Curso 2014-15

Señales y Sistemas

Titulación: Código: Tipo:
Grado en Ingeniería Informática 21409 Básica 2º curso
Grado en Ingeniería Telemática 21720 Básica 2º curso
Grado en Ingeniería en Sistemas Audiovisuales 21598 Básica 2º curso

 

Créditos ECTS: 8 Dedicación: 200 horas Trimestre: 1º y 2º

 

Departamento: Dpto. de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Coordinador: Xavier Serra
Profesorado:


Xavier Serra, Azadeh Faridi, Gema Piella, Constantine Butakoff, Martí Umbert, Julio José Carabias, Sertan Senturk, Noemi Carranza, Juan José Bosch, Bruno Paun, Ratheesh Mungara, George Geordie
Idioma:

Català, Castellà, Anglès
Horario:
Campus: Campus de la Comunicación - Poblenou

 

Presentación de la assignatura

Este  es un curso introductorio al procesamiento digital de la señal pensado para estudiantes del segundo año académico de las ingenierías en
Informática, Telemática, y Sistemas Audiovisuales. El curso tiene como objetivo que los estudiantes adquieran la comprensión de los conceptos matemáticos básicos utilizados en el estudio de las señales y sistemas digitales y que sepan utilizar estos conceptos en problemas concretos de ingeniería.

El temario del curso incluye una parte más matemática y otra más centrada en el procesamiento de la señal desde un punto de vista de ingeniería. Dentro de los temas más matemáticos incluye el estudio de los números complejos, la transformada discreta de Fourier y la transformada Z. En la parte más centrada en el procesamiento de la señal se incluye el
estudio de las señales sinusoidales, su muestreo y la su representación espectral, y el estudio de los filtros digitales, tanto FIR como IIR.

El curso se organiza metodológicamente en tres tipos de actividades docentes clases magistrales o teóricas, los seminarios, y los laboratorios o clases prácticas. En las clases magistrales el profesor explica los conceptos teóricos del temario. En
los seminarios, donde el profesor trabaja con grupos reducidos de estudiantes, se discuten y resuelven problemas relacionados con cada
uno de los temas tratados en las clases magistrales con la participación activa de los estudiantes. Finalmente, en los laboratorios, que tienen lugar en salas de ordenadores, los estudiantes realizan prácticas de programación bajo la supervisión del
profesor. En estas prácticas se diseñan e implementan algoritmos relacionados con
cada uno de los conceptos de procesamiento de la señal que se tratan en el curso.

 

Prerequisitos

 

Competencias

Competencias transversalesCompetencias específicas
Instrumentales

1. Capacidad de análisis y síntesis

2. Resolución de Problemas

3. Comunicación oral y escrita
 
Interpersonales

1. Trabajo en equipo

2. Capacidad de crítica y autocrítica

Sistémicas

1. Capacidad para integrar conocimientos y metodologías en la práctica

2. Preocupación por la calidad

 
1 . Entender y saber utilizar los conceptos matemáticos adecuados para analizar y representar las señales y los sistemas digitales

2 . Entender las señales sinusoidales tanto desde el punto de vista matemático, como del procesamiento de la señal, como del físico

3 . Entender las matemáticas de la Transformada de Fourier y sus propiedades

4 . Entender el concepto de representación espectral y su utilización para representar señales temporales

5 . Saber convertir señales temporales continuas en señales temporales discretas y al revés. Entender el teorema de muestreo de Shannon y los fenómenos de aliasing y folding

6 . Entender y saber utilizar la transformada Z en el estudio de los sistemas digitales

7 . Entender y saber utilizar las diferentes representaciones de los filtros FIR y IIR: Ecuación de diferencias, Respuesta impulsional, Respuesta frecuencial, y Función de transferencia

8 . Entender los métodos de análisis espectral para señales discretas temporales periódicas y no periódicas. Saber interpretar la representación espectral y saber identificar las características espectrales de las señales

9 . Saber diseñar e implementar algoritmos de procesamiento de audio

 

 

 

Evaluación

El curso está organizado en tres tipos de actividades docentes: clases magistrales de teoría, seminarios y prácticas/laboratorios. La nota final es el resultado de combinar una evaluación continua con tres exámenes parciales.

