Sesion 2 - Señales Analógica y Digital
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  • 1. La data puede ser analógica o digital . El término data analógica se refiere a la información que es continua; data digital se refiere a información que tiene estados discretos. La data analógica toma valores continuos. La data digital toma valores discretos.
    • Data Analógica y Digital.
    • Señales Análogas y Digitales.
    • Señales Periódicas y No Periódicas.
    Tópicos discutidos en esta sesión: ANÁLOGO y DIGITAL Las señales pueden ser analógicas o digitales . Las señales analógicas pueden tener un número infinito de valores en un rango; las señales digitales pueden tener solo un número limitado de valores .
  • 2.
    • La data análoga , como el sonido hecho por la voz humana toma valores continuos. Cuando alguien habla una onda análoga es creada en el aire. Esto puede ser capturable por un micrófono y convertido a una señal análoga o muestreada y convertida a una señal digital.
    • La data digital toma valores discretos como la data almacenada en memoria de computadora , en forma de 1s y 0s. Esta puede ser convertida a una señal digital o modulada en una señal análoga para su envío a través de un medio de transmisión.
    Para ser transmitida, la data debe ser transformada a señales electromagnéticas.
  • 3. SEÑALES Una señal es una función de una o más variables que transportan información acerca de la naturaleza de un fenómeno físico o cualquier cantidad física que varía con el tiempo , espacio o cualquier otra variable. Nos centraremos en un variable (1-D), tiempo.
    • Las señales pueden ser de:
    • 1-D, 2-D,…N-D;
    • Analógica (tiempo continuo, TC, x(t))
    • Digital (tiempo discreto, TD x[n]).
    Señales Periódicas Señales No Periódicas
    • Las señales analógicas y digitales pueden ser periódicas y no periódicas .
    • Una señal periódica completa un patrón dentro de un marco de tiempo medible, llamado un periodo , y repite ese patrón sobre subsecuentes periódicos idénticos.
      • La terminación de un patrón completo es llamado ciclo .
    • Una señal no periódica cambia sin exhibir un patrón o ciclo que se repite sobre el tiempo.
  • 4. SEÑALES ANÁLOGAS PERIÓDICAS Las señales periódicas pueden ser clasificadas como simple o compuesta . Una señal análoga periódica simple , una onda seno , no puede ser descompuesta en señales más simples. Una señal análoga periódica compuesta esta conformada de múltiples ondas seno.
    • Onda Seno
    • Longitud de Onda
    • Dominio de tiempo y frecuencia.
    • Señales compuestas
    • Ancho de banda
    Tópicos discutidos en esta sesión:
  • 5. ONDA SENO
    • Una onda seno es la forma más fundamental de un señal periódica análoga . Puede ser representada por tres parámetros: La amplitud pico, la frecuencia y la fase. Se define matemáticamente de la siguiente manera:
    Amplitud Máxima Amplitud Mínima Amplitud en el instante t=0.861 5 periodos en un segundo  Frecuencia=5Hz T = Periodo = 0.2s t A
      • X (t) = Valor de la amplitud de la señal en el instante t.
      • A = Amplitud o altura de la señal en cada instante (V, A, W).
      • f = Número de ciclos por segundo.
      • Θ = Fase de la señal, desplazamiento de la onda en el tiempo
      • T = Tiempo que tarda una señal en completar un ciclo.
      • λ = Distancia entre dos crestas o valles consecutivos
      • Si: θ = /2rad, la misma señal se puede expresar como un onda coseno.
    λ Cresta Valle Dirección de Propagación
  • 6.
    • Amplitud Pico de una señal, es el valor absoluto de su intensidad más alta, proporcional a la energía que transporta. Para señales eléctricas la amplitud pico es normalmente voltios. Ejemplo:
    • La energía en tu hogar puede ser representado por una onda seno de 220 a 240V.
    • El voltaje de batería/ pila es constante (12V/1.5V), esta constante puede ser considerada una onda seno con frecuencia cero.
