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Tema 1: Señales y Sistemas
        1. Introducción.
        2. Señales continuas y discretas.
        3. Transformaciones de la variable independiente.
        4. Características de señales.
        5. Señales elementales
        6. Propiedades de los sistemas.




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 1/58
1.1 Introducción
                 ¿Qué es una señal?
                 Una función (t, x, . . . ) que lleva información acerca del
                 proceso físico o matemático al que representa.
                 Ejemplos de señales:
                    CD, MP3, ECG, EEG, RNM, PET, TAC {ecg.m}.
                    Tensión de un micrófono {anykey.m}.
                    Señales de radio.
                    Número de manchas solares en un año.
                    Radiación fondo cósmico microondas {cmbr.m}.
                    Cotización acciones {msft.m}




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 2/58
1.1 Introducción (II)
                 Representación matemática como función de una o
                 más variables independientes.
                 Continua unidimensional: x(t) ∈ R, C.
                 Discreta unidimensional: x[n]oxn ∈ R, C.
                 Bidimensionales: x(u, v), x[n, m], xn,m .
                 Función cuyo patrón de variación lleva información.
                 Señales deterministas y aleatorias (ruido).
                 Procesado de señal: representación, transformación y
                 manipulación de señales y de la información que
                 contienen.



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 3/58
1.1 Introducción (III)
                 ¿Qué es un sistema?
                 Cualquier dispositivo físico u operador matemático que
                 transforma señal(es) de entrada en señal(es) de salida
                 y/o algún efecto físico.
                 Un sistema realiza operaciones sobre señales, las
                 modifica {riceedge.m}, {eco.m}.
                 Es una abstracción matemática de un sistema físico, un
                 modelo.
                                                                                                                             h
                 Matemáticamente, un operador: x(t) −→ y(t).

                           x(t)                                                     y(t)
                                                           h(·)



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 4/58
1.2 Señales continuas y discretas
                 Señales continuas: x(t) o xc (t). Familiaridad por
                 circuitos eléctricos, mecánica, . . .
                 La secuencia x[n] está definida para n ∈ Z.
                 Para poder tratar numéricamente una señal en un
                 ordenador se necesita muestrear y cuantizar
                 {sampling.m, cuantos.m}
                 Periodo de muestreo T ,

                                                                             x[n] = x(nT ).

                 Intervalo de cuantificación ∆:
                                                                                                            x(nT )
                                                           x[n] = ∆ round                                          .
                                                                                                              ∆

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 5/58
1.2 Señales continuas y discretas (II)
                           tiempo / amplitud  continua   discreta
                               continuo       analógica cuantizada
                               discreto      muestreada   digital

                 Cuatro tipo de señales {contdisc.m}.
                 Cuantificación: la señal e[n] es una secuencia aleatoria
                 acotada {qnoise.m}.
                 Por defecto, trabajaremos con señales analógicas
                 (continuas) y muestreadas (discretas).




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 6/58
1.3 Transf. de la variable independiente
                 Pregunta básica:
                 ¿Cómo cambia x(t) o x[n] cuando se transforma t o n?
                 Desplazamiento temporal:
                   x(t) → x(t − t0 ) {shiftc.m, shiftd.m}.
                   Retrasada si t0 > 0, adelantada si t0 < 0.
                   Ejemplo: y[n] = x[n] + x[n − n0 ] {eco.m}.
                   Tiempo de propagación.
                 Inversión temporal: x[−n] {back.m}
                 Escalado temporal: x(2t) comprimida, x(t/2) expandida
                 {escala.m}, {cartaesc.m}.
                 ¿Somos capaces de reconocer la voz?


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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 7/58
1.3 Transf. variable independiente (II)
                 La transformación y(t) = x(αt + β) conserva la forma.
                 y(t) = x(αt + β): y(0) = x(β), y(−β/α) = x(0).
                 Ejemplo: si x(t) = [|t| < 1], calcular y(t) = x(2t + 3).
                 Método 1 {orden.m}:
                  i) t → αt: p(t) = x(αt).
                 ii) t → t + β : q(t) = x(α(t + β)) = x(αt + αβ) = y(t).
                iii) t → t + β/α: r(t) = x(αt + β) = y(t).
                 Método 2:
                  i) t → t + βt: u(t) = x(t + β).
                 ii) t → αt: v(t) = x(αt + β) = y(t).



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 8/58
1.4 Características de señales
                 Señales periódicas.
                 Señales pares e impares.
                 Señales simétricas conjugadas.
                 Energía y potencia de una señal.




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                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 9/58
1.4.1 Señales periódicas
                 Si existe T > 0 tal que x(t + T ) = x(t) para todo t.

                                             T                         2T                         3T                        4T t

                 Se verifica x(t) = x(t + mT ) para todo m ∈ Z.
                 T0 es el periodo fundamental, excepto si x(t) = cte.
                 x[n + N ] = x[n], N0 . N, 2N, 3N, . . . .
                 Frecuencia angular:
                                   2π
                    Continua: Ω =     rad/s.
                                   T
                                  2π
                    Discreta: ω =    rad.
                                  N

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 10/58
1.4.2 Señales pares e impares
                 Par: x(t) = x(−t), x[n] = x[−n].
                 Impar: x(t) = −x(−t), x[n] = −x[−n].
                 Si es impar, x(0) = 0, x[0] = 0.


                                                                                                                           x(t0 )
                                                x(t0 )
                                                                                                               −t0
                           −t0                            t0                 t                                                                                t0         t

                                                                                                                                            x(−t0 )




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 11/58
1.4.2 Señales pares e impares (II)
                 Toda señal puede ponerse como la suma de una señal
                 par y otra impar.
                 Si definimos
                                                                       1
                                                               xe (t) = (x(t) + x(−t)),
                                                                       2
                                                                       1
                                                               xo (t) = (x(t) − x(−t)).
                                                                       2
                 Entonces, x(t) = xe (t) + xo (t).




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 12/58
1.4.2 Señales pares e impares (II)
                 Hacer ejercicios 1.34 y 1.37.
                 Ejemplo, descomponer x[n] = [n ≥ 0].

                     x[−n] = [−n ≥ 0] = [n ≤ 0],
                               1
                       xe [n] = ([n ≥ 0] + [n ≤ 0])
                               2
                               1                                1 1
                              = ([n > 0] + 2[n = 0] + [n < 0]) = + [n = 0],
                               2                                2 2
                               1                      1          1
                       xo [n] = ([n > 0] − [n < 0]) = [n > 0] − [n < 0].
                               2                      2          2
                 Mostrar notación convencional.



c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 13/58
1.4.3 Señales simétricas conjugadas
                 Es el criterio de paridad importante para señales
                 complejas.
                 x(t) es simétrica conjugada si x(−t) = x∗ (t).
                 Sea x(t) = a(t) + jb(t) simétrica conjugada:

                                                                x(−t) = a(−t) + jb(−t)
                                                                                 = a(t) − jb(t).

                         Por tanto, a(t) es par y b(t) impar.




