Procesamiento Digital de Señales​

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
SEMESTRE: Séptimo.
OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará filtros digitales previo análisis de las señales utilizando la
transformada discreta de Fourier en tiempo y frecuencia para su procesamiento, por medio de programas de
cómputo y circuitos integrados.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Conceptos Básicos de las Funciones Discretas en Tiempo.
II.- Análisis en Frecuencia de las Funciones Discretas en Tiempo .
III.- Diseño de Filtros Digitales Para el Procesamiento Digital de Señales.
METODOLOGÍA:
Búsqueda de información por parte del alumno asesorado por el profesor.
Integración de equipos de trabajo de alumnos para la realización de prácticas y ejercicios.
Presentación conceptual del tema y resolución de dudas por parte del profesor.
Consulta documental por el alumno de programas de cómputo y dispositivos electrónicos.
Elaboración de resúmenes, cuadros sinópticos y mapas conceptuales por parte del alumno.
Prácticas de los alumnos en los laboratorios, supervisados y coordinados por el profesor.
Técnicas grupales para solución de ejercicios.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Tres exámenes departamentales (70 %) haciendo un promedio final con las prácticas (20%), tareas, temas de
consulta en forma grupal o individual (10%).
BIBLIOGRAFÍA:
1.- Ashok, Albardar, Procesamiento de Señales Analógicas y Digitales . Thompson Learning 2ª edición
México, 1999 , 811pág.
2.- Brigham E, Oran. The Fast Fourier Transform, Prentice Hall , 1a. Edición, USA, 1974 , 252 pág.
3.- Denbigh, Philip. System Analysis and Signal Processing, Addison-Wesley, 1a. edición USA,1999, 513
pág.
4.- Lyons, Richard., Understanding Digital Signal Processing, McGraw Hill, 4a. edición ,USA,1999, 517 pág.
5.- Papoulis A. Bertran M., Sistemas y Circuitos Digitales y Analógicos, Marcombo, 1ª edición México,1989,
587 pág.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR
ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería
Mecánica y Eléctrica.
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones
y Electrónica.
OPCIÓN:.
COORDINACIÓN:.
DEPARTAMENTO: Ingeniería en
Comunicaciones y Electrónica.
ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
SEMESTRE: Séptimo.
CLAVE:
CRÉDITOS: 7.5
VIGENTE: Agosto del 2006.
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico Práctica.
MODALIDAD: Escolarizada.
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
HRS/SEMANA/PRÁCTICA:
3.0
1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
54.0
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0
HRS/TOTALES:
81.0
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO
POR: Las Academias de Comunicaciones
de la ESIME
Culhuacan y Zacatenco.
REVISADO POR: Las Subdirecciones Académicas.
APROBADO POR: Los Consejos Técnicos Consultivos
Escolares de la ESIME Culhuacan y Zacatenco.
Ing. Ernesto Mercado Escutia.
M. en C. Jesús Reyes García.
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN.
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ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
CLAVE
HOJA: 2
DE
7
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
Los temas impartidos en esta asignatura, contribuyen a la formación del Ingeniero en Comunicaciones y
Electrónica para el procesamiento digital de señales , que son indispensables para el egresado. Así mismo, se
abordan los conceptos de transformada Z, rápida y discreta de Fourier , ya que éstos proporcionan la
visualización de características que deben de cumplir los filtros digitales y algoritmos para el procesamiento de
señales.
El conocimiento del procesamiento digital de señales es indispensable para el egresado, ya que fundamenta
los sistemas de comunicación electrónica actuales, constituyendo adicionalmente las bases para los sistemas
digitales de Telefonía, Radiocomunicación, Comunicación Vía Satélite y Transmisión de Datos integrando los
conocimientos adquiridos en diferentes asignaturas tales como Matemáticas, Comunicaciones Analógicas y
Comunicaciones Digitales.
Asignaturas antecedentes : Matemáticas, Teoría de Circuitos, Física Clásica, Teoría Electromagnética,
Computación, Programación, Comunicaciones Analógicas, Comunicaciones Digitales.