A continuación se detalla la evaluación de cada actividad:

    Teoría (17 puntos)

• Primer examen parcial, semana 7 del primer trimestre (5 puntos) [recuperable]
• Segundo examen parcial, semana 4 del segundo trimestre (6 puntos) [recuperable]
• Tercer examen parcial, período exámenes finales (6 puntos) [recuperable]

    Laboratorios (11 puntos)

• Entrega informes (2 puntos)
• Primer examen parcial, semana 7 del primer trimestre (3 punto) [recuperable]
• Segundo examen parcial, semana 4 del segundo trimestre (4 puntos) [recuperable]
• Tercer examen parcial, período exámenes finales (2 puntos) [recuperable]

    Seminarios (7 puntos)

• Pruebas en clase

La nota final se calcula de la siguiente forma :

Nota = 10 * (Teoría (mínimo 8,5 puntos) + Labs (mínimo 5,5 puntos) + Seminarios) / 35

Para aprobar la asignatura hay que sacar un 5 sobre 10. Hay que sacar 17,5 al 35 puntos máximos y obtener un mínimo de 8,5
puntos en la parte de teoría y un mínimo de 5,5 puntos en la parte práctica .

La asignatura se divide en tres períodos / partes que se evalúan en tres exámenes escritos e individuales. Los exámenes tienen una parte para evaluar la parte teórica y una para evaluar la parte práctica de la asignatura.

Antes de cada laboratorio se entrega el enunciado de los ejercicios a realizar durante la práctica. Durante los laboratorios los alumnos resuelven problemas prácticos e implementan algoritmos con Octave y / o Matlab. Las prácticas se entregan a través de Moodle, individualmente, al final de cada clase de prácticas. La evaluación de los informes de las prácticas cuenta 2 puntos en la nota final.

Antes de cada seminario se entrega una colección de problemas a los alumnos para que ellos los trabajen individualmente antes de la sesión, como
una preparación previa al seminario. Estos
problemas corresponden a conceptos o conocimientos tratados en clase de teoría y puestos en práctica en los laboratorios. Durante
el seminario todos los estudiantes deben participar en la resolución de una selección de los problemas entregados previamente. La evaluación de esta actividad se basa en los ejercicios individuales que
determine el profesor y que se hacen durante las clases. Esta evaluación cuenta 7 puntos en la nota final.

Si la suma de todos los puntos es más de 17,5 (50%) pero no se ha llegado a los mínimos establecidos en los exámenes de teoría y de
prácticas , la nota final será un 4,9.

Las partes indicadas como recuperables de la asignatura se podrán recuperar con un examen que se realizará durante el período de evaluación del mes de julio.

 

Contenidos

Bloque 1. Introducción a las Señales y Sistemas

a . Definición de señales y sistemas en ingeniería

b . Representación matemática de señales

c . Representación matemática de sistemas

 

Bloque 2. Sinusoides

a . Funciones seno y coseno

b . señales sinusoidales

c . sinusoides complejas

d . Fasores y suma de fasores

e. Física del diapasón

 

Bloque 3. Representación espectral de señales temporales

a . Espectro de suma de sinusoides

b . Modulación de amplitud

c . Producto de sinusoides

d . Ondas periódicas , sonidos periódicos

e. Series de Fourier

f . Espectro de las series de Fourier

g . Análisis de Fourier de señales periódicas

h . Espectro tiempo- frecuencia i.Modulació de frecuencia , señales xirp

 

Bloque 4 . Muestreo y Aliasing

a . muestreo

b . El teorema de muestreo

c . Aliasing y Folding

d . Visión espectral del muestreo

e. Demostración estroboscópica del muestreo

f . Conversión de señales discretas a continuos

 

Bloque 5. Filtros de respuesta impulsional Finita, FIR

a . Sistemas en tiempo discreto

b . Filtro de media móvil

c . El filtro FIR general

d . Respuesta impulsional de los filtros FIR

e. Implementación de filtros FIR

f . Convolución discreta de señales

g . Sistemas lineales e invariantes en el tiempo, LTI h.Convolució, sistemas LTI, y filtros FIR i.Sistemes LTI en cascada

 

Bloque 6 . Respuesta frecuencial de los filtros FIR

a . Respuesta sinusoidal de los filtros FIR

b . Superposición y la respuesta frecuencial

c . Respuesta transitoria y en estado estable

d . Propiedades de la respuesta frecuencial

e. Representación gráfica de la respuesta frecuencial

f . Sistemas LTI en cascada

g . Filtro de media móvil

h . Filtrado de señales temporales muestreadas

 