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 14/58
1.4.4 Energía y potencia de una señal
                                                                      v(t)                                  i(t)

                 Potencia
                                                  1 2
                                 p(t) = v(t)i(t) = v (t).
                                                  R
                 Energía t1 ≤ t ≤ t2 :
                                                                 t2                                   t2
                                                                                                           1 2
                                                                      p(t) dt =                              v (t) dt.
                                                              t1                                   t1      R

                 Potencia media:
                                                                                                 t2
                                                                           1
                                                                                                        p(t) dt.
                                                                        t2 − t1               t1

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 15/58
1.4.4 Energía y potencia de una señal (II)
                 Energía en un intervalo:
                                                              t2                                             n2
                                                                   |x(t)|2 dt,                                        |x[n]|2 .
                                                            t1                                           n=n1

                 Potencia media en el intervalo:
                                                       t2                                                                              n2
                                 1                                        2                             1
                                                            |x(t)| dt,                                                                          |x[n]|2 .
                              t2 − t1               t1                                             n2 − n1 + 1
                                                                                                                                   n=n1

                 Integral: área bajo la curva (de |x(·)|2 ).




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 16/58
1.4.4 Energía y potencia de una señal (III)
                  Energía:
                                                        T                                          ∞                                                 ∞
                  E∞ = lim                                   |x(t)|2 dt =                                 |x(t)|2 dt,                                           |x[n]|2 .
                                   T →∞ −T                                                      −∞                                              n=−∞

                  Potencia:
                                                                 T                                                                                    N
                                   1                                                2                               1
                  P∞        = lim                                      |x(t)| dt,                             lim                                                |x[n]|2 .
                             T →∞ 2T                          −T                                             N →∞ 2N + 1
                                                                                                                                                 n=−N




 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                   nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                                nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 17/58
1.4.4 Energía y potencia de una señal (IV)
                  Señales de energía finita
                    E∞ < ∞.
                                     E∞
                    P∞ = limT →∞          = 0.
                                     2T
                    Ej: x(t) = [|t| ≤ 1]: E∞ = 2, P∞ = 0.
                  Señales de potencia finita
                    P∞ > 0, finita.
                    E∞ = ∞.
                    Ej: x[n] = 4: P∞ = 16, E∞ = ∞.
                  Ejemplo de señal con P∞ y E∞ infinitas: x(t) = t.




 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                   nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                                nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 18/58
1.5 Señales elementales
                 Son importantes porque:
                   Sirven de base para otras.
                   Modelan situaciones reales

        1. Señales exponenciales y sinusoidales.
          (a) Continuas.
          (b) Discretas.
          (c) Propiedades de periodicidad.
        2. Impulso, escalón y rampa.
          (a) Discretas.
          (b) Continuas.



c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 19/58
1.5.1.1 Exponenciales continuas
                 Exponenciales complejas continuas:

                                                      x(t) = Ceat ,                           donde a, C ∈ C.

                 Exponenciales reales: a, C ∈ R.
                 Si a <≥ 0: decreciente, creciente o constante.


                                               e−t                                                                                       et
                                                                                                                                          1




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 20/58
1.5.1.1 Exponenciales continuas (II)
                 Exponenciales complejas periódicas:

                                                      C ∈ C,                          C = |C|ejφ = Aejφ ;
                                                       a ∈ I,                       a = jΩ0 .

                 x(t) = |C|ej(Ω0 t+φ) .
                 Periódica si x(t + T ) = x(t).
                                                        2π
                 Período: T =                           Ω0 ,      ya que ejθ = ej(θ±2π) . T |Ω0 = T |−Ω0 .
                 Frecuencias negativas: gira en sentido contrario.
                 Cualquier Ω0 da lugar a una señal periódica.
                                                              1
                 Ω0 = 2πf0 , f0 =                             T.



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 21/58
1.5.1.1 Exponenciales continuas (III)
                 Si x(t) = Aej(Ω0 t+φ) , según la regla de Euler:

                 Re{x(t)} = A cos(Ω0 t + φ),                                                            Im{x(t)} = A sen(Ω0 t + φ).

                              A
                                                                                                                                           2T
                                                                                        T                                                                   t


                                               A
                                                                                                                                                    Ω0 t
                                                                                                              A
                                                                            t
                                                Ω0 t

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 22/58
1.5.1.1 Exponenciales continuas (IV)
                 Señales armónicamente relacionadas,

                                                      φk (t) = ejkΩ0 t ,                            k = 0, ±1, . . . .

                 Energía y potencia: sea x(t) = ejΩ0 t ,
                                               T0
                         E T0 =   |ejΩ0 t |2 dt = T0 ,
                                              0
                         PT0 = 1,
                         E∞ = ∞,
                         P∞ = 1.




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 23/58
1.5.1.1 Exponenciales continuas (V)
                 Caso general: C = |C|ejθ , a = r + jΩ0 .

                               x(t) = |C|ert ej(Ω0 t+θ)
                                           = |C|ert cos(Ω0 t + θ) + j|C|ert sen(Ω0 t + θ).

                 Envolvente |x(t)| = |C|ert , real e imag, polar.
                     |C|


                                                                                             t                                                          |C|




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 24/58
1.5.1.2 Exponenciales discretas
                 Exponenciales complejas discretas,

                                        x[n] = Cαn , x[n] = Cean .                                                      C, α, a ∈ C.

                 Exponenciales reales: C, α ∈ R {expdisc.m}
                   Si |α| > 1 crece, si |α| < 1 decrece.
                   Si α > 0 no cambia de signo, si α < 0 alterna.
                   Si α = 1, x[n] = cte, si α = −1, x[n] = C(−1)n




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 25/58
1.5.1.2 Exponenciales discretas (II)
                 Exponenciales complejas
                   Si α = ea = er+jω , x[n] = ean = ern (cos ωn + j sen ωn).
                   Si ω = π , cos ωn = (−1)n , sen ωn = 0.
                   Si t ∈ Z, eat ∈ C. En las continuas no hay una
                   exponencial real con α < 0.
                 Sinusoidales: a ∈ I → |α| = 1.
                         x[n] = Aej(ω0 n+φ) .
                 General: C = |C|ejφ = Aejφ , α = |α|ejω0 .
                         x[n] = A|α|n ej(ω0 n+φ) .




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 26/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad
                 Continuas, x(t) = ejΩ0 t .
                 1. Cuanto mayor Ω0 , menor T .
                 2. Es periódica para todo Ω0 .




                                                  T                                 2T                                 3T                                4T              t




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 27/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (II)
                 Discretas, x[n] = ejω0 n {perdisc.m}
                 1. ej(ω0 +2π)n = ejω0 n −→ ω0 ≡ ω0 + 2π indistinguibles.
                    Intervalo frecuencial de 2π ([0, 2π] o [−π, π])
                    T ↓ cuando ω0 ↑, Tmin = T |ω0 =π : ejπn = (−1)n .
                 2. ejω0 (n+N ) = ejω0 n → ejω0 N = 1, por tanto ω0 N = 2πm,
                             m ω0
                    ω0 = 2π N , 2π ∈ Q.
                 ω0 es la frecuencia de la envolvente, la frecuencia
                 fundamental ωfund es la frecuencia de la secuencia
                 discreta.
                              m        2π                                                                2π             ω0
                       ω0 = 2π → N = m    :,                                                         N=       → ωfund =    .
                              N        ω0                                                               ωfund           m



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 28/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (III)
                 Hacer ejercicios 1.35 y 1.36.
                Ejercicio: ¿son periódicas las siguientes señales?
                Calcular N y ωfund . {ejperdis.m}
                a) x[n] = sen(2n).
                b) x[n] = cos(0.2πn).
                c) x[n] = ej6πn .
                d) x[n] = ej6πn/35




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 29/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (IV)
                                        m
      a) Si x[n] = sen(2n): ω0 = 2 = 2π N : no periódica.
      b) Si x[n] = cos(0.2πn):
                                                          1
                                           ω0 = 0.2π = 2π , N = 10, ωfund = ω0 .
                                                         10
      c) Si x[n] = ej6πn :
                                                  3
                                      ω0 = 6π = 2π , N = 1, ωfund = ω0 /3 = 2π.
                                                  1

      d) Si x[n] = ej6πn/35 :
                                   6π     3
                              ω0 =    = 2π , N = 35, ωfund = ω0 /3 = 2π/35.
                                   35     35

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 30/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (V)
                 Exponenciales relacionadas armónicamente (periódo
                 común N )
                                                                          jk 2π n
                                                 φk [n] = e                  N         ,        k = 0, ±1, ±2, . . .

