Fundamentos de Señales, Ancho de Banda y Procesamiento Electrónico

Ancho de Banda

El ancho de banda es el margen o intervalo de frecuencias en el que está contenida la información de una señal (F_max - F_min).

¿Qué sucede si se introduce una señal en un canal con un ancho de banda menor?

Se pierden componentes frecuenciales, lo que provoca distorsión de la señal, interferencias y pérdida de información.

Ventajas e inconvenientes de transmitir una fracción del ancho de banda

• Ventajas: Equipos más económicos, menor ruido, ahorro de espacio en el canal (multiplexación) y menor consumo de energía.
• Inconvenientes: Deformación de la onda, errores en los datos y menor velocidad de transmisión.

Señales Analógicas y Digitales

La diferencia fundamental entre ambos tipos de señales es:

• Analógica: Es continua en el tiempo y en amplitud. Puede tomar infinitos valores dentro de un rango y representa fielmente fenómenos físicos como la temperatura y el sonido.
• Digital: Es discreta tanto en tiempo como en amplitud, basándose exclusivamente en estados binarios (0 y 1).

Parámetros de Transmisión en Señales Analógicas

La información puede transmitirse variando los siguientes parámetros:

• Amplitud: Se varía la altura o fuerza de la onda.
  • Ejemplo: La Radio AM (Modulación de Amplitud) o los sensores analógicos industriales de 4-20 mA, donde a mayor corriente, mayor es la temperatura medida.
• Frecuencia: Se varía la velocidad con la que oscila la onda por segundo.
  • Ejemplo: La Radio FM (Modulación de Frecuencia), que es mucho más inmune al ruido ambiental que la AM.
• Fase: Se varía el punto de inicio o el desfase angular del ciclo de la onda.
  • Ejemplo: Transmisiones de datos avanzadas como el Wi-Fi o el cambio de fase en módems (PSK), para optimizar la densidad de datos.

Transmisión de Información

Se puede transmitir cualquier tipo de información siempre que esté codificada en números binarios (bits): textos, imágenes, audio, vídeo o comandos de control para un autómata (PLC).

Procedimiento de transmisión

1. Codificación/Digitalización: Si la fuente es analógica (como la voz de un micrófono), pasa por un Conversor Analógico-Digital (ADC) que toma muestras de la señal y las convierte en cadenas de ceros y unos.
2. Transmisión en serie: Los bits se envían secuencialmente por el medio de transmisión mediante pulsos de voltaje.
3. Decodificación: El receptor lee los niveles de voltaje, reconstruye los bits y, si es necesario, un Conversor Digital-Analógico (DAC) vuelve a convertir los datos en una señal real (como el sonido en un altavoz).

Señales, Información y Filtrado

Una señal eléctrica por sí sola no es nada; se convierte en información cuando varía en el tiempo siguiendo un patrón que el receptor entiende (modulación o codificación).

Dado que en el mundo real las señales se contaminan con ruido (señales no deseadas de alta frecuencia, interferencias de la red eléctrica de 50 Hz, etc.), recurrimos al filtrado:

• Filtro Paso-Bajo (LPF): Deja pasar las frecuencias bajas y elimina las altas (es el más común para limpiar salidas de sensores).
• Filtro Paso-Alto (HPF): Elimina la componente de continua (DC) y las bajas frecuencias, dejando pasar las altas.
• Filtro Paso-Banda (BPF): Solo permite el paso de un bloque específico de frecuencias, siendo esencial en radio y telecomunicaciones.