Bloque 7. Transformada Z

a . Definición de la transformada Z

b . La transformada Z y los sistemas lineales

c . Propiedades de la transformada Z

d . La transformada Z como operador

e. Convolución y la transformada Z

f . Relación entre el dominio Z y el dominio frecuencial

g . filtros útiles

h . Diseño práctico de filtros paso banda

y . Propiedades de los filtros de fase lineal

 

Bloque 8. Filtros de Respuesta Impulsional Infinita, IIR

a . La ecuación de diferencias general de los filtros IIR

b . Respuesta en el dominio temporal

c . Función del sistema de un filtro IIR

d . Polvo y ceros

e. Respuesta frecuencial de un filtro IIR

f . Los tres dominios

g . La transformada Z inversa y aplicaciones

h . Respuesta en estado estable y estabilidad

y . Filtros de segundo orden

j . Respuesta frecuencial de los filtros de segundo orden

k . Ejemplo de un filtro IIR pasa - bajos

 

Bloque 9. Señales de tiempo continuo y sistemas LTI

a . Señales temporales continuos

b . señal impulsional

c . Sistemas continuos temporales

d . Sistemas lineales e invariantes en el tiempo

e. Respuesta impulsional de sistemas LTI básicos

f . Convolución de impulsos

g . Evaluación de la integral de convolución

h . Propiedades de los sistemas LTI

 

Bloque 10. Transformada de Fourier continúa

a . Definición de la transformada de Fourier

b . Transformada de Fourier y el espectro

c . Existencia y convergencia de la transformada de Fourier

d . Ejemplos de pares de Fourier

e. Propiedades de los pares de Fourier

f . Propiedad de Convolución

g . Sistemas LTI básicos

h . Tabla de las propiedades de la transformada de Fourier

y . Propiedades de los sistemas LTI

 

Bloque 11. Filtrado, modulación y muestreo

a . Sistemas lineales e invariantes en el tiempo

b . Modulación de amplitud de sinusoides

c . Muestreo y reconstrucción

 

Bloque 12. Calculando el espectro

a . Suma finita de Fourier

b . Demasiado transformadas de Fourier?

c . ventana temporal

d . Análisis de una suma de sinusoides

e. Transformada de Fourier Discreta

f . Análisis espectral de señales finitos

g . Análisis espectral de señales periódicas

h . El espectrograma

y . Transformada de Fourier de tiempo corto, STFT

 

Metodología

 Hores al aulaHoras fuera del aula
TemasGrupo grandeGrupo medianoGrupo pequeño 

 Bloque 1

1

 

 

1

 Bloque 2

3

4

2

9

 Bloque 3

4

2

2

10

 Bloque 4

2

  

1

4

Examen 1

    

1

15

 Bloque 5

4

4

2

12

 Bloque 6

2

  

1

4

 Bloque 7

2

2

1

6

 Bloque 8

4

2

2

10

Examen 2

    

1

15

 Bloque 9

2

2

1

6

 Bloque 10

4

  

2

8

 Bloque 11

2

  

1

4

 Bloque 12

4

2

1

9

 Examen 3

2

 

 

15

Total:

36

18

18

128

Total: 200 hores

 

Recursos

Bibliografía básica

 • James H. McClellan, Ronald W. Schafer, and Mark A.Yoder, 2003. Signal Processing First (SPF). Prentice Hall, International edition

Bibliografía complementaria

• A. V. Oppenheim and R. W. Schafer. 1999. Discrete-Time Signal Processing. Prentice Hall.
• John G. Proakis and Dimitris G. Manolakis. 1998. Tratamiento digital de señal. Prentice Hall.
• C. Sidney Burrus et al. 1998. Ejercicios de Tratamiento de la Señal utilizando matlab v.4. Prentice-Hall.

Recursos didácticos

• Recursos relacionados con SP First: http://users.ece.gatech.edu/mcclella/SPFirst/
• Para cada sesión de seminario hay disponible una colección de problemas en Moodle de la asignatura. • Para cada sesión de prácticas está disponible el enunciado de la práctica en el Moodle de la asignatura.