Asignaturas Colaterales : Introducción a Redes, Espacio y Estado.
Asignaturas Consecuentes : Redes Convergentes, Sincronización y Acceso Múltiple, Radiocomunicación.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará filtros digitales previo análisis de las señales utilizando la transformada discreta de Fourier
en tiempo y frecuencia para su procesamiento, por medio de programas de cómputo y circuitos integrados.
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DIRECCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR
ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
No. UNIDAD
I
CLAVE:
HOJA: 3 DE 7
NOMBRE: Conceptos Básicos de las Funciones Discretas en Tiempo.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará las señales discretas, a través de la transformada Z para su mejor aprovechamiento y óptima
aplicación.
No.
TEMA
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.7
1.8
1.8.1
1.8.2
1.8.3
1.8.4
1.9
TEMAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
HORAS
T
P
EC
Concepto de procesamiento digital de señales.
Esquema del procesamiento digital de señales y conversión
de analógico a digital y viceversa.
Formas de definición de señales discretas en tiempo.
Definición de sistemas discretos lineales e invariantes en
tiempo.
Ecuaciones de diferencia.
Transformada Z directa.
Método de definición.
Método integral de contorno.
Aplicaciones de las propiedades de la transformada Z,
linealidad, desplazamiento y escalamiento en tiempo,
diferenciación e integración en tiempo, desplazamiento y
escalamiento en frecuencia, diferenciación e integración en
frecuencia, convolución en tiempo y frecuencia.
Función de transferencia discreta, rdc, polos y ceros.
Causalidad y estabilidad.
Transformada Z inversa.
Método de expansión en serie de potencias
Método de expansión en fracciones parciales.
Método integral de inversión.
Respuesta en frecuencia
1.5
0.75
1.5
0.75
1.5
1.5
Subtotal de horas.
18.0
0.75
6.0
1B,2B,3B,4B,5 B,
3.0
3.0
3.0
0.75
5.0
3.0
4.5
1.0
9.0 10.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información por parte del alumno, relativa al procesamiento digital de señales y transformada Z
asesorado por el profesor.
Integración en equipos de trabajo de alumnos para la realización de prácticas y ejercicios.
Presentación conceptual del tema y resolución de dudas, por parte del profesor , con interacción de los alumnos.
Elaboración de resúmenes, mapas conceptuales por parte del alumno.
Prácticas de laboratorio de simulación en cómputo, para una mayor comprensión y comprobación de lo impartido
en clase, por parte del alumno, bajo la supervisión y coordinación del profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de la unidad será evaluado por medio del 1er. examen departamental con valor del 70 %.
Ejercicios realizados en clase y extraclase con valor del 5 % .
Realización de prácticas que darán un 20 %
Tema de consulta documental expuestos en forma grupal o individual un 5 %.
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ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
No. UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 4
DE 7
NOMBRE: Análisis en Frecuencia de las Funciones Discretas en Tiempo.
II
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno analizará las señales, por medio de las series y transformadas discretas de Fourier, para visualizar su
comportamiento en el tiempo y la frecuencia, estructurando algoritmos, que permitan el manejo de estas señales,
para su posterior aplicación.
No.
TEMA
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.8.1
2.8.2
2.8.3
TEMAS
HORAS
T
Relación de comportamientos en tiempo y
frecuencia.
Representación de funciones periódicas y
discretas .
Series discreta de Fourier y sus propiedades:
linealidad, escalamiento y desplazamiento en
tiempo y frecuencia, convolución en tiempo y
frecuencia
Relación entre funciones discretas en tiempo
periódicas y no periódicas
Transformada discreta de Fourier y sus
propiedades: linealidad, escalamiento y
desplazamiento en tiempo y frecuencia,
convolución en tiempo y frecuencia
Relación entre convolución lineal y circular.
Algoritmo de la T. rápida de Fourier
Aplicaciones de la T discreta de Fourier
Convolución lineal con la T. rápida de Fourier.
Correlación lineal con la T. rápida de Fourier.
Estimación espectral de señales de larga
duración.
Subtotal de horas.
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
P
EC
3.0
1.5
1.5
1B,2B,3B,4B,5 B,
1.5
1.5
1.5
1.5
3.0
3.0
3.0
1.5
1.5
1.5
6.0
3.0
18.0
9.0
7.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información relativa a las series y Transformadas de Fourier por parte del alumno, asesorado por el
profesor.
Presentación conceptual del tema y resolución de dudas, por parte del profesor y con interacción de los alumnos.
Consulta documental por el alumno de los diferentes tipos de señales y su procesamiento digital. .
Elaboración de resúmenes, cuadros sinópticos y mapas conceptuales por parte del alumno.
Técnicas grupales para solución de ejercicios.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras por parte del alumno bajo la supervisión y
coordinación del profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de la unidad será evaluado por medio del 2º examen departamental con valor del 70 %.
Ejercicios realizados en clase y extraclase con un valor del 5 % .
Realización de prácticas con un valor del 20 %.
Exposición de temas en forma grupal o individual por el 5 %.
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ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
No. UNIDAD
III
CLAVE:
HOJA: 5 DE 7
NOMBRE: Diseño de Filtros Digitales Para el Procesamiento Digital de Señales.
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará filtros digitales utilizando las diferentes técnicas de procesamiento digital de señales y
elaborará algoritmos matemáticos, para su realización en programas de cómputo y dispositivos de
procesamiento digital ajustando y verificando su óptimo desempeño.
No.
TEMA
3.1.
3.2
3.3
3.4
3.41
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.5
3.6
3.6.1
3.6.2
3.6.3
3.6.4
TEMAS
HORAS
T
Formas básicas de realización
Formas directa, transpuesta, cascada y paralelo.
Respuesta en frecuencia
Filtros de respuesta al impulso infinito.
Método de transformación bilineal
Método de sistema invariable al impulso
Método de sistema invariable al escalón.
Diseño de filtros pasa altas, pasa banda y rechazo de
banda a partir de la transformación del filtro pasa
bajo
Filtros de respuesta impulso finito
Filtros de fase lineal
Funciones ventana.
Métodos de series de Fourier
Método de muestreo en frecuencia
Método de Remez
Subtotal de horas.
P
EC
1.5
1.5
1.5 3.0
1.5
6.0 3.0
4.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B,2B,3B,4B,5 B,
1.5
1.5
1.5
6.0 4.5
3.0
18.0 12.0
10.5
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Búsqueda de información relativa a las diferentes técnicas de filtrado digital por parte del alumno, asesorado
por el profesor.
Presentación conceptual del tema y resolución de dudas, por parte del profesor.
Consulta documental por el alumno de los diferentes tipos de procesadores digitales de señales que existen
hoy en día comercialmente.
Elaboración de resúmenes, cuadros sinópticos y comparativos de los diferentes métodos de procesamiento
digital de señales por parte del alumno.
Técnicas grupales para solución de ejercicios.
Uso de programas de simulación por medio de computadoras y de dispositivos electrónicos de
procesamiento digital de señales por parte del alumno bajo la supervisión y coordinación del profesor.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de la unidad será evaluado por medio del 3 er examen departamental con valor del 70 %.
Ejercicios realizados en clase y extraclase con valor del 5 %. .
Realización de prácticas con valor del 20 %.
Exposición de temas expuestos en forma grupal o individual con valor del 5 %.
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ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales.
CLAVE:
HOJA: 6 DE 7
RELACION DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Las prácticas se
realizarán en el
Laboratorio de
Comunicaciones de
Realización Física de
Circuitos de
Comunicaciones.
1
Análisis de secuencia con software de
simulación en cómputo ( Matlab)
I
3.0
2
Transformada Z con software de
simulación en cómputo ( Matlab)
I
3.0
3
Análisis de la Función de transferencia.
rdc, polos y ceros
Transformada Discreta de Fourier con
software de simulación en cómputo (
Matlab)
Algoritmo de la transformada rápida de
Fourier.