                 En el caso continuo, todas las φk (t) =                                                                      jk 2π t
                                                                                                                             e T              son
                 distintas, en el discreto no:
                                                                    j(k+N ) 2π n                        j(k 2π n+2πn)
                                   φk+N [n] = e                             N                  =e           N                          = φk [n],

                 Sólo hay N distintas de periodo N :
                                                                                         j 2π n
                                     φ0 [n] = 1, φ1 [n] = e                                N       , . . . , φN −1 , φN = φ0 .



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 31/58
1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (VI)
      Ejemplo: {ejh16.m}
                                        √
      a) Si x1 [n] = sen(5πn) y x2 [n] = 3 cos(5πn), calcular N .
      b) Evaluar amplitud y fase de y[n] = x1 [n] + x2 [n].

      a) Como ω0 = 5π = 2π 5 , N = 2, ωfund =
                           2
                                                                                                                       5π
                                                                                                                        5     = π.
      b) y[n] = A cos(ω0 n + φ) = A cos ω0 n cos φ − A sen ω0 n sen φ.
                              √
                    A cos φ = 3,                                           2                                                    1       π
                                                                      A = 4 : A = 2,                                   sen φ = − : φ = − .
                    A sen φ = −1                                                                                                2       6

              Por tanto, y[n] = 2 cos(5πn − π/6).



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 32/58
1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa
      Caso discreto
                 Impulso unitario o muestra unitaria {deltad.m},

                                                                               0,         n = 0,
                                                        δ[n] =                                   = [n = 0].
                                                                               1,         n = 0,

                 Propiedad de muestreo:

                                                                     x[n]δ[n] = x[0]δ[n] = x[0],
                                                       x[n]δ[n − n0 ] = x[n0 ]δ[n − n0 ].




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 33/58
1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa (II)
                 Escalón unitario {ud.m}:

                                                                               0,          n < 0,
                                                        u[n] =                                    = [n ≥ 0].
                                                                               1,          n ≥ 0,

                 δ[n] = u[n] − u[n − 1].
                                          n
                 u[n] =                              δ[m] (ver para n = 0, 1, . . . ).
                                   m=−∞
                                                                           ∞
                 m = n − k → u[n] =                                                δ[n − k].
                                                                         k=0
                  Dibujar con eje abscisas k y de n . Superposición.



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 34/58
1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa (III)
                 Rampa, r[n] = nu[n] {rampa.m}:

                                                                             0,          n < 0,
                                                      r[n] =                                    = n[n ≥ 0].
                                                                             n,          n ≥ 0,

                 Ejemplo: expresar x[n] = [0 ≤ n ≤ 9] en función de u[n]
                 y de δ[n].
                                                                                       9
                                                                 x[n] =                      δ[n − k],
                                                                                   k=0
                                                                 x[n] = u[n] − u[n − 10].




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 35/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (I)
     Caso continuo
                Escalón unitario, discontinuo en t = 0:
                                                                                                                                                                      t
                                                                                             0,          t < 0,
                                                                      u(t) =
                                                                                             1,          t > 0,

                                                   n                                                             t
                         u[n] =                               δ[m] ←→ u(t) =                                            δ(τ ) dτ,
                                            m=−∞                                                              −∞

                                                 du(t)
                δ[n] = u[n] − u[n − 1] ←→ δ(t) =       : problema formal.
                                                  dt



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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 36/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (II)
      Definimos
                                                               t
                                                     u∆ (t) = [0 ≤ t < ∆] + [t > ∆],
                                                              ∆
                                                 lim u∆ (t) = u(t),
                                                ∆→0
                                          du∆ (t)  1
                                 δ∆ (t) =         = [0 ≤ t < ∆];
                                            dt     ∆
                    u∆ (t)                                                                                           δ∆ (t)




                                         ∆ ∆                        t                                                                   ∆ ∆                        t

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 37/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (III)
                 Área de δ∆ (t) = 1.

                                                                         δ(t) = lim δ∆ (t).
                                                                                           ∆→0

                 Delta de Dirac.
                 Distribución.
                 Representación:
                                                                                    δ(t)
                                                                                                  1




                                                                                                                               t

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 38/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (IV)
                                                                                  t
                 Interpretación: u(t) =                                           −∞ δ(τ ) dτ .
                                                                                                  δ(τ )

                                                                                                                 t>0:                     =1
                                            t<0:                     =0
                                                                                                                                              τ
                 Si hacemos τ = t − σ , σ = t − τ , dσ = −dτ ;
                        0                     ∞
                 u(t) = ∞ δ(t − σ) (−dσ) = 0 δ(t − τ ) dτ .
                                                          δ(t − τ )                                              δ(t − τ )

                                            t<0:                     =0                                          t>0:                     =1

                                                                                                                                              τ

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 39/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (V)
                 δ(t) también tiene una propiedad de muestreo.
                 Si δ(t) = lim∆→0 δ∆ (t), sea x∆ (t) = x(t)δ∆ (t).
                 Si x(t) es continua, en el origen x(t)δ∆ (t) ≈ x(0)δ∆ (t).
                 Límite: x(t)δ(t) = x(0)δ(t) y x(t)δ(t − t0 ) = x(t0 )δ(t − t0 ).
                                                                                                              ∞
                 Definición: δ(t) = 0 para t = 0 e                                                             −∞ δ(τ ) dτ                   = 1.
                 Propiedad de selección
                                ∞                                                                          ∞
                                       x(t)δ(t − t0 ) dt = x(t0 )                                                 δ(t − t0 ) dt = x(t0 ).
                              −∞                                                                        −∞




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 40/58
1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (VI)
                 Función rampa

                                                                      0,         t < 0,                              dr(t)
                                               r(t) =                                                         u(t) =       .
                                                                      t,         t ≥ 0,                               dt

                 Hacer el ejercicio 1.38.
                 δ(t) es una función par: δ(t) = δ(−t) (δ(t) = 0, t = 0).
                                   1
                 Escalado: δ(at) = a δ(t), si a > 0.




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 41/58
1.6 Propiedades de los sistemas
                 Estabilidad BIBO:
                    toda entrada acotada produce una salida acotada.
                    y(t) = H(x(t)).
                    El operador es BIBO-estable si cuando
                    |x(t)| ≤ Mx < ∞ para todo t, entonces
                    |y(t)| ≤ My < ∞ para todo t.
                 Ejercicio: demostrar que el MA3 es estable.
                 Ejercicio: ver qué ocurre con y[n] = r n x[n].




