Señales de Ruido y Filtros

7/25/2019 Seales de Ruido y Filtros

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SEALES DE RUIDO


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Se denomina RUIDO a toda seal no deseadan(t) que se mezcla con la seal til que se

quiere transmitir, modifcando el contenido dela inormacin que la original transporta.

Fig 1. Muestras de ruido


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El ruido puede aectar de diversas manerasuna transmisin (sumndose omultiplicndose con la seal que contiene lainormacin).

Por ejemplo:

Fig 2. Caso en que el efecto del ruido es aditivo


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El ruido es el resultado de diversos tipos de

perturaciones que tiende a enmascarar lainormacin dentro de su anc!o de anda.

El anc!o de anda es la longitud, medida en"z, del rango de recuencias en el que seconcentra la ma#or parte de la potencia de laseal. $uede ser calculado a partir de una

seal temporal mediante el Anlisis deFourier.


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En todos los casos lasrepresentaciones del ruido tienen

tra#ectorias que son aleatorias,di%cilmente predeciles, por lo cual esnecesario recurrir a modelos para suanlisis.


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&a tarea de un sistema de comunicacin estranserir un mensa'e de la uente (transmisor)

al destino (receptor).

&os errores provocados por el ruido sonvisualizados en el mensa'e de salida.

&a distorsin que produce el ruido en unadeterminada comunicacin depende de supotencia, de su distriucin espectral respectoal anc!o de anda de la seal, as% como de lapropia naturaleza de la seal # de lainormacin que transporta.


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El ruido aecta de dierente manera a la

inormacin que transportan las sealesanalgicas que a la codifcada medianteseales digitales.

Esta es la causa por la que se !aestalecido una tipifcacin sica de loscanales-

mplifcacin para los canales analgicos(seales continuas)- *egeneracin para los canales digitales

(seales discretas).


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&a gran desventa'a de la transmisin anloga esque el amiente genera tami+n seales de

ruido, que generalmente interferen con las queacarrean inormacin # crean complicacionesresultando en una seal de menor calidad.

&as venta'as de la transmisin digital es,primero, su inmunidad a las intererencias #aque al digitalizar una seal se elimina el ruido-producido por el medio amiente, produciendouna seal ms pura # de ma#or resolucin, #segundo, que puede codifcarse usando elsistema inario que se asa en los d%gitos(encendido) # / (apagado)


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El ruido en las telecomunicaciones es, por lotanto, una distorsin

En el sonido 01 2eleon%a En la imagen 01 2elevisin

En errores 01 2elegra%a


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RUIDO EXTERNO: producido por el medio de

transmisin.

Ruido Artificial (humano

Ruido Atmosf!ricoRuido Espacial

RUIDO INTERNO: producido e"clusi#amente por el

receptor.

TIPOS DE RUIDO


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$ara medir la in3uencia del ruido sore la seal se utiliza larelacin seal4ruido.

SNR01 para seales analgicas.BER01 para seales digitales.

Esta relacin e5istente se defne como el cociente entre elvalor de la seal # el ruido. 6eneralmente se mane'a endecielios(d7).

8e ese modo, una relacin seal4ruido 9 // indica que laseal es // veces ms relevante que el ruido que la aecta.


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Fig 3. Relacin seal/ruido


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Cmo podramos medir si el ruido eslo sufcientemente signifcante como

para haber degradado mucho nuestraseal, o por el contrario, podemosdespreciarlo al ser muy bajo

$or e'emplo, si tenemos un ruido de : voltiosde amplitud # nuestra seal original tieneuna amplitud de // volt, ien podr%amosconsiderar que nuestra transmisin no !asurido percance ma#or # dar%amos lacomunicacin por vlida.


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En camio, si el ruido vale // m;olt #nuestra seal original tiene una amplitud de: m;olt, tendremos una seal de ruido lo

sufcientemente signifcante como para !aerdegradado muc!o nuestra seal.


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M!odos de "#rd$#re: Se incorporan alinstrumento fltros, cortadores,moduladores, etc.


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M!odos de so(!$#re:?tilizan algoritmos

que permiten e5traer las seales de losentornos ruidosos.

$romediado de puntos

$romedio de con'untos >iltrado digital

2ransormadas de >ourier

Suavizado

2+cnicas de correlacin


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FILTROS


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El procesamiento de seales es importante porque

permite saer qu+ propiedades tiene un con'unto dedatos adquiridos, en s%, permite llevar una seal auna orma en la cual se pueda interpretar me'or.

?na !erramienta importante en el procesamiento dedatos es el fltrado. El fltrado se realiza para adecuaruna seal reciida para ser interpretada de una me'ororma o limpiarla para poder apreciarla msclaramente. &os fltros a#udan en este sentido,

modifcando o eliminando componentes de recuenciaindeseadas o que no interesan.


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El proceso de FILTRADO surge cuando es necesariocamiar las amplitudes relativas de las componentes derecuencia de una seal.

Fig 4. Filtrado de una seal


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"a# muc!as ormas de representar un fltro En uncin de $(recuencia digital) En uncin de ) En uncin de n(nmero de muestra).

En uncin de )

En uncin de n

&os coefcientes ## *son los que defnen el fltro.

E+presi,n -ener#l:


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El espectro de la seal de entrada, que es en algunoscasos atenuada por los fltros, se analiza por medio delas Series de Fourier o con el nalizador deEspectro.

