ASIGNATURA: FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICACIONES

INVESTIGACIÓN: SEÑALES Y SU CLASIFICACIÓN

CARRERA: INGIENERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES

INTEGRANTES:

ANTONIO CRUZ DANIEL 11071382 ÁVILA CARPIO JOSÉ FRANCISCO 11070440 CRUZ RIVERA DANIEL EFRAÍN 11070562 RODRIGO MARTÍNEZ HERNÁNDEZ 11070581

SEMESTRE: 5°

DOCENTE: JUAN CARLOS LÓPEZ ARCOS

HORA: 11:00-12:00

CIUDAD MADERO TAMPS, A 11 DE SEPTIEMBRE DEL 2013.

1.- ¿QUÉ ES UNA SEÑAL?

Una señal es una combinación de una magnitud física con la transformación que transforma. En telecomunicaciones el soporte de las señales es eléctrico/magnético y la información es “percibida” (detectada o medida) como el voltaje, corriente o potencia.

Una señal cambia con el tiempo y las variaciones de su amplitud con el tiempo se denomina representación en el “dominio del tiempo”.

Las señales pueden ser o no periódicas. Una señal es periódica si consiste en una forma básica que se repite a lo largo del tiempo.

Una señal puede ser también la variación de una corriente eléctrica u otra magnitud física que se utiliza para transmitir información. Por ejemplo, en telefonía existen diferentes señales, que consisten en un tono continuo o intermitente, en una frecuencia característica, que permite conocer al usuario en qué situación se encuentra la llamada.

Una señal es una forma limitada de comunicación entre procesos empleada en Unix y otros sistemas operativos compatibles con POSIX. En esencia es una notificación asíncrona enviada a un proceso para informarle de un evento. Cuando se le manda una señal a un proceso, el sistema operativo modifica su ejecución normal. Si se había establecido anteriormente un procedimiento (handler) para tratar esa señal se ejecuta éste, si no se estableció nada previamente se ejecuta la acción por defecto para esa señal.

2.- ¿CUÁLES SON LOS TIPO DE SEÑALES?

Señales Continuas: Una señal continúa es una señal "suave" que está definida para todos los puntos de un rango determinado del conjunto de los números reales. Por ejemplo, la función seno es un ejemplo continuo, como la función exponencial o la función constante. Una parte de la función seno en el rango de tiempos de 0 a 6 segundos también es continúa. Si deseamos ejemplos de la naturaleza tenemos la corriente, el voltaje, el sonido, la luz, etc.

Señales Discretas: Una señal discreta es una señal discontinua que está definida para todos los puntos de un rango determinado del conjunto de los números enteros. Su importancia en la tecnología es que, los computadores y microchips que son utilizados en este nuevo mundo "Digital" en el que vivimos, solo manejan señales discretas. Una señal discreta en la naturaleza podria ser el pulso cardiaco, el rebotar de una pelota al caer libremente, etc. Si para todos los valores de una variable existe un valor, estamos hablando de una señal continua.

Señales Analógicas: Una señal analógica es aquella función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.

Señales Digitales: Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes de la misma se representan mediante valores discretos en lugar de variables continuas. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación). Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.

Señales reales: señales complejas: Una señal es real si el conjunto de valores que puede adoptar (sea continuo o discreto) pertenece exclusivamente al conjunto de los números reales. Si alguno de los valores que puede adoptar la señal pertenece al conjunto de los números complejos, estaremos hablando de una señal compleja Señales deterministas y aleatorias Una señal determinística es aquella que puede ser representada matemáticamente de forma explícita, y de esta forma sus valores futuros son perfectamente predecibles. Cualquiera de las señales hasta ahora expuestas responden a esta característica. Una señal aleatoria es aquella cuyo valor depende, en mayor o menor medida, del instante en el que nos encontramos. Este tipo de señales son de particular utilidad para los procesos de comunicaciones.

Señales pares e impares: Esta clasificación se origina a partir de la respuesta de las señales a una transformación de reflexión. Una señal es par si verifica que la reflexión de ella misma es la propia señal. Matemáticamente, se expresa en la forma x(t)=x(-t) para señales continuas y x[n]=x[-n] para señales discretas. Una señal es impar si su reflexión produce una señal invertida de la original. Para funciones continuas, la condición queda como x(t)=-x(-t) y para señales discretas x[n]=-x[-n].

Señales Ortogonales: Cualquier señal puede ser representada en función de señales pares e impares. Esta representación de señales en función de otras se generaliza, al hecho de que es posible encontrar un conjunto de señales que actúen como base de cualquier señal, de forma que sea posible visualizar la señal como un vector en un sistema donde otras señales, que han de ser ortogonales, actúen como coordenada unidad

3.- CARACTERÍSTICAS DE UNA SEÑAL

SEÑAL: cantidad física que varía con respecto a una o más variables independientes. Estas contienen información de la naturaleza o comportamiento de algún fenómeno.

