INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PROGRAMA SINTÉTICO

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1 CARRERA: Ingeniería en Computación. PROGRAMA SINTÉTICO ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. SEMESTRE: Quinto OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará sistemas capaces de modificar las características principales de las señales continuas y discretas usando el hardware y software de una computadora, basándose en el análisis en tiempo y frecuencia de las señales y los sistemas. CONTENIDO SINTÉTICO: I. Señales Continuas y Discretas. II. Sistemas Continuos y Discretos. III. Sistemas Lineales Invariantes en el Tiempo. IV. Análisis Frecuencial de Señales y Sistemas. V. Transformada Discreta de Fourier. VI. Transformada Rápida de Fourier. METODOLOGÍA: Participación activa tanto del alumno como del profesor en el manejo de la información, así como la búsqueda de conceptos y fundamentos. La exposición del profesor estará respaldada por ejemplos y ejercicios provenientes de la bibliografía. El análisis como ejercicio en el diseño y construcción de programas de computadora para demostrar en forma gráfica y cuantitativa la solución de los diferentes problemas planteados. La práctica deberá estar respaldada por la teoría vista en clase, demostrando los principios y aplicaciones del análisis de las señales y los sistemas continuos y discretos. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La calificación de cada departamental se tomará de la siguiente manera: tareas el 10%, examen departamental 60% y 30% prácticas de laboratorio. Para tener derecho al examen departamental se deberán entregar todas las tareas en la fecha y hora elegidos. Para acreditar la asignatura deberá estar acreditado el laboratorio y cumplir con el 80% de asistencia. BIBLIOGRAFÍA: 1. Oppenheim, Alan V., Willsky Alan S. Señales y Sistemas. Pearson, México 1998, 957pp 2. Proakis John G., Manolakis Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales. Prentice Hall, México 1998, 1016pp 3. Stremler Ferrel G. Introducción a los Sistemas de Comunicación. Pearson, México 1993, 562pp

2 ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica CARRERA: Ingeniería en Computación. OPCIÓN: COORDINACIÓN: Academia de Comunicaciones y Electrónica. DEPARTAMENTO: Ingeniería en Computación. ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas SEMESTRE: Quinto CLAVE: CLA026 CRÉDITOS: 10.5 VIGENTE: Agosto 2005 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada. TIEMPOS ASIGNADOS /SEMANA/TEORÍA: /SEMANA/PRÁCTICA: /SEMESTRE/TEORÍA: 81.0 /SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0 /TOTALES: PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Comunicaciones y Electrónica de ESIME Culhuacan REVISADO POR: Subdirección Académica de ESIME Culhuacan APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar de ESIME Culhuacan. Ing. Ernesto Mercado Escutia AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y Programas del Consejo General Consultivo del IPN

3 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. CLAVE: CLA026 HOJA: 2 DE 11 FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA El alcance potencial de las aplicaciones actuales de los métodos de análisis, señales y sistemas, continúa expandiéndose a medida que los ingenieros en computación se enfrentan a nuevos retos que involucran la síntesis o el análisis de procesos complejos, los cuales se han desarrollado rápidamente durante los últimos diez años. Este rápido desarrollo es el resultado de los avances tecnológicos en las computadoras y el hardware asociado a estas, los cuales hace tres décadas eran relativamente grandes y caros y, como consecuencia, su uso se limitaba a aplicaciones de propósito general tanto científicas como comerciales en tiempo no real. El rápido desarrollo de la tecnología de circuitos integrados ha estimulado el desarrollo de computadoras más potentes, pequeñas, rápidas, baratas y de hardware de propósito general, las cuales han hecho posible construir sistemas digitales altamente sofisticados, capaces de realizar funciones y tareas de procesamiento de señales que normalmente eran demasiado difíciles y/o caras. Otra de las ventajas en el uso de la computadora para el análisis de señales y sistemas es que ésta permite operaciones programables por medio de software, con lo cual se pueden modificar fácilmente las funciones de análisis y procesamiento de señales para que estas sean realizadas por el hardware. Por lo tanto el hardware y el software asociado en la computadora proporciona un mayor grado de flexibilidad en el análisis y diseño de señales y/o sistemas. Además, normalmente se consigue mayor precisión con el hardware y el software asociado en la computadora en comparación con los circuitos analógicos. Lo anterior da como marco a la importancia de la asignatura de Análisis de Señales Analógicas para el análisis y diseño de sistemas continuos y discretos, mediante la correcta aplicación tanto del hardware como del software asociado en la computadora, así como de sus interfaces, los cuales son objeto de estudio del Ingeniero en Computación. Análisis de señales es una asignatura teórico-práctica que se basa en las leyes de la Física y las Matemáticas superiores, así como en sólidos antecedentes sobre el uso y la programación de computadoras, para el análisis y puesta en practica de fenómenos, sistemas y algoritmos, por ello se debe cursar después de las asignaturas de Variable Compleja y Análisis de Fourier, Estructuras de Datos y Electrónica Analógica. También, la materia de Análisis de Señales es base de las asignaturas de Modulación Digital y Teoría del Control. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará sistemas capaces de modificar las características principales de las señales continuas y discretas usando el hardware y software de una computadora, basándose en el análisis en tiempo y frecuencia de las señales y los sistemas.