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 42/58
1.6 Propiedades de los sistemas (II)
                 Memoria:
                   Un sistema no tiene memoria si la salida en cada
                   instante depende sólo de la entrada en ese instante.
                   Si y(t) depende de valores pasados o futuros de
                   x(t), tiene memoria.
                   ¿Tienen memoria los circuitos con R, C , L?.
                   ¿Tiene memoria el sistema MA3?
                 Causalidad:
                   Es causal si la salida depende sólo de valores
                   pasados o presentes de la entrada.
                   Cuando t no es el tiempo, o está grabada.
                   Aproximaciones del operador derivada.


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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 43/58
1.6 Propiedades de los sistemas (III)
                 Invertibilidad
                    Un sistema es invertible si se puede recuperar la
                    entrada a partir de la salida.
                                          x(t)                                                      y(t)                                            x(t)
                                                                         H(·)                                            ?

                         Operador inverso, operador identidad.

                                          H −1 {y(t)} = H −1 {H{x(t)}} → H −1 H = I.

                         Cada entrada debe proporcionar una salida distinta.
                         ¿Es invertible el sistema y(t) = x2 (t)?
                         Diagrama de Veen


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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 44/58
1.6 Propiedades de los sistemas (IV)
                Invarianza temporal:
                   Un sistema es TI si para toda entrada x(t) con salida
                   y(t), la salida de x(t − t0 ) es y(t − t0 ).
                   Operador desplazamiento: x(t − t0 ) = S t0 {x(t)}.
                   Para un sistema H , y(t) = H{x(t)}.

                                    yi (t) = H{x(t − t0 )} = H{S t0 {x(t)}} = HS t0 {x(t)},
                         y(t − t0 ) = S t0 {y(t)} = S t0 {H{x(t)}} = S t0 H{x(t)}.

                         H es TI si yi (t) = y(t − t0 ).
                         H es TI si conmunta con S : HS t0 = S t0 H para todo
                         t0 .


c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 45/58
1.6 Propiedades de los sistemas (V)
                 Linealidad:
                    Un sistemas es L si satisface el principio de
                    superposición.
                    La salida a la entrada xi (t) es yi (t) = H{xi (t)}.
                                                                N
                         Sea x(t) =                             i=1 ai xi (t).

                                                                                                                   N
                                                    y(t) = H{x(t)} = H                                                     ai xi (t) ,
                                                                                                                 i=1
                                                                         N
                                                    y(t) =                       ai H{xi (t)}.
                                                                       i=1

                         H es L si conmuta con el operador suma.

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 46/58
1.6 Propiedades de los sistemas (VI)
      Ejemplo: ¿es lineal el sistema y[n] = nx[n]?
                 La salida asociada a la entrada xi [n] es yi [n] = nxi [n].
                                                                                         N
                 Dada la entrada x[n] =                                                  i=1 ai xi [n],
                 su salida es
                                                          N                                  N                                       N
                                y[n] = n                         ai xi [n] =                         ai nxi [n] =                            ai yi [n].
                                                        i=1                                 i=1                                    i=1

                 El sistema es lineal




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 47/58
1.6 Propiedades de los sistemas (VII)
      Ejemplo: ¿es lineal el sistema y(t) = x(t)x(t − 1)?
                 La salida de xi (t) es yi (t) = xi (t)xi (t − 1).
                 Dada la entrada x(t) = x1 (t) + x2 (t),
                 la salida es

                         y(t) = (x1 (t) + x2 (t))(x1 (t − 1) + x2 (t − 1))
                                     = x1 (t)x1 (t − 1) + x2 (t)x2 (t − 1)
                                     + x1 (t)x2 (t − 1) + x2 (t)x1 (t − 1)
                                     = y1 (t) + y2 (t) + x1 (t)x2 (t − 1) + x2 (t)x1 (t − 1).

                 No es lineal



c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 48/58
Ejercicio 1.34
      Características de señales pares e impares
      (a) Demostrar que si x[n] es impar, entonces
                                                                                 ∞
                                                                                            x[n] = 0.
                                                                            n=−∞



                                                          x[n] =                       x[n] + x[0] +                                x[n]
                                                   n                        n<0                                           n>0

                                                                      =                x[−n] +                          x[n]
                                                                            n>0                              n>0

                                                                      =−                    x[n] +                       x[n] = 0.
                                                                                  n>0                          n>0

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 49/58
Ejercicio 1.34 (II)
      (b) Demostrar que si x1 [n] es impar y x2 [n] es par, entonces
          y[n] = x1 [n]x2 [n] es impar.

                                  y[−n] = x1 [−n]x2 [−n] = −x1 [n]x2 [n] = −y[n].




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 50/58
Ejercicio 1.34 (III)
      (c) Si xp [n] = Par{x[n]} y xi [n] = Imp{x[n]}, demostrar

                                                              x2 [n] =                        x2 [n] +
                                                                                               p                             x2 [n].
                                                                                                                              i
                                                       n                               n                              n

                 Si x[n] = xp [n] + xi [n],

                                                 x2 [n] = x2 [n] + x2 [n] + 2xp [n]xi [n].
                                                           p        i

                 Por tanto,

                                       x2 [n] =                       x2 [n] +
                                                                       p                             x2 [n] + 2
                                                                                                      i                                 xp [n]xi [n].
                                n                              n                              n                                  n

                 El último sumando vale 0. La E. de una señal es igual a
                 la suma de las E. de sus componentes par e impar.
c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 51/58
Ejercicio 1.34 (IV)
      (c) También para continuas. Demostrar
                                            ∞                                        ∞                                        ∞
                                                   x2 (t) dt =                              x2 (t) dt +
                                                                                             p                                      x2 (t) dt.
                                                                                                                                     i
                                         −∞                                          −∞                                    −∞

                 Repetiremos los tres pasos del caso discreto. Si
                 x(t) = −x(−t), entonces
                                         ∞                                       0                                    ∞
                                                x(t) dt =                             x(t) dt +                            x(t) dt
                                      −∞                                     −∞                                   0
                                                                                     0                                      ∞
                                                                   =−                    x(−t) dt +                                x(t) dt
                                                                                  ∞                                       0
                                                                                 ∞                                        ∞
                                                                   =                  x(−t) dt +                               x(t) dt = 0.
                                                                             0                                        0

c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 52/58
Ejercicio 1.34 (V)
      Si x1 (t) es par y x2 (t) impar, entonces x(t) = x1 (t)x2 (t) es
      impar, ya que

                             x(−t) = x1 (−t)x2 (−t) = −x1 (t)x2 (t) = −x(t).

      Por último,
                              ∞                                        ∞
                                     x2 (t) dt =                             (x2 (t) + x2 (t) + 2xp (t)xi (t)) dt
                                                                               p        i
                           −∞                                       −∞
                                                                     ∞                                         ∞
                                                          =                   x2 (t) dt +
                                                                               p                                      x2 (t) dt.
                                                                                                                       i
                                                                    −∞                                      −∞




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 53/58
Ejercicio 1.35
                                      2π        m              jm 2π n
                 x[n] = e     , ω0 =     m = 2π .                 N
                                      N         N
      Sea N = N0 gcd(N, m), m = m0 gcd(N, m), entonces

                                                        m0 gcd(N, m)      m0
                                                ω0 = 2π              = 2π    .
                                                        N0 gcd(N, m)      N0




c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 54/58
Ejercicio 1.36
                                                                                                                              2π
      Sea x(t) = ejω0 t de ωfund ω0 y periodo T0 =                                                                            ω0 .      Sea
      x[n] = x(nT ) = ejω0 nT .
                                                                                                                  T
      a Demostrar que x[n] es periódica sii                                                                       T0     ∈ Q.

                                                           2π                            m  T    m
                                    ω0 T              ω0 =                           = 2π →    =   ∈ Q.
                                                           T0                            N  T0   N
      b Suponer T0 = p ≡ N . ¿Cuáles son el periodo
                  T
                     q
                           m

        fundamental y la frecuencia fundamental de x[n]?
        Periodo fundamental: N/ gcd(N, m) ≡ N . Frecuencia
        fundamental: ωfund = ω0 T /m.
      c      T
             T0= p ≡ N . ¿Cuántos periodos de x(t) se necesitan para
                 q
                      m

            obtener las muestras que forman un periodo de x[n]?
            T N = mT0 : m periodos de x(t).
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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 55/58
Ejercicio 1.36 (II)
      T0 = 5;
      t=linspace(0, 30, 1000);
      x=cos(2*pi*t/T0);
      plot(t, x);
      hold on;
      T=2;
      n=[0:t(end)/T];
      stem(n*T, cos(2*pi*n*T/T0), ’r’);
      T=exp(1);
      n=[0:t(end)/T];
      stem(n*T, cos(2*pi*n*T/T0), ’r’);




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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 56/58
Ejercicio 1.37
      Si se define la correlación entre x(t) e y(t) como
                                                                                 ∞
                                                   φxy (t) =                            x(t + τ )y(τ ) dτ.
                                                                               −∞

      (a) ¿Qué relación hay entre φxy (t) y φyx (t)?
                                                        ∞                                                             ∞
                          φyx (t) =                            y(t + τ )x(τ ) dτ =                                           y(σ)x(σ − t) dσ
                                                     −∞                                                            −∞
                                                      ∞
                                           =                   x(τ − t)y(τ ) dτ = φxy (−t).
                                                     −∞

      (b) Calcular la parte impar de φxx (t). Si φxy (−t) = φxy (t),
          entonces φxx (−t) = φxx (t) (par).

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                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 57/58
Ejercicio 1.37 (II)
    (c) Si y(t) = x(t + T ), expresar φxy (t) y φyy (t) en términos
        de φxx (t)
                                             ∞                                                            ∞
              φxy (t) =                             x(t + τ )y(τ ) dτ =                                          x(t + τ )x(τ + t) dτ
                                          −∞                                                           −∞
                                                                              ∞
                                = (τ + T = σ)                                        x(t − T + σ)x(σ) dσ = φxx (t − T ).
                                                                           −∞


                                             ∞                                                            ∞
              φyy (t) =                             y(t + τ )y(τ ) dτ =                                          x(t + T + τ )x(T + τ ) dτ
                                          −∞                                                           −∞
                                                                             ∞
                                = (τ + T = σ)                                       x(σ + t)x(σ) dσ = φxx (t).
                                                                           −∞



c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜
                                                  nal.           ı                                                 nales y sistemas. Tema 1: Se˜
                                                                                                                                               nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 58/58

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Tema1

  • 1. Tema 1: Señales y Sistemas 1. Introducción. 2. Señales continuas y discretas. 3. Transformaciones de la variable independiente. 4. Características de señales. 5. Señales elementales 6. Propiedades de los sistemas. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 1/58
  • 2. 1.1 Introducción ¿Qué es una señal? Una función (t, x, . . . ) que lleva información acerca del proceso físico o matemático al que representa. Ejemplos de señales: CD, MP3, ECG, EEG, RNM, PET, TAC {ecg.m}. Tensión de un micrófono {anykey.m}. Señales de radio. Número de manchas solares en un año. Radiación fondo cósmico microondas {cmbr.m}. Cotización acciones {msft.m} c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 2/58
  • 3. 1.1 Introducción (II) Representación matemática como función de una o más variables independientes. Continua unidimensional: x(t) ∈ R, C. Discreta unidimensional: x[n]oxn ∈ R, C. Bidimensionales: x(u, v), x[n, m], xn,m . Función cuyo patrón de variación lleva información. Señales deterministas y aleatorias (ruido). Procesado de señal: representación, transformación y manipulación de señales y de la información que contienen. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 3/58
  • 4. 1.1 Introducción (III) ¿Qué es un sistema? Cualquier dispositivo físico u operador matemático que transforma señal(es) de entrada en señal(es) de salida y/o algún efecto físico. Un sistema realiza operaciones sobre señales, las modifica {riceedge.m}, {eco.m}. Es una abstracción matemática de un sistema físico, un modelo. h Matemáticamente, un operador: x(t) −→ y(t). x(t) y(t) h(·) c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 4/58
  • 5. 1.2 Señales continuas y discretas Señales continuas: x(t) o xc (t). Familiaridad por circuitos eléctricos, mecánica, . . . La secuencia x[n] está definida para n ∈ Z. Para poder tratar numéricamente una señal en un ordenador se necesita muestrear y cuantizar {sampling.m, cuantos.m} Periodo de muestreo T , x[n] = x(nT ). Intervalo de cuantificación ∆: x(nT ) x[n] = ∆ round . ∆ c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 5/58
  • 6. 1.2 Señales continuas y discretas (II) tiempo / amplitud continua discreta continuo analógica cuantizada discreto muestreada digital Cuatro tipo de señales {contdisc.m}. Cuantificación: la señal e[n] es una secuencia aleatoria acotada {qnoise.m}. Por defecto, trabajaremos con señales analógicas (continuas) y muestreadas (discretas). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 6/58
  • 7. 1.3 Transf. de la variable independiente Pregunta básica: ¿Cómo cambia x(t) o x[n] cuando se transforma t o n? Desplazamiento temporal: x(t) → x(t − t0 ) {shiftc.m, shiftd.m}. Retrasada si t0 > 0, adelantada si t0 < 0. Ejemplo: y[n] = x[n] + x[n − n0 ] {eco.m}. Tiempo de propagación. Inversión temporal: x[−n] {back.m} Escalado temporal: x(2t) comprimida, x(t/2) expandida {escala.m}, {cartaesc.m}. ¿Somos capaces de reconocer la voz? c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 7/58
  • 8. 1.3 Transf. variable independiente (II) La transformación y(t) = x(αt + β) conserva la forma. y(t) = x(αt + β): y(0) = x(β), y(−β/α) = x(0). Ejemplo: si x(t) = [|t| < 1], calcular y(t) = x(2t + 3). Método 1 {orden.m}: i) t → αt: p(t) = x(αt). ii) t → t + β : q(t) = x(α(t + β)) = x(αt + αβ) = y(t). iii) t → t + β/α: r(t) = x(αt + β) = y(t). Método 2: i) t → t + βt: u(t) = x(t + β). ii) t → αt: v(t) = x(αt + β) = y(t). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 8/58
  • 9. 1.4 Características de señales Señales periódicas. Señales pares e impares. Señales simétricas conjugadas. Energía y potencia de una señal. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 9/58
  • 10. 1.4.1 Señales periódicas Si existe T > 0 tal que x(t + T ) = x(t) para todo t. T 2T 3T 4T t Se verifica x(t) = x(t + mT ) para todo m ∈ Z. T0 es el periodo fundamental, excepto si x(t) = cte. x[n + N ] = x[n], N0 . N, 2N, 3N, . . . . Frecuencia angular: 2π Continua: Ω = rad/s. T 2π Discreta: ω = rad. N c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 10/58
  • 11. 1.4.2 Señales pares e impares Par: x(t) = x(−t), x[n] = x[−n]. Impar: x(t) = −x(−t), x[n] = −x[−n]. Si es impar, x(0) = 0, x[0] = 0. x(t0 ) x(t0 ) −t0 −t0 t0 t t0 t x(−t0 ) c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 11/58
  • 12. 1.4.2 Señales pares e impares (II) Toda señal puede ponerse como la suma de una señal par y otra impar. Si definimos 1 xe (t) = (x(t) + x(−t)), 2 1 xo (t) = (x(t) − x(−t)). 2 Entonces, x(t) = xe (t) + xo (t). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 12/58
  • 13. 1.4.2 Señales pares e impares (II) Hacer ejercicios 1.34 y 1.37. Ejemplo, descomponer x[n] = [n ≥ 0]. x[−n] = [−n ≥ 0] = [n ≤ 0], 1 xe [n] = ([n ≥ 0] + [n ≤ 0]) 2 1 1 1 = ([n > 0] + 2[n = 0] + [n < 0]) = + [n = 0], 2 2 2 1 1 1 xo [n] = ([n > 0] − [n < 0]) = [n > 0] − [n < 0]. 2 2 2 Mostrar notación convencional. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 13/58
  • 14. 1.4.3 Señales simétricas conjugadas Es el criterio de paridad importante para señales complejas. x(t) es simétrica conjugada si x(−t) = x∗ (t). Sea x(t) = a(t) + jb(t) simétrica conjugada: x(−t) = a(−t) + jb(−t) = a(t) − jb(t). Por tanto, a(t) es par y b(t) impar. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 14/58
  • 15. 1.4.4 Energía y potencia de una señal v(t) i(t) Potencia 1 2 p(t) = v(t)i(t) = v (t). R Energía t1 ≤ t ≤ t2 : t2 t2 1 2 p(t) dt = v (t) dt. t1 t1 R Potencia media: t2 1 p(t) dt. t2 − t1 t1 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 15/58
  • 16. 1.4.4 Energía y potencia de una señal (II) Energía en un intervalo: t2 n2 |x(t)|2 dt, |x[n]|2 . t1 n=n1 Potencia media en el intervalo: t2 n2 1 2 1 |x(t)| dt, |x[n]|2 . t2 − t1 t1 n2 − n1 + 1 n=n1 Integral: área bajo la curva (de |x(·)|2 ). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 16/58
  • 17. 1.4.4 Energía y potencia de una señal (III) Energía: T ∞ ∞ E∞ = lim |x(t)|2 dt = |x(t)|2 dt, |x[n]|2 . T →∞ −T −∞ n=−∞ Potencia: T N 1 2 1 P∞ = lim |x(t)| dt, lim |x[n]|2 . T →∞ 2T −T N →∞ 2N + 1 n=−N c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 17/58
  • 18. 1.4.4 Energía y potencia de una señal (IV) Señales de energía finita E∞ < ∞. E∞ P∞ = limT →∞ = 0. 2T Ej: x(t) = [|t| ≤ 1]: E∞ = 2, P∞ = 0. Señales de potencia finita P∞ > 0, finita. E∞ = ∞. Ej: x[n] = 4: P∞ = 16, E∞ = ∞. Ejemplo de señal con P∞ y E∞ infinitas: x(t) = t. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 18/58
  • 19. 1.5 Señales elementales Son importantes porque: Sirven de base para otras. Modelan situaciones reales 1. Señales exponenciales y sinusoidales. (a) Continuas. (b) Discretas. (c) Propiedades de periodicidad. 2. Impulso, escalón y rampa. (a) Discretas. (b) Continuas. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 19/58
  • 20. 1.5.1.1 Exponenciales continuas Exponenciales complejas continuas: x(t) = Ceat , donde a, C ∈ C. Exponenciales reales: a, C ∈ R. Si a <≥ 0: decreciente, creciente o constante. e−t et 1 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 20/58