    • Periodo y Frecuencia
    • El periodo se refiere al tiempo en segundos, que una señal necesita para completar un ciclo . Formalmente es expresado en segundos (s / ms/ µs/ ns/ ps) .
    • La frecuencia se refiere al número de periodos en 1s. Formalmente es expresado en Hertz (Hz/ KHz/ MHz/ GHz/ THz), el cual es ciclos por segundos . Ejemplo
    • La energía en el hogar tiene una frecuencia de 60Hz (50Hz en Europa)
    • El periodo es la inversa de la frecuencia y viceversa.
    La frecuencia es la tasa de cambio con respecto al tiempo. Cambia en un periodo corto de tiempo que significa alta frecuencia. Cambios sobre un largo periodo de tiempo significa baja frecuencia.
  • 7.
    • Fase de una señal, describe la posición de la forma de onda relativa al tiempo cero . Si pensamos de la onda como algo que se desplaza hacia atrás o adelante a lo largo del eje del tiempo. La fase describe la cuenta de ese desplazamiento. Esto indica el estatus del primer ciclo.
    • La fase es medida en grados o radianes. 360º es 2 Π rad;
      • Una fase desplazada 360º corresponde a un desplazamiento de un periodo completo.
      • Una fase desplazada 270º corresponde a un desplazamiento de tres cuartos de un periodo.
      • Una fase desplazada 180º corresponde a un desplazamiento de mitad de un periodo.
      • Una fase desplazada 90º corresponde a un desplazamiento de un cuarto de un periodo
      • Una fase desplazada 45º corresponde a un desplazamiento de un octavo de un periodo
    Longitud de Onda , es otra característica de una señal viajando a través de un medio de transmisión. La longitud de onda une el periodo o la frecuencia de una onda seno a la velocidad de propagación del medio. Mientras la frecuencia de una señal es independiente del medio de transmisión la longitud de onda depende de la frecuencia y el medio . La longitud de onda es una propiedad de algún tipo de señal . En comunicaciones de data, a menudo usamos la longitud de onda para describir la transmisión de luz en una fibra óptica. La longitud de onda es la distancia de una señal simple que puede viajar en un periodo. Puede ser calculado: λ = Velocidad de Propagación* Periodo = C/ f
  • 8. Relación entre distintas fases Cambio de Frecuencia Cambio de Amplitud Cambios de fases SEÑALES ANALÓGICA
  • 9. Dominios de Tiempo y Frecuencia Una onda seno es completamente definida por su amplitud, frecuencia y fase. Hemos estado mostrando una onda seno usando lo que es llamado ploteo dominio del tiempo, el cual muestra cambios en la amplitud de la señal con respecto al tiempo . La fase no está explícitamente mostrada. Para mostrar la relación entre amplitud y frecuencia utilizamos el ploteo en el dominio de la frecuencia . Cambios de la amplitud durante un periodo no son mostrados. La ventaja del dominio de frecuencia es que podemos inmediatamente ver los valores de la frecuencia y la amplitud pico . Una onda seno completa es representada por un pulso. La posición del pulso muestra la frecuencia su altura muestra la amplitud pico.
  • 10. La FFT de una onda seno ideal consiste de un pulso en el dominio de la frecuencia . La imagen muestra el dominio del tiempo y dominio de la frecuencia de una onda seno de 100 kHz . Nota que solo vés un pulso en 100 kHz (La escala horizontal en el ploteo FFT es 125 kHz/div). ONDA SENO
  • 11. La FFT de una onda cuadrada tiene armónicos impares que disminuyen y se extienden al infinito a lo largo del eje de la frecuencia. Esta es la imagen de una onda cuadrada y su FFT, puedes ver el pulso principal de la frecuencia fundamental (100 kHz) seguidos a intervalos regulares por los armónicos impares (3º, 5º, 7º, etc.). Nota que también vés la magnitud más baja en el ploteo FFT el cual indica que no es una onda cuadrada perfecta. ONDA CUADRADA
  • 12. Como una onda cuadrada ideal, una onda triangular ideal consiste solo de armónicos impares. ONDA TRIANGULAR
  • 13. ONDA RAMPA/SIERRA
  • 14. ONDA DC
  • 15. ONDA RUIDO
  • 16. ONDA FM
  • 17. En comunicaciones de data, usamos comunmente señales periódicas analógicas y señales no periódicas digitales Note
  • 18.  