4 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas CLAVE: CLA026 HOJA: 3 DE 11 UNIDAD I NOMBRE: Señales Continuas y Discretas El alumno identificará los diferentes tipos de señales continuas y discretas, así como las principales propiedades y características de este tipo de señales Clasificación de las señales. Señales multicanal y multidimensionales. Señales en tiempo continuo frente a señales en tiempo discreto. Señales deterministas frente a señales aleatorias. Señales de energía y señales de potencia B, 2B, 3B, 8C Transformaciones de la variable independiente. Ejemplos de transformaciones de la variable independiente. Señal periódica, señal par y señal impar Señales exponenciales, senoidales, escalón unitario e impulso. Señales exponencial y senoidal continuas y discretas. Las funciones impulso unitario y escalón unitario continuas y discretas. Subtotal Investigación de conceptos por parte del alumno. Formación de grupos para la solución de ejercicios coordinados por el profesor. Uso de recursos audiovisuales y multimedia para explicar las diferentes señales tanto continuas como discretas. Realización de tareas y trabajos extraclase, de transformaciones de la variable independiente. Exposiciones y/o intervenciones por parte del alumno y el profesor de los conceptos fundamentales. Dos tareas correspondientes a ejemplos prácticos de señales tanto continuas como discretas, en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% de la calificación del mismo. Tres prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final y el 60% restante de la evaluación corresponderá al primer examen departamental donde se evaluarán los conocimientos adquiridos en las unidades I y II. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio.

5 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas CLAVE: CLA026 HOJA: 4 DE 11 UNIDAD II NOMBRE: Sistemas Continuos y Discretos El alumno identificará los diferentes tipos de sistemas continuos y discretos, así como las principales propiedades y características de este tipo de sistemas para su futura aplicación Sistemas continuos y discretos. Descripción entrada - salida de sistemas. Representación de sistemas mediante diagramas de bloques. Ejemplos sencillos de sistemas. Interconexiones de sistemas. Propiedades básicas de los sistemas. Sistemas con y sin memoria. Invertibilidad y sistemas inversos. Causalidad. Invariancia en el tiempo. Linealidad B, 2B, 3B, 4B, 6C Subtotal Investigación de conceptos referentes a la importancia de los sistemas continuos y discretos por parte del alumno. Formación de grupos para la solución de ejercicios coordinados por el profesor. Formación de grupos para la discusión de resultados sobre la interconexión de los sistemas. Uso de recursos audiovisuales y multimedia. Realización de prácticas de laboratorio. Tareas y trabajos extraclase. Cuatro tareas que corresponden a ejemplos prácticos de sistemas tanto continuos como discretos, en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. Tres prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final y el 60% será la calificación del examen del periodo correspondiente a las unidades I y II. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio.

6 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas CLAVE: CLA026 HOJA: 5 DE 11 UNIDAD III NOMBRE: Sistemas Lineales Invariantes en el Tiempo El alumno aplicará las propiedades básicas de linealidad e invariancia en el tiempo de los sistemas, para el modelado de sistemas lineales e invariantes en el tiempo (LTI) Sistemas LTI discretos: La suma de convolución. La representación de señales discretas en términos de los impulsos. La respuesta al impulso unitario discreto y la representación de la suma de convolución de sistemas LTI B, 2B, 3B, 4B, 6C Sistemas LTI continuos: La integral de convolución. La representación de señales continuas en términos de los impulsos. La respuesta al impulso unitario continuo y la representación de la integral de convolución de sistemas LTI Propiedades de los sistemas lineales e invariantes en el tiempo Propiedades conmutativa, distributiva y asociativa. Sistemas LTI con y sin memoria. Invertibilidad de sistemas LTI. Causalidad para los sistemas LTI. Respuesta al escalón unitario de un sistema LTI. Integración de equipos de trabajo para la simulación de los sistemas. Exposición de temas por parte del alumno bajo la guía del profesor de las propiedades de los sistemas lineales. Técnicas grupales para la solución y discusión de problemas. Tareas y trabajos extra clase. Cuatro tareas correspondientes a los sistemas continuos y discretos en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. El segundo examen departamental corresponderán al 60% de la evaluación correspondiente a las unidades III y IV. Tres prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio.

7 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas CLAVE: CLA026 HOJA: 6 DE 11 UNIDAD III NOMBRE: Sistemas Lineales Invariantes en el Tiempo (Continuación) El alumno aplicará las propiedades básicas de linealidad e invariancia en el tiempo de los sistemas, para el modelado de sistemas lineales e invariantes en el tiempo (LTI) Sistemas LTI causales descritos por ecuaciones diferenciales y de diferencias. Ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes constantes. Ecuaciones de diferencias lineales con coeficientes constantes. Representación en diagrama de bloque de sistemas de primer orden descritos mediante ecuaciones diferenciales y de diferencias B, 2B, 3B, 4B, 6C Subtotal Integración de equipos de trabajo para la simulación en el laboratorio de los sistemas. Técnicas grupales para la solución y discusión de problemas. Tareas y trabajos extra clase. Realización de prácticas de laboratorio. Cuatro tareas correspondientes a cada uno de los temas en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. El segundo examen departamental corresponderán al 60% de la evaluación correspondiente a las unidades III y IV. Tres prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio.

8 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. CLAVE: CLA026 HOJA: 7 DE 11 UNIDAD IV NOMBRE: Análisis Frecuencial de Señales y Sistemas. El alumno describirá la importancia del análisis en frecuencia de las señales y los sistemas. Implementará el análisis en frecuencia de diferentes señales y sistemas Análisis frecuencial de señales en tiