Señales y Unidades
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UT01 – 02 – Señales y Unidades Concepto, tipos, ancho de banda, atenuación, distorsión, señales compuestas UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal • Señal : toda magnitud eléctrica, como la tensión, la corriente o la frecuencia que puede se utilizar para transmitir información (Diccionario de Informática e Internet). • Señal : Variación de una corriente eléctrica u otra magnitud que se utiliza para transmitir información (DRAE). • Uno de los aspectos fundamentales del nivel físico es transmitir información en forma de señales electromagnéticas a través de un medio de transmisión • La información: un texto, un gráfico, un sonido, para poderlo tratar o para poderlo transmitir, es necesario codificarlo. • El receptor de esa información deberá obrar de forma inversa, es decir, deberá decodificar esa información y transformarla en el mensaje, sonido o gráfico de origen. • La forma de codificación es de tipo binario, es decir con ceros y unos; aún así, no puede transmitirse así, es necesario transportarla por medio de señales eléctricas. La información debe ser transformada en señales electromagnéticas para poder ser transmitida UT01 - Señales y Unidades Señales: índice de contenido (parte I) • Concepto de señal • Señales analógicas y digitales • Datos analógicos y digitales • Comparación entre señales • Señales periódicas • La onda senoidal • Periodo y frecuencia • Magnitudes • Concepto de fase UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: lo analógico y lo digital Analógico y digital • • Analógicas Indica algo que es continuo, un conjunto de puntos específicos de datos y todos los puntos posibles entre ellos Digitales Indica algo que es discreto, un conjunto de puntos específicos de datos sin los puntos intermedios. Datos analógicos y digitales • • La voz humana es un dato analógico. Cuando alguien habla, se crea una onda continua en el aire. Esta onda puede ser capturada por un micrófono y convertida en una señal analógica. Un ejemplo de dato digital son los datos almacenados en la memoria de una computadora en forma de ceros y unos. Se suelen convertir a señales digitales cuando se transfieren de una posición a otra dentro o fuera de la computadora. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: señales analógicas y digitales Señales analógicas y digitales • • • • • • Al igual que la información que representan, las señales pueden ser también analógicas o digitales Una señal analógica es una forma de onda continua que cambia suavemente en el tiempo. A medida que la onda se mueve de a A a B, pasa a través de, e incluye un número infinito de valores en, su camino. Una señal analógica tiene infinitos valores en un rango. Por el contrario, una señal digital es discreta. Solamente puede tener un número de valores definidos, a menudo tan simples como ceros y unos. La transición entre los valores de una señal digital es instantánea, como una luz que se enciende y se apaga. Una señal digital tiene finitos valores en un rango. Discreto: Separado, distinto (DRAE), Cantidad discreta: La que consta de unidades o partes separadas unas de otras, como los árboles de un monte, los soldados de un ejército, los granos de una espiga, etc. (DRAE) Analógica: Dicho de un aparato o de un instrumento de medida: Que la representa mediante variables continuas, análogas a las magnitudes correspondientes. (DRAE) Señal analógica: La que reproduce el valor de la magnitud que se desea transmitir. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Comparación entre señales analógicas y digitales Comparación entre señales analógicas y digitales • Habitualmente las señales se ilustran imprimiéndolas sobre un par de ejes perpendiculares. El eje vertical representa el valor o la potencia de la señal. El eje horizontal representa el paso del tiempo Resaltar el número infinito y finito de valores en cada tipo de señal UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Señales periódicas: onda senoidal Onda senoidal • En comunicaciones de datos, frecuentemente se utilizan señales periódicas analógicas y señales digitales no periódicas. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Periodo y frecuencia Frecuencia y periodo son magnitudes inversas UT01 - Señales y Unidades 1 T= f Concepto de señal: unidades de periodo y frecuencia 1 T= f Frecuencia y periodo son magnitudes inversas Unidad Segundos (s) Equivalencia 1s Unidad herzio (Hz) Equivalencia 1 Hz Milisegundos (ms) 10–3 s kiloherzio (KHz) 103 Hz Microsegundos (µs) 10–6 s megaherzio (MHz) 106 Hz Nanosegundos (ns) 10–9 s gigaherzio (GHz) 109 Hz Picosegundos(ps) 10–12 s teraherzio (THz) 1012 Hz UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejemplo frecuencia y periodo Ejemplo 1 Expresar un periodo de 100 ms en µs y su frecuencia correspondiente en kiloherzios. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejemplo frecuencia y periodo Ejemplo 1 Expresar un periodo de 100 ms en µs y su frecuencia correspondiente en kiloherzios. Solución De la tabla anterior, tenemos: 100 ms = 100 × 10-3 s = 100 × 10-3 × 106 µs = 105 µs Para hallar la frecuencia, hallamos su inversa 100 ms = 100 × 10-3 s = 10-1 s f = 1/10-1 Hz = 10 × 10-3 KHz = 10-2 KHz UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejercicios sobre frecuencias Ejercicio sobre frecuencias Dados los siguientes periodos, calcular sus frecuencias correspondientes. Expresar las frecuencias en Hz, KHz, MHz, GHz y THz • 5s • 12 µs • 220 ns • 81 ps UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de frecuencia La frecuencia es la velocidad de cambio con respecto al tiempo Cambio en un corto periodo de tiempo significa frecuencia alta Cambio a lo largo de un extenso periodo de tiempo implica frecuencia baja. Si una señal no cambia, su frecuencia es cero Si una señal cambia instantáneamente, su frecuencia es infinita. UT01 - Señales y Unidades Señales y unidades : ejercicio en clase Ejercicio: UT1 -02- Señales y Unidades EJERCICIO 01.doc UT01 - Señales y Unidades Señales: índice de contenido (parte II) • Dominios de tiempo y frecuencia • Concepto de señales compuestas • Onda cuadrada • Señal compuesta de una onda cuadrada • Concepto de ancho de banda • Medios de transmisión: corrupción distorsión de una señal UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: dominios de tiempo y frecuencia Traza en el dominio de frecuencia UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: dominios de tiempo y frecuencia (continuación) Traza en el dominio de frecuencia UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de señales compuestas Una onda senoidal de frecuencia única no es útil en comunicaciones de datos; se precisa cambiar una o más características para que se convierta en algo realmente útil. • Cuando cambiamos una o más características de una señal de frecuencia única , se convierte en una señal compuesta, constituida por varias frecuencias. • De acuerdo con el análisis de Fourier, una señal compuesta puede ser representada como una combinación de ondas simples con diferentes frecuencias, fases y amplitudes. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de señales compuestas Señal compuesta UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de señales compuestas : onda cuadrada UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de señales compuestas : onda cuadrada Descomposición de la onda cuadrada UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de señales compuestas : onda cuadrada UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de ancho de banda Si la señal compuesta es periódica, su descomposición proporciona una serie de señales con frecuencias discretas. Si la señal compuesta no es periódica, su descomposición proporciona una serie de señales con frecuencias continuas. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de ancho de banda El ancho de banda es una propiedad del medio de transmisión, es la diferencia entre la mayor y menor frecuencias que el medio puede canalizar de forma satisfactoria. Nos referiremos también al ancho de banda como el margen de frecuencias correspondiente a una señal. UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de ancho de banda (ejemplo) Ejemplo 3 Si una señal periódica está descompuesta de 5 ondas senoidales de 100, 300, 500, 700 y 900 Hz, ¿cuál es su ancho de banda? UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: concepto de ancho de banda (ejemplo) Ejemplo 3 Si una señal periódica está descompuesta de 5 ondas senoidales de 100, 300, 500, 700 y 900 Hz, ¿cuál es su ancho de banda? Solución B = fh − fl = 900 − 100 = 800 Hz UT01 - Señales y Unidades Señales: índice de contenido (parte III) SEÑALES DIGITALES Intervalo de bit y tasa de bit Descomposición de una señal digital Espectro significativo y ancho de banda significativo UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: señales digitales Además de poder representarse con una señal analógica, los datos también se pueden representar mediante una señal digital. Por ejemplo, un 1 se puede codificar como un voltaje positivo y un 0 como un voltaje cero UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: intervalo de bit y tasa de bit La mayoría de las señales digitales son aperiódicas y, por tanto, la periodicidad o la frecuencia no es apropiada. Se usan dos nuevos términos para describir una señal digital: digital intervalo de bit (en lugar del periodo) y tasa de bit (en lugar de la frecuencia). • El intervalo de bit es el tiempo necesario para enviar un único bit. • La tasa de bit es el número de intervalos de bits por segundo. Esto significa que la tasa de bit es el número de bit enviados en un segundo, habitualmente expresado en bits por segundo (bps). UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: intervalo de bit y tasa de bit UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejercicios sobre señales digitales Ejercicio sobre tasa de bits Un dispositivo está enviando datos con una tasa de 1.000 bps. Suponiendo que cada carácter se codifica en 8 bits: a) ¿cuánto cuesta enviar 10 bits? b) ¿cuánto cuesta enviar un archivo de 1000.000 caracteres? UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejercicios sobre señales digitales Ejercicio sobre tasa de bits Un dispositivo está enviando datos con una tasa de 1.000 bps. Suponiendo que cada carácter se codifica en 8 bits: a) ¿cuánto cuesta enviar 10 bits? b) ¿cuánto cuesta enviar un archivo de 100.000 caracteres? Solución a) • b) 10 bits = 10−2 segundos 1.000 bits segundo 8 ⋅105 bits = 8 ⋅102 segundos = 800 segundos 1.000 bits segundo UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejercicios sobre señales digitales Ejercicio sobre tasa de bits ¿Cuál es la duración de un bit para cada una de las señales siguientes? a) Una señal con una tasa de bits de 100 bps b) Una señal con una tasa de bits de 200 Kbps c) Una señal con una tasa de bits de 5 Mbps d) Una señal con una tasa de bits de 1 Gbps UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: Ejercicios sobre señales digitales Ejercicio sobre tasa de bits ¿Cuál es la duración de un bit para cada una de las señales siguientes? a) Una señal con una tasa de bits de 100 bps b) Una señal con una tasa de bits de 200 Kbps c) Una señal con una tasa de bits de 5 Mbps d) Una señal con una tasa de bits de 1 Gbps Solución • El intervalo de bit es la inversa de la tasa de bits 1 intervalo de bit = tasa de bits < a realizar por los alumnos> UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: descomposición de una señal digital Una señal digital se puede descomponer en un número infinito de ondas seno sencillas denominadas armónicos, cada uno de los cuales tiene una amplitud, frecuencia y fase distintas Aunque el espectro de frecuencia de una señal digital tiene un número infinito de frecuencias con distintas amplitudes, si se envían solamente aquellos componentes cuyas amplitudes son significativas (están por encima de un umbral aceptable), todavía se puede reconstruir la señal digital en el receptor con una exactitud razonable (distorsión mínima). A esta parte del espectro infinito se la llama el espectro significativo y a su ancho de banda se le denomina el ancho de banda significativo . UT01 - Señales y Unidades Señales: índice de contenido (parte III) UNIDADES Palabras Unidades de medida de la información UT01 - Señales y Unidades Unidades: palabras UT01 - Señales y Unidades Concepto de señal: corrupción / distorsión de una señal UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Atenuación Pérdida de energía Parte se convierte en calor Uso de amplificadores Decibelio Usado para medir la potencia que una señal ha perdido o ganado. El decibelio mide las potencias relativas de dos señales o de una señal en dos puntos distintos. Valores negativos significan pérdidas de potencia y positivos, amplificaciones. dB = 10 log10 ( P2 / P1 ) Imaginar que una señal viaja por un medio y que su potencia se reduce a la mitad, cuál es la expresión de su pérdida en dBs ? 10 log10 ( P2 / P1 ) = 10 log10 (0,5 ⋅ P1 / P1 ) = 10 log10 (0,5) = 10 ⋅ (−0,3) = −3dB UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Atenuación UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Decibelios UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Distorsión La señal cambia su forma de onda Ocurre en una señal compuesta, formada por distintas frecuencias. UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Ruido Ruido térmico, • movimiento electrones en el medio Ruido inducido, • fuentes externas: motores, electrodomésticos Diafonía • efecto de un cable sobre otro • actúan como antenas emisoras Ruido impulsivo • pico de alta energía en un periodo muy corto • procede de líneas de potencia, iluminación, etc. UT01 - Señales y Unidades Deterioro de una señal Ruido UT01 - Señales y Unidades