!spectro de la "eal#$ Permite la descomosicinen una escala de magnitudes resecto a la frecuencia.

%nali&ador de !spectro#$ Permite la visuali!acin

de una seal con resecto a la frecuencia. "losciloscoio lo #ace con resecto al tiemo.


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Se utilizan para enriquecer variaciones rpidas otransiciones de una seal.

Por ejemplo:

&os fltros &2@ se inclu#en comnmente en los sistemasde audio. $ara permitir al o#ente modifcar lascantidades relativas de energ%a de a'a recuencia(graves) # de alta recuencia (agudos).

&a respuesta en recuencia se puede camiarmane'ando los controles de tono.

Fil!ros .on(orm#dores de

Fre.uen.i#

SE-/N SU EFE&TO


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?n fltro ecualizador se inclu#e a menudo enel preamplifcador.

Esas etapas de fltrado se las conoce como

circuitos ecualizadores, los mismos que estndiseados para compensar la respuesta enrecuencia de las ocinas con la !aitacinen la que se encuentran # permitir al o#ente

controlar la respuesta en total recuencia.


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Fig $. Filtro diferenciador en una imagen %a&


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Fig $. Filtro diferenciador en una imagen %'&


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Si los sistemas &2@ camian la orma del

espectro de una seal, se comportan comofltros con'ormadores de 'recuencia#


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Si los sistemas &2@ de'an pasar algunasrecuencias esencialmente no

distorsionadas # atenan de manerasignifcativa o eliminan por completo otras,se comportan como fltros selectios en'recuencia#


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2ipo de fltro electrnico que discriminan las sealeso componentes de una seal analgica que pasan a

su trav+s atendiendo a algunas de suscaracter%sticas, !aitualmente su recuencia.

PASI1OS: quellos que atenuarn la seal en ma#oro menor grado. Ao necesitan alimentacin. Se !acen con resistencias, condensadores #

oinas.

SE-/N SU IMPLEMENTA&I'N

Fil!ros Anlo2os


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Elevada impedancia de entrada. 7a'a impedancia de salida. ?so de inductancias elevadas para fltrar en

a'a recuencia.

A&TI1OS: quellos que pueden presentarganancia en toda o parte de la seal desalida respecto a la de entrada. Aecesitan alimentacin.

@mpedancia de entrada grande. @mpedancia de salida mu# a'a.


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*esistencias # condensadores comoelementos constitutivos.

El margen dinmico de volta'e de salidaest limitado por la saturacin de los

amplifcadores operacionales. El anc!o de anda es limitado. &os amplifcadores operacionales generan

ruido.


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>iltros que operan sore seales discretas #cuantizadas, implementado con tecnolog%adigital, ien como un circuito digital o como unprograma inormtico.

Se le da la denominacin de digital ms por suuncionamiento interno que por su dependenciadel tipo de seal a fltrar, as% podr%amos llamar

fltro digital tanto a un fltro que realiza elprocesado de seales digitales como a otro quelo !aga de seales analgicas.

Fil!ros Di2i!#les


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El procesamiento interno # la entrada delfltro sern digitales, por lo que puede ser

necesario una conversin analgica0digital odigital0analgica para uso de fltros digitalescon seales analgicas.

Este tipo de fltros pueden !aer camiado laseal en amplitud, recuencia o asedependiendo de sus caracter%sticas.


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FILTROSSE-/N SU FUN&I'N


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&a seal de salida es atenuada a partir de larecuencia de corte.

Fig (. )isosicin circuital de un *ltro asivo asa 'a+o

Fil!ros P#s# *#jo


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Fig ,. Funcin de ganancia de un Filtro Pasa 'a+o


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Fig -. )iagrama de ode en deci'elios de un *ltro asa 'a+o


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&a seal de salida es atenuada antes de larecuencia de corte.

Fig ,. )isosicin circuital de un *ltro asivo asa alto

Fil!ros P#s# #l!o


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Fig . Funcin de ganancia de un Filtro Pasaaltos


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Fig 10. )iagrama de ode en deci'elios de un *ltro asa alto


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&a seal de salida es atenuada antes #despu+s de una recuencia de corte, llamadainerior # otra recuencia llamada superior. &a

recuencia entre estas dos se le denominarecuencia media fm o central del fltro.

Fil!ro P#s# *#nd#


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Fig 11. )isosicin circuital de un *ltro asivo asa 'anda


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Fig 12. Funcin de ganancia de un Filtro Pasa 'anda


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Fig 13. )iagrama de ode en modo lineal en deci'elios de un*ltro asa 'anda


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&a seal de salida es atenuada entre la recuencia de corte

llamada inerior # otra recuencia llamada superior. &a recuenciaentre estas dos se le denomina recuencia media o central delfltro.

Fig 14. )isosicin circuital de un *ltro asivo elimina 'anda

Fil!ro Elimin# *#nd#


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Fig 1$. Funcin de ganancia de un Filtro elimina 'anda


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Fig 1(. )iagrama de ode en magnitud de un *ltro elimina 'anda


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Es la dierencia entre las recuencias de corte

superior e inerior de un fltro paso anda oelimina anda.

An."o de *#nd# de un 3l!ro 4B56:

F#.!or de .#lid#d o sele.!i0id#d de un3l!ro 476:

&a relacin entre el anc!o de anda del fltro# su recuencia central.


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