Convolución discreta con software de
simulación en cómputo ( Matlab)
I
3.0
II
3.0
II
1.5
II
1.5
4
5
6
7
Función ventana
III
3.0
8
Filtros IIR
III
3.0
9
Filtros FIR
III
1.5
10
Aplicación de filtros digitales en
procesadores digitales de señales.
III
4.5
Total de horas.
27.0
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ASIGNATURA: Procesamiento Digital de Señales
CLAVE:
HOJA:7 DE 7
PERÍODO
UNIDAD
1
I
La primera evaluación constará de los siguientes porcentajes :
70% Examen departamental.
20% Prácticas de laboratorio.
10% Tareas y exposición de temas en forma grupal o individual.
2
II
La segunda evaluación constará de los siguientes porcentajes :
70% Examen departamental.
20% Prácticas de laboratorio.
10% Tareas y exposición de temas en forma grupal o individual.
3
III
La tercera evaluación constará de los siguientes porcentajes :
70% Examen departamental.
20% Prácticas de laboratorio.
10% Tareas y exposición de temas en forma grupal o individual.
.
La evaluación de la asignatura es el promedio de las tres calificaciones
anteriores.
C
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
CLAVE
B
1
X
Ashok, Albardar. Procesamiento de Señales Analógicas y Digitales ,
Thompson Learning 2ª edición México, 1999 , 811pág.
BIBLIOGRAFÍA
2
X
Brigham E. Oran, The Fast Fourier Transform, Prentice Hall, 1a. Edición,
USA, 1974 , 252 pág.
3
X
Denbigh, Philip. System Analysis and Signal Processing,
Wesley, 1a. edición USA,1999, 513 pág.
4
X
Lyons, Richard. .Understanding Digital Signal Processing. McGraw Hill 4a.
edición ,USA,1999, 517 pág.
5
X
Papoulis A, Bertran M. Sistemas y Circuitos Digitales y Analógicos,
Marcombo, 1ª edición México,1989, 587 pág.
Addison-
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1.
DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.
CARRERA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica.
ÁREA:
BÁSICAS
ACADEMIA:
C. INGENIERÍA
SEMESTRE Séptimo.
D. INGENIERÍA
ASIGNATURA:
Comunicaciones
C. SOC. y HUM.
Procesamiento Digital de Señales .
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica titulado
preferentemente con maestría o doctorado en el área.
2.- OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñará filtros digitales previo análisis de las señales
utilizando la transformada discreta de Fourier en tiempo y frecuencia para su procesamiento, por medio de
programas de cómputo y circuitos integrados.
3.- PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
Cálculo Diferencial e Dos años de experiencia
Integral Superior,
mínima profesional en el
Transformadas de
área de Ingeniería en
Fourier, Variable
Comunicaciones .
Compleja,
Probabilidad y
Estadística,
Comunicaciones y
Electrónica.
ELABORÓ
HABILIDADES
ACTITUDES
Dominio de la asignatura.
Manejo de grupos.
Comunicación.
Capacidad de análisis y
síntesis.
Manejo de materiales
didácticos, equipos de
prueba de
telecomunicaciones y
cómputo.
Organización.
Creatividad.
REVISÓ
______________________
______________________
PRESIDENTE DE ACADEMIA
Ing. Guillermo Santillán Guevara
M. en C. Efrén Pérez Carmona
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
Ing. Guillermo Santillán Guevara
Ing. Rubén Juárez Barrientos
Vocación por la docencia.
Honestidad.
Ejercicio de la crítica
fundamentada.
Respeto(Buena relación maestro
alumno).
Tolerancia.
Ética.
Responsabilidad científica.
Espíritu de colaboración.
Superación docente y
profesional.
Solidaridad.
Compromiso social.
Puntualidad.
AUTORIZÓ
____________________
DIRECTOR DEL PLANTEL
M. en C. Jesús Reyes García
Ing. Ernesto Mercado Escutia.
FECHA: 18 ago 2005