Sus características más importantes son:

FRECUENCIA: Número de vibraciones, ondas o ciclos realizados en una unidad de tiempo determinada.

f= 1T

=2πw

T Periodo de la señal

f Frecuencia en Hertz (Hz)

w Frecuencia en radianes

LONGITUD DE ONDA: Si la onda se propaga en el espacio, recorre una distancia que depende de la velocidad a la que se propaga y la frecuencia a la que oscila. A

esta distancia en un tiempo determinado se le conoce como longitud de onda. Su símbolo es , y sus unidades son metros. La expresión matemática es:

λ= vf

AMPLITUD: Es el valor máximo que puede alcanzar una señal en un periodo de tiempo.

FASE: Se refiere al desplazamiento de una señal, hacia la derecha o la izquierda con respecto a una referencia.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1

0

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1

0

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1

0

1

tiempo en segundos

magnitud d

e la s

eno

ANCHO DE BANDA: El ancho de banda (Bw) de una señal es el espacio que ocupa en frecuencia, define como un rango de frecuencias positivas.

4.- PARÁMETROS DE UNA SEÑAL

Parámetros de la Señal Analógica:

• Valor de pico (VP): Es el valor máximo que alcanza una señal; también se le llama amplitud. Si el máximo positivo es igual al máximo negativo, denominamos valor de pico a pico (Vpp) a la suma sin signo de los dos valores. Por tanto, [Vpp=2Vp].

• Periodo (T): Es el tiempo que tarda en ejecutar un ciclo. Entendemos por ciclo cada repetición de la señal. El periodo se mide en segundos, y se emplean más habitualmente los submúltiplos.  

• Frecuencia (F): Es el número de ciclos que una señal periódica ejecuta por segundo, y su unidad es el Hercio (Hz).

Señales digitales

Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo.

Sus parámetros son:

Altura de pulso (nivel eléctrico) Duración (ancho de pulso) Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)

Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, y como dijimos anteriormente, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.

5.- FORMAS DE LAS SEÑALES

Señal Analógica

Señal Digital

6.- ¿QUÉ ES EL OSCILOSCOPIO?

Un osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.

UTILIZACIÓN

En un osciloscopio existen, básicamente, dos tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se puede ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir.

Para medir se le puede comparar con el plano cartesiano.

El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando la tensión de entrada (en Voltios, milivoltios, microvoltios, etc., dependiendo de la resolución del aparato).

Estas regulaciones determinan el valor de la escala cuadricular que divide la pantalla, permitiendo saber cuánto representa cada cuadrado de ésta para, en consecuencia, conocer el valor de la señal a medir, tanto en tensión como en frecuencia, (en realidad se mide el periodo de una onda de una señal, y luego se calcula la frecuencia)

Los osciloscopios, clasificados según su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.

OSCILOSCOPIO ANALÓGICO

Figura No.1 Osciloscopio

Figura No.2 Representación esquematica de un osciloscopio

La tensión a medir se aplica a las placas de desviación vertical oscilante de un tubo de rayos catódicos (utilizando un amplificador con alta impedancia de entrada y ganancia ajustable) mientras que a las placas de desviación horizontal se aplica una tensión en diente de sierra (denominada así porque, de forma repetida, crece suavemente y luego cae de forma brusca). Esta tensión es producida mediante un circuito oscilador apropiado y su frecuencia puede ajustarse dentro de un amplio rango de valores, lo que permite adaptarse a la frecuencia de la señal a medir. Esto es lo que se denomina base de tiempos.

En la Figura 2 se puede ver una representación esquemática de un osciloscopio con indicación de las etapas mínimas fundamentales. El funcionamiento es el siguiente:

En el tubo de rayos catódicos el rayo de electrones generado por el cátodo y acelerado por el ánodo llega a la pantalla, recubierta interiormente de una capa fluorescente que se ilumina por el impacto de los electrones.

Si se aplica una diferencia de potencial a cualquiera de las dos parejas de placas de desviación, tiene lugar una desviación del haz de electrones debido al campo eléctrico creado por la tensión aplicada.

De este modo, la tensión en diente de sierra, que se aplica a las placas de desviación horizontal, hace que el haz se mueva de izquierda a derecha y durante este tiempo, en ausencia de señal en las placas de desviación vertical, dibuje una línea recta horizontal en la pantalla y luego vuelva al punto de partida para iniciar un nuevo barrido.

Este retorno no es percibido por el ojo humano debido a la velocidad a que se realiza y a que, de forma adicional, durante el mismo se produce un apagado (borrado) parcial o una desviación del rayo.

