Introducción a las Señales: Conceptos Fundamentales
Las señales continuas son aquellas que cumplen el principio de continuidad de una función, esto es, la señal varía suavemente en el tiempo sin discontinuidades, por ejemplo, la voz.
Las señales discretas, por el contrario, mantienen un valor constante durante un cierto tiempo, tras el cual pasan a otro valor de forma discontinua, por ejemplo, la señal binaria (0 y 1).
Tipos de Señales: Analógicas y Digitales
Las señales analógicas son aquellas que tienen una forma de onda continua que cambia suavemente en el tiempo. A medida que la onda se mueve de A a B, pasa a través de, e incluye, un número infinito de valores en su camino.
Las señales digitales, por el contrario, son discretas; solamente pueden tener un número definido de valores, a menudo, tan simple como ceros y unos. La transición entre los valores de una señal digital es instantánea, como una luz que se enciende y se apaga.
Características Generales de las Señales
Las señales se ilustran imprimiéndolas sobre un par de ejes perpendiculares. El eje vertical representa el valor de la potencia de la señal; el eje horizontal, el paso del tiempo.
Señales Periódicas y Aperiódicas
Señales Periódicas
Una señal es periódica si completa un patrón dentro de un marco de tiempo medible, denominado periodo, y repite ese patrón en periodos idénticos subsecuentes. Cuando se completa un patrón, se dice que se ha completado un ciclo. El periodo se define como la cantidad de tiempo (expresado en segundos) necesario para completar un ciclo completo. La duración de un periodo, representado por T, puede ser diferente para cada señal, pero es constante para una señal periódica determinada.
Señales Aperiódicas
Una señal aperiódica o no periódica cambia constantemente sin exhibir ningún patrón o ciclo que se repita en el tiempo. Sin embargo, se ha demostrado mediante una técnica denominada transformada de Fourier, que cualquier señal aperiódica puede ser descompuesta en un número infinito de señales periódicas.
Clasificación de Señales Analógicas
Las señales analógicas se pueden clasificar en simples o compuestas. Una señal analógica simple, o una onda seno, no puede descomponerse en señales más simples. Una señal analógica compuesta está formada por múltiples ondas seno.
Parámetros Clave de las Señales
Amplitud
La amplitud de la señal en un gráfico es el valor de la señal en cualquier punto de la onda. Es igual a la distancia vertical desde cualquier punto de la onda hasta el eje horizontal. La máxima amplitud de una onda seno es igual al valor más alto que puede alcanzar sobre el eje vertical. La amplitud se mide en voltios, amperios o vatios, dependiendo del tipo de señal. Los voltios indican el voltaje, los amperios, la corriente eléctrica y los vatios, la potencia.
Periodo y Frecuencia
El periodo se refiere a la cantidad de tiempo, en segundos, que necesita una señal para completar un ciclo. La frecuencia indica el número de periodos en un segundo. La frecuencia de una señal es su número de ciclos por segundo.
Fase
La fase describe la posición de la onda relativa al instante de tiempo cero. Si se piensa en la onda como algo que se puede desplazar hacia delante o hacia atrás a lo largo del eje del tiempo, la fase describe la magnitud de ese desplazamiento. Indica el estado del primer ciclo. La fase se mide en grados o radianes (360 grados son 2π radianes). Un desplazamiento de fase de 360 grados corresponde a un desplazamiento de un periodo completo; un desplazamiento de fase de 180 grados corresponde a un desplazamiento de la mitad del periodo; un desplazamiento de fase de 90 grados es un cuarto del periodo.
Señales Compuestas y su Descomposición
Se trata de señales periódicas que no son ondas seno. Hay muchas formas de onda útiles que no cambian de forma suave en una única curva entre una amplitud máxima y mínima; en lugar de eso, saltan, se desplazan, se bambolean, tienen picos y presentan depresiones. Pero siempre que las irregularidades sean consistentes para cada ciclo, una señal sigue siendo periódica. Para descomponer una señal compuesta en sus componentes, es necesario realizar una transformada de Fourier.
Representación Digital de Datos
Señales Digitales: Además de poder representarse como una señal analógica, los datos también se pueden representar mediante una señal digital. Por ejemplo, un 1 se puede codificar como un voltaje positivo y un 0 como un voltaje cero.
Intervalo de Bit y Tasa de Bit
La mayoría de las señales digitales son aperiódicas y, por tanto, la periodicidad o la frecuencia no es apropiada. Se usan dos nuevos términos para describir una señal digital: intervalo de bit (en lugar de periodo) y tasa de bit (en lugar de frecuencia). El intervalo de bit es el tiempo necesario para enviar un único bit. La tasa de bit es el número de intervalos de bit por segundo. Esto significa que la tasa de bit es el número de bits enviados en un segundo, habitualmente expresados en bits por segundo (bps).