  • 19. SEÑALES DIGITALES Además de ser representada por una señal analógica, la información puede también ser representada por una señal digital . Por ejemplo, un uno (1) puede ser codificado como un voltaje positivo y un cero (0) como un voltaje cero. Una señal digital puede tener más de dos niveles. En este caso, podemos enviar más de un bit por cada nivel.
    • Tasa de bit
    • Longitud de bit
    • Señal digital como una señal análoga compuesta
    • Capa de Aplicación.
    Tópicos discutidos en esta sesión:
  • 20.
    • Un señal digital es discreta , solamente puede tomar un número de valores definidos (1 ó 0), su transición es instantánea.
    • La mayoría de las señales digitales son aperiódicas , y por tanto periodicidad o la frecuencia no es apropiada .
    • Se utiliza dos nuevos términos para describir una señal digital.
      • INTERVALO DE BIT, es el tiempo necesario para enviar un único bit.
      • LA TASA DE BITS (bps), es el número de intervalos de bits, por segundo, ie., el número de bits enviados en un segundo.
    SEÑALES DIGITAL Tasa de bit e Intervalos de bit Señal Digital
  • 21. Dos señales digitales : Una con dos niveles de señal y la otra con cuatro niveles de señal.
  • 22.
    • Son ejemplos, las señales de radio y televisión ; Ondas de radio provenientes de la galaxia, Microondas ; Radiación Infrarroja ; La Luz ; La radiación Ultravioleta ; Los rayos X ; La radiación gama producida por núcleos radioactivos.
    La naturaleza de las OEM, consiste en la propiedad que tienen el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo . El origen de los fenómenos EM es “q”. El plano de oscilación del campo eléctrico, define la dirección de polarización de la onda . Las OEM viajan en el vacío a la velocidad de la luz (C) y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una OEM depende de su frecuencia (ó λ ), entre mayor su frecuencia mayor es la energía : W = h f ;( W= energía, h = constante de Plank y f =frec. C = 300 000Km/s. λ = C / f; a esta velocidad, se da la vuelta entera a la tierra en 20ms; se viaja a la Luna en 1,3s; se llega al Sol en 8 minutos 19 segundos; se llega a la estrella más cercana en 4,2años. En un año la luz recorre 9,46 millones de millones de kilómetros (9,46x10 12 Km). A esta distancia se le llama: El año-luz y es muy útil para expresar las distancias entre cuerpos estelares. Para viajar a la estrella más cercana ( alfa centauro ), la luz se demora 4,2años-luz; al centro de la vía Láctea 27 700 años-luz, a la galaxia andrómeda 2 250 000 años-luz; Otra unidad de distancias usada en astronomía es el PARSEC= 3,26 años-luz . ONDA ELECTROMAGNETICA (OEM)
  • 23. Las señales referidas pueden estar indexadas por el tiempo, por coordenadas espaciales, o por ambas variables: Ejemplos, las imágenes médicas tomografía por rayos X, tomografía por resonancia magnética nuclear, o por emisión de positrones, y estudios con ultrasonido, otras señales biomédicas , obtenidas por electromiografía, electrocardiografía, o por electroencefalografía. Se incluyen también las señales de origen acústico, electromagnético, mecánico, térmico, ópticas, electroquímico , e incluso geológico o econométrico, y las imágenes (estáticas o dinámicas) acústicas, ópticas y electromagnéticas. La información es cualquier mensaje que sea legible y tenga significado para el usuario destino. Generalmente la data que utiliza una persona o una aplicación no está en un formato que se pueda transmitir por la red, deben ser convertidos a un formato aceptable para el medio de tranmisión. Los datos se deben transformarse en señales EM antes de enviarlos a través de un medio de transmisión para una red CONCLUSIONES