Si en estas condiciones se aplica a las placas de desviación vertical la señal a medir (a través del amplificador de ganancia ajustable) el haz, además de moverse de izquierda a derecha, se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la polaridad de la señal, y con mayor o menor amplitud dependiendo de la tensión aplicada.

Al estar los ejes de coordenadas divididos mediante marcas, es posible establecer una relación entre estas divisiones y el período del diente de sierra en lo que se refiere al eje X y al voltaje en lo referido al Y. Con ello a cada división horizontal corresponderá un tiempo concreto, del mismo modo que a cada división vertical corresponderá una tensión concreta. De esta forma en caso de señales periódicas se puede determinar tanto su período como su amplitud.

El margen de escalas típico, que varía de microvoltios a unos pocos voltios y de microsegundos a varios segundos, hace que este instrumento sea muy versátil para el estudio de una gran variedad de señales.

LIMITACIONES DEL OSCILOSCOPIO ANALÓGICO

El osciloscopio analógico tiene una serie de limitaciones propias de su funcionamiento:

Las señales deben ser periódicas. Para ver una traza estable, la señal debe ser periódica ya que es la periodicidad de dicha señal la que refresca la traza en la pantalla. Para solucionar este problema se utilizan señales de sincronismo con la señal de entrada para disparar el barrido horizontal (trigger level) o se utilizan osciloscopios con base de tiempo disparada.

Las señales muy rápidas reducen el brillo. Cuando se observa parte del período de la señal, el brillo se reduce debido a la baja persistencia fosfórica de la pantalla. Esto se soluciona colocando un potencial post-acelerador en el tubo de rayos catódicos.

Las señales lentas no forman una traza. Las señales de frecuencias bajas producen un barrido muy lento que no permite a la retina integrar la traza. Esto se solventa con tubos de alta persistencia. También existían cámaras Polaroid especialmente adaptadas para fotografiar las pantallas de osciloscopios. Manteniendo la exposición durante un periodo se obtiene una foto de la traza. Otra forma de solucionar el problema es dando distintas pendientes al diente de sierra del barrido horizontal. Esto permite que tarde más tiempo en barrer toda la pantalla, y por ende pueden visualizarse señales de baja frecuencia

pero se verá un punto desplazándose a través de la pantalla debido a que la persistencia fosfórica no es elevada.

Sólo se pueden ver transitorios si éstos son repetitivos; pero puede utilizarse un osciloscopio con base de tiempo disparada. Este tipo de osciloscopio tiene un modo de funcionamiento denominado "disparo único". Cuando viene un transitorio el osciloscopio mostrará este y sólo este, dejando de barrer una vez que la señal ya fue impresa en la pantalla.

OSCILOSCOPIO DIGITAL

En la actualidad los osciloscopios analógicos están siendo desplazados en gran medida por los osciloscopios digitales, entre otras razones por la facilidad de poder transferir las medidas a una computadora personal o pantalla LCD.

En el osciloscopio digital la señal es previamente digitalizada por un conversor analógico digital. Al depender la fiabilidad de la visualización de la calidad de este componente, esta debe ser cuidada al máximo.

Las características y procedimientos señalados para los osciloscopios analógicos son aplicables a los digitales. Sin embargo, en estos se tienen posibilidades adicionales, tales como el disparo anticipado (pre-triggering) para la visualización de eventos de corta duración, o la memorización del oscilograma transfiriendo los datos a un PC. Esto permite comparar medidas realizadas en el mismo punto de un circuito o elemento. Existen asimismo equipos que combinan etapas analógicas y digitales.

La principal característica de un osciloscopio digital es la frecuencia de muestreo, la misma determinara el ancho de banda máximo que puede medir el instrumento, viene expresada generalmente en MS/s (millones de muestra por segundo).

La mayoría de los osciloscopios digitales en la actualidad están basados en control por FPGA (del inglés Field Programmable Gate Array), el cual es el elemento controlador del conversor analógico a digital de alta velocidad del aparato y demás circuitería interna, como memoria, buffers, entre otros.

Estos osciloscopios añaden prestaciones y facilidades al usuario imposibles de obtener con circuitería analógica, como los siguientes:

Medida automática de valores de pico, máximos y mínimos de señal. Verdadero valor eficaz.

Medida de flancos de la señal y otros intervalos. Captura de transitorios. Cálculos avanzados, como la FFT para calcular el espectro de la señal.

también sirve para medir señales de tensión.

Bibliografía:

http://agamenon.tsc.uah.es/Asignaturas/ittst/sl/apuntes/ Tema1Sesion1_Apuntes.pdf

http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php http://www.sharatronica.com/osciloscopio.html http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r87842.PDF