  • 21. 1.5.1.1 Exponenciales continuas (II) Exponenciales complejas periódicas: C ∈ C, C = |C|ejφ = Aejφ ; a ∈ I, a = jΩ0 . x(t) = |C|ej(Ω0 t+φ) . Periódica si x(t + T ) = x(t). 2π Período: T = Ω0 , ya que ejθ = ej(θ±2π) . T |Ω0 = T |−Ω0 . Frecuencias negativas: gira en sentido contrario. Cualquier Ω0 da lugar a una señal periódica. 1 Ω0 = 2πf0 , f0 = T. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 21/58
  • 22. 1.5.1.1 Exponenciales continuas (III) Si x(t) = Aej(Ω0 t+φ) , según la regla de Euler: Re{x(t)} = A cos(Ω0 t + φ), Im{x(t)} = A sen(Ω0 t + φ). A 2T T t A Ω0 t A t Ω0 t c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 22/58
  • 23. 1.5.1.1 Exponenciales continuas (IV) Señales armónicamente relacionadas, φk (t) = ejkΩ0 t , k = 0, ±1, . . . . Energía y potencia: sea x(t) = ejΩ0 t , T0 E T0 = |ejΩ0 t |2 dt = T0 , 0 PT0 = 1, E∞ = ∞, P∞ = 1. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 23/58
  • 24. 1.5.1.1 Exponenciales continuas (V) Caso general: C = |C|ejθ , a = r + jΩ0 . x(t) = |C|ert ej(Ω0 t+θ) = |C|ert cos(Ω0 t + θ) + j|C|ert sen(Ω0 t + θ). Envolvente |x(t)| = |C|ert , real e imag, polar. |C| t |C| c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 24/58
  • 25. 1.5.1.2 Exponenciales discretas Exponenciales complejas discretas, x[n] = Cαn , x[n] = Cean . C, α, a ∈ C. Exponenciales reales: C, α ∈ R {expdisc.m} Si |α| > 1 crece, si |α| < 1 decrece. Si α > 0 no cambia de signo, si α < 0 alterna. Si α = 1, x[n] = cte, si α = −1, x[n] = C(−1)n c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 25/58
  • 26. 1.5.1.2 Exponenciales discretas (II) Exponenciales complejas Si α = ea = er+jω , x[n] = ean = ern (cos ωn + j sen ωn). Si ω = π , cos ωn = (−1)n , sen ωn = 0. Si t ∈ Z, eat ∈ C. En las continuas no hay una exponencial real con α < 0. Sinusoidales: a ∈ I → |α| = 1. x[n] = Aej(ω0 n+φ) . General: C = |C|ejφ = Aejφ , α = |α|ejω0 . x[n] = A|α|n ej(ω0 n+φ) . c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 26/58
  • 27. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad Continuas, x(t) = ejΩ0 t . 1. Cuanto mayor Ω0 , menor T . 2. Es periódica para todo Ω0 . T 2T 3T 4T t c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 27/58
  • 28. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (II) Discretas, x[n] = ejω0 n {perdisc.m} 1. ej(ω0 +2π)n = ejω0 n −→ ω0 ≡ ω0 + 2π indistinguibles. Intervalo frecuencial de 2π ([0, 2π] o [−π, π]) T ↓ cuando ω0 ↑, Tmin = T |ω0 =π : ejπn = (−1)n . 2. ejω0 (n+N ) = ejω0 n → ejω0 N = 1, por tanto ω0 N = 2πm, m ω0 ω0 = 2π N , 2π ∈ Q. ω0 es la frecuencia de la envolvente, la frecuencia fundamental ωfund es la frecuencia de la secuencia discreta. m 2π 2π ω0 ω0 = 2π → N = m :, N= → ωfund = . N ω0 ωfund m c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 28/58
  • 29. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (III) Hacer ejercicios 1.35 y 1.36. Ejercicio: ¿son periódicas las siguientes señales? Calcular N y ωfund . {ejperdis.m} a) x[n] = sen(2n). b) x[n] = cos(0.2πn). c) x[n] = ej6πn . d) x[n] = ej6πn/35 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 29/58
  • 30. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (IV) m a) Si x[n] = sen(2n): ω0 = 2 = 2π N : no periódica. b) Si x[n] = cos(0.2πn): 1 ω0 = 0.2π = 2π , N = 10, ωfund = ω0 . 10 c) Si x[n] = ej6πn : 3 ω0 = 6π = 2π , N = 1, ωfund = ω0 /3 = 2π. 1 d) Si x[n] = ej6πn/35 : 6π 3 ω0 = = 2π , N = 35, ωfund = ω0 /3 = 2π/35. 35 35 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 30/58
  • 31. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (V) Exponenciales relacionadas armónicamente (periódo común N ) jk 2π n φk [n] = e N , k = 0, ±1, ±2, . . . En el caso continuo, todas las φk (t) = jk 2π t e T son distintas, en el discreto no: j(k+N ) 2π n j(k 2π n+2πn) φk+N [n] = e N =e N = φk [n], Sólo hay N distintas de periodo N : j 2π n φ0 [n] = 1, φ1 [n] = e N , . . . , φN −1 , φN = φ0 . c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 31/58
  • 32. 1.5.1.3 Propiedades de periodicidad (VI) Ejemplo: {ejh16.m} √ a) Si x1 [n] = sen(5πn) y x2 [n] = 3 cos(5πn), calcular N . b) Evaluar amplitud y fase de y[n] = x1 [n] + x2 [n]. a) Como ω0 = 5π = 2π 5 , N = 2, ωfund = 2 5π 5 = π. b) y[n] = A cos(ω0 n + φ) = A cos ω0 n cos φ − A sen ω0 n sen φ. √ A cos φ = 3, 2 1 π A = 4 : A = 2, sen φ = − : φ = − . A sen φ = −1 2 6 Por tanto, y[n] = 2 cos(5πn − π/6). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 32/58
  • 33. 1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa Caso discreto Impulso unitario o muestra unitaria {deltad.m}, 0, n = 0, δ[n] = = [n = 0]. 1, n = 0, Propiedad de muestreo: x[n]δ[n] = x[0]δ[n] = x[0], x[n]δ[n − n0 ] = x[n0 ]δ[n − n0 ]. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 33/58
  • 34. 1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa (II) Escalón unitario {ud.m}: 0, n < 0, u[n] = = [n ≥ 0]. 1, n ≥ 0, δ[n] = u[n] − u[n − 1]. n u[n] = δ[m] (ver para n = 0, 1, . . . ). m=−∞ ∞ m = n − k → u[n] = δ[n − k]. k=0 Dibujar con eje abscisas k y de n . Superposición. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 34/58
  • 35. 1.5.2.1 Impulso, escalón y rampa (III) Rampa, r[n] = nu[n] {rampa.m}: 0, n < 0, r[n] = = n[n ≥ 0]. n, n ≥ 0, Ejemplo: expresar x[n] = [0 ≤ n ≤ 9] en función de u[n] y de δ[n]. 9 x[n] = δ[n − k], k=0 x[n] = u[n] − u[n − 10]. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 35/58
  • 36. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (I) Caso continuo Escalón unitario, discontinuo en t = 0: t 0, t < 0, u(t) = 1, t > 0, n t u[n] = δ[m] ←→ u(t) = δ(τ ) dτ, m=−∞ −∞ du(t) δ[n] = u[n] − u[n − 1] ←→ δ(t) = : problema formal. dt c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 36/58
  • 37. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (II) Definimos t u∆ (t) = [0 ≤ t < ∆] + [t > ∆], ∆ lim u∆ (t) = u(t), ∆→0 du∆ (t) 1 δ∆ (t) = = [0 ≤ t < ∆]; dt ∆ u∆ (t) δ∆ (t) ∆ ∆ t ∆ ∆ t c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 37/58
  • 38. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (III) Área de δ∆ (t) = 1. δ(t) = lim δ∆ (t). ∆→0 Delta de Dirac. Distribución. Representación: δ(t) 1 t c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 38/58
  • 39. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (IV) t Interpretación: u(t) = −∞ δ(τ ) dτ . δ(τ ) t>0: =1 t<0: =0 τ Si hacemos τ = t − σ , σ = t − τ , dσ = −dτ ; 0 ∞ u(t) = ∞ δ(t − σ) (−dσ) = 0 δ(t − τ ) dτ . δ(t − τ ) δ(t − τ ) t<0: =0 t>0: =1 τ c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 39/58
  • 40. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (V) δ(t) también tiene una propiedad de muestreo. Si δ(t) = lim∆→0 δ∆ (t), sea x∆ (t) = x(t)δ∆ (t). Si x(t) es continua, en el origen x(t)δ∆ (t) ≈ x(0)δ∆ (t). Límite: x(t)δ(t) = x(0)δ(t) y x(t)δ(t − t0 ) = x(t0 )δ(t − t0 ). ∞ Definición: δ(t) = 0 para t = 0 e −∞ δ(τ ) dτ = 1. Propiedad de selección ∞ ∞ x(t)δ(t − t0 ) dt = x(t0 ) δ(t − t0 ) dt = x(t0 ). −∞ −∞ c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 40/58
  • 41. 1.5.2.2 Impulso, escalón y rampa (VI) Función rampa 0, t < 0, dr(t) r(t) = u(t) = . t, t ≥ 0, dt Hacer el ejercicio 1.38. δ(t) es una función par: δ(t) = δ(−t) (δ(t) = 0, t = 0). 1 Escalado: δ(at) = a δ(t), si a > 0. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 41/58
  • 42. 1.6 Propiedades de los sistemas Estabilidad BIBO: toda entrada acotada produce una salida acotada. y(t) = H(x(t)). El operador es BIBO-estable si cuando |x(t)| ≤ Mx < ∞ para todo t, entonces |y(t)| ≤ My < ∞ para todo t. Ejercicio: demostrar que el MA3 es estable. Ejercicio: ver qué ocurre con y[n] = r n x[n]. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 42/58
  • 43. 1.6 Propiedades de los sistemas (II) Memoria: Un sistema no tiene memoria si la salida en cada instante depende sólo de la entrada en ese instante. Si y(t) depende de valores pasados o futuros de x(t), tiene memoria. ¿Tienen memoria los circuitos con R, C , L?. ¿Tiene memoria el sistema MA3? Causalidad: Es causal si la salida depende sólo de valores pasados o presentes de la entrada. Cuando t no es el tiempo, o está grabada. Aproximaciones del operador derivada. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 43/58
  • 44. 1.6 Propiedades de los sistemas (III) Invertibilidad Un sistema es invertible si se puede recuperar la entrada a partir de la salida. x(t) y(t) x(t) H(·) ? Operador inverso, operador identidad. H −1 {y(t)} = H −1 {H{x(t)}} → H −1 H = I. Cada entrada debe proporcionar una salida distinta. ¿Es invertible el sistema y(t) = x2 (t)? Diagrama de Veen c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 44/58
  • 45. 1.6 Propiedades de los sistemas (IV) Invarianza temporal: Un sistema es TI si para toda entrada x(t) con salida y(t), la salida de x(t − t0 ) es y(t − t0 ). Operador desplazamiento: x(t − t0 ) = S t0 {x(t)}. Para un sistema H , y(t) = H{x(t)}. yi (t) = H{x(t − t0 )} = H{S t0 {x(t)}} = HS t0 {x(t)}, y(t − t0 ) = S t0 {y(t)} = S t0 {H{x(t)}} = S t0 H{x(t)}. H es TI si yi (t) = y(t − t0 ). H es TI si conmunta con S : HS t0 = S t0 H para todo t0 . c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 45/58
  • 46. 1.6 Propiedades de los sistemas (V) Linealidad: Un sistemas es L si satisface el principio de superposición. La salida a la entrada xi (t) es yi (t) = H{xi (t)}. N Sea x(t) = i=1 ai xi (t). N y(t) = H{x(t)} = H ai xi (t) , i=1 N y(t) = ai H{xi (t)}. i=1 H es L si conmuta con el operador suma. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 46/58
  • 47. 1.6 Propiedades de los sistemas (VI) Ejemplo: ¿es lineal el sistema y[n] = nx[n]? La salida asociada a la entrada xi [n] es yi [n] = nxi [n]. N Dada la entrada x[n] = i=1 ai xi [n], su salida es N N N y[n] = n ai xi [n] = ai nxi [n] = ai yi [n]. i=1 i=1 i=1 El sistema es lineal c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 47/58
  • 48. 1.6 Propiedades de los sistemas (VII) Ejemplo: ¿es lineal el sistema y(t) = x(t)x(t − 1)? La salida de xi (t) es yi (t) = xi (t)xi (t − 1). Dada la entrada x(t) = x1 (t) + x2 (t), la salida es y(t) = (x1 (t) + x2 (t))(x1 (t − 1) + x2 (t − 1)) = x1 (t)x1 (t − 1) + x2 (t)x2 (t − 1) + x1 (t)x2 (t − 1) + x2 (t)x1 (t − 1) = y1 (t) + y2 (t) + x1 (t)x2 (t − 1) + x2 (t)x1 (t − 1). No es lineal c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 48/58
  • 49. Ejercicio 1.34 Características de señales pares e impares (a) Demostrar que si x[n] es impar, entonces ∞ x[n] = 0. n=−∞ x[n] = x[n] + x[0] + x[n] n n<0 n>0 = x[−n] + x[n] n>0 n>0 =− x[n] + x[n] = 0. n>0 n>0 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 49/58
  • 50. Ejercicio 1.34 (II) (b) Demostrar que si x1 [n] es impar y x2 [n] es par, entonces y[n] = x1 [n]x2 [n] es impar. y[−n] = x1 [−n]x2 [−n] = −x1 [n]x2 [n] = −y[n]. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 50/58
  • 51. Ejercicio 1.34 (III) (c) Si xp [n] = Par{x[n]} y xi [n] = Imp{x[n]}, demostrar x2 [n] = x2 [n] + p x2 [n]. i n n n Si x[n] = xp [n] + xi [n], x2 [n] = x2 [n] + x2 [n] + 2xp [n]xi [n]. p i Por tanto, x2 [n] = x2 [n] + p x2 [n] + 2 i xp [n]xi [n]. n n n n El último sumando vale 0. La E. de una señal es igual a la suma de las E. de sus componentes par e impar. c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 51/58
  • 52. Ejercicio 1.34 (IV) (c) También para continuas. Demostrar ∞ ∞ ∞ x2 (t) dt = x2 (t) dt + p x2 (t) dt. i −∞ −∞ −∞ Repetiremos los tres pasos del caso discreto. Si x(t) = −x(−t), entonces ∞ 0 ∞ x(t) dt = x(t) dt + x(t) dt −∞ −∞ 0 0 ∞ =− x(−t) dt + x(t) dt ∞ 0 ∞ ∞ = x(−t) dt + x(t) dt = 0. 0 0 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 52/58
  • 53. Ejercicio 1.34 (V) Si x1 (t) es par y x2 (t) impar, entonces x(t) = x1 (t)x2 (t) es impar, ya que x(−t) = x1 (−t)x2 (−t) = −x1 (t)x2 (t) = −x(t). Por último, ∞ ∞ x2 (t) dt = (x2 (t) + x2 (t) + 2xp (t)xi (t)) dt p i −∞ −∞ ∞ ∞ = x2 (t) dt + p x2 (t) dt. i −∞ −∞ c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 53/58
  • 54. Ejercicio 1.35 2π m jm 2π n x[n] = e , ω0 = m = 2π . N N N Sea N = N0 gcd(N, m), m = m0 gcd(N, m), entonces m0 gcd(N, m) m0 ω0 = 2π = 2π . N0 gcd(N, m) N0 c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 54/58
  • 55. Ejercicio 1.36 2π Sea x(t) = ejω0 t de ωfund ω0 y periodo T0 = ω0 . Sea x[n] = x(nT ) = ejω0 nT . T a Demostrar que x[n] es periódica sii T0 ∈ Q. 2π m T m ω0 T ω0 = = 2π → = ∈ Q. T0 N T0 N b Suponer T0 = p ≡ N . ¿Cuáles son el periodo T q m fundamental y la frecuencia fundamental de x[n]? Periodo fundamental: N/ gcd(N, m) ≡ N . Frecuencia fundamental: ωfund = ω0 T /m. c T T0= p ≡ N . ¿Cuántos periodos de x(t) se necesitan para q m obtener las muestras que forman un periodo de x[n]? T N = mT0 : m periodos de x(t). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 55/58
  • 56. Ejercicio 1.36 (II) T0 = 5; t=linspace(0, 30, 1000); x=cos(2*pi*t/T0); plot(t, x); hold on; T=2; n=[0:t(end)/T]; stem(n*T, cos(2*pi*n*T/T0), ’r’); T=exp(1); n=[0:t(end)/T]; stem(n*T, cos(2*pi*n*T/T0), ’r’); c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 56/58
  • 57. Ejercicio 1.37 Si se define la correlación entre x(t) e y(t) como ∞ φxy (t) = x(t + τ )y(τ ) dτ. −∞ (a) ¿Qué relación hay entre φxy (t) y φyx (t)? ∞ ∞ φyx (t) = y(t + τ )x(τ ) dτ = y(σ)x(σ − t) dσ −∞ −∞ ∞ = x(τ − t)y(τ ) dτ = φxy (−t). −∞ (b) Calcular la parte impar de φxx (t). Si φxy (−t) = φxy (t), entonces φxx (−t) = φxx (t) (par). c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 57/58
  • 58. Ejercicio 1.37 (II) (c) Si y(t) = x(t + T ), expresar φxy (t) y φyy (t) en términos de φxx (t) ∞ ∞ φxy (t) = x(t + τ )y(τ ) dτ = x(t + τ )x(τ + t) dτ −∞ −∞ ∞ = (τ + T = σ) x(t − T + σ)x(σ) dσ = φxx (t − T ). −∞ ∞ ∞ φyy (t) = y(t + τ )y(τ ) dτ = x(t + T + τ )x(T + τ ) dτ −∞ −∞ ∞ = (τ + T = σ) x(σ + t)x(σ) dσ = φxx (t). −∞ c Luis Vielva, Grupo de Tratamiento Avanzado de Se˜ Dpt. Ingenier´a de Comunicaciones. Universidad de Cantabria. Se˜ nal. ı nales y sistemas. Tema 1: Se˜ nales y Sistemas. OpenCourseWare – p. 58/58