.
V. Filtros
1.-Introducción.Detección, Estimación y Predicción.
2.- Wiener.
3.- Kalman.
VI. Tópicos Especiales.
1.- Filtros Adaptivos.
2.- Números en la computadora.

5. BIBLIOGRAFÍA.
• Oppenheim, A.V. y Schafer, R.W. Discrete-Time Signal Processing.
Prentice Hall. 1989
•
• Proakis, J. G. y Manolakis, D.G. Digital Signal Processing_ Maxwell
Macmillan International Editions. 1992
•
• Stanley, W.D., et. al. Digital Signal Processing. Reston Publishing Co.
1984. TK5102.S.S69
•
• Widrow, B. y Stearns,S.D. Signal Processing Algorithms. Prentice
Hall. 1988. TK102.S.S699

6. SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
6
Transmisior
Canal
Receptor

7. SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
7
Transmisior-
receptor
Canal
Receptor-transmisor

8. SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
8

9. SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
9
Transmisor-receptor T/R
Canal

10. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
10
T/R T/R
Canal
T/R T/R
T/R T/R

11. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
• Símbolos
• sonidos
• abecedario
• iconos
• claves
• Señales
• eléctricas
• luminosas 11
T/R T/R
Canal
•detectar
•identificar
•estimar

12. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
• Comunicar es seleccionar y detectar símbolos bien
definidos.
m ={s1,s2,…sn}
ej: Hola.
• Información no es solo una sucesión de símbolos.
m1+m2+….+mL
ej:Mañana saldrá el sol.
• Obtención de conocimiento
Todos los dias sale el sol.
12

13. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN
• Medir es conocer
Imaginémonos una mesa
una mesa de madera
de color verde claro (l,n)
de un metro cuadrado y
de un metro de alto
• Objetivo de la comunicación
• conocer
• evolucionar
• actuar
• crear
13

14. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
Comunicación con el medio ambiente
14
Físico
Sentidos
Mental
Sistemas
Organización
Intelecto

15. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
Ej: aplicación en la organización social
en la administración, producción y servicios
• Información
• Comunicación
• Automatización
• Elemento humano
15

16. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
• Información
– Decisiones
– costo de procesos
– estrategias
– evaluaciones
• Comunicación
– integración
– control
16

17. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
• Automatización
– Calidad
– productividad
– facilita la comunicación y la información
• Elemento humano
– impredecible
– variable
17

18. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
• Ejemplo:Computer Integrated Manufacture
Se caracteriza por
– objetivo: satisfacer necesidades
– contempla: ciclo de vida del producto
– ser: complejidad del proceso
– depende: materiales, transporte y almacenaje
– debe: control de calidad
– necesita: control de inventarios
– tiene: servicios al cliente
– etc.
18

19. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
CIM
• Uso comprensivo de las computadoras
– Pedido
– producción
– manufactura
– embarque
– factura
• Integra información clave
• integra actividades con computadoras
• mejora la productividad
19

20. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
20
Trabajo cooperativo
Ingeniería concurrente

21. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
21
Trabajo cooperativo
Ingeniería concurrente

22. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
Redes Industriales con características
• Comunican multimedios (voz, datos, video)
• Operan en un ambiente hostil
• Heterogéneas
• reconfigurable
• Groupware
• CAD, CAPP,CAM,CAQC
22

23. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
• Computer Aided Design
– Análisis y calculos del diseño
(gráficas, impresora, ploters,etc.)
• Computer Aided Planing Process
– Plan
• Computer Aided Manufacture
– manufactura (máquinas de control numérico, manejo de
materiales,robots,etc.)
• Computer Aided Quality Control
– Inspección y prueba
23

24. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
Conclusion:
computadoras hoy
• Hogar
• Oficina
• Servicios
• Industria
• Esneñanza
• Guerra
• Ventas
24
Unica
Grupo

25. TECNOLOGÍA DE LA
INFORMACIÓN
25
H-H
C-C
Red
H-C
C-H
C-N N-C
Serie o paralelo

26. CLASIFICACIÓN
INTRODUCCIÓN
• PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES:
– PROCESADO: Son las operaciones realizadas en
un sistema sobre una señal.
– SEÑAL: Cantidad física
– DIGITAL: Generalmente son sintetizadas para
comunicar información entre humanos ó
humano-maquina.
– SOFTWARE: Programa que realiza un algoritmo.
– ALGORITMO: Conjunto de reglas para la realización de un
programa.

27. • VENTAJAS:
– PROGRAMABLE: Permite flexibilidad para reconfigurar las
operaciones del proceso (Cambiar solo el software)
– PRECISIÓN: Mejor control
– ALMACENAMIENTO: Señales transportables para posterior procesado
– BARATO: en la mayoría de las ocasiones
• Procesamiento de la señal
• APLICACIONES
– Grabado de sonido  compresores y limitadores, expansión y ruido,
ecualizadores y filtros, sistemas de reducción de ruido, retardos y
reverberancia, efectos especiales.
– Telefonía  Cancelación de eco en redes telefónica, marcación de
tonos
– FM stereo
– Síntesis de música electrónica
Procesamiento de
la señal
ADC DAC
Señal de
entrada
Señal
de
salida

28. IDENTIFICACIÓN DE
SEÑALES
• SEÑAL:
– Cantidad física que varía con
respecto a una o varias variables
independientes como tiempo,
presión, temperatura, distancia,
posición, etc.
– Esta cantidad física, lleva
información sobre el estado o
comportamiento de un sistema
físico. Se describen
matemáticamente como una
función:
2
3
2
2
1
10
2
3
)
,
(
20
)
(
5
)
(
y
xy
x
y
x
S
t
t
S
t
t
S








N
i
i
i
i t
t
t
F
sen
t
A
1
))
(
)
(
2
(
)
( 


29. CLASIFICACIÓN
• Por su variable independiente: Continua y Discreta:

30. • También puede ser real o compleja:
• Por la fuente que la generó, puede ser:
– Escalar Una sola fuente (voz)
– Vectorial o multicanal Varias fuentes (imagen color RGB)
t
jt
e
t
x
e
t
x


)
(
)
(

31. • Por el número de variables independientes:
– Unidimensional (voz)
– Bidimensional (imagen)
– Multi-dimensional (video)
• Señal analógica: Continua en el tiempo y amplitud, “t” ó “x” y
“y”
• Señal digital: Discreta en tiempo y en amplitud
• Señal muestreada: Discreta en tiempo y continua en amplitud,
“n”, ó “m y n”; muestra.
• Señal cuantizada: Continua en tiempo y discreta en amplitud

32. • Por la forma de describirse:
– Señal determinista.- puede ser determinada únicamente por un
proceso bien definido, por ejemplo por una expresión
matemática, regla ó tabla.
– Señal aleatoria.- es generada en forma aleatoria y no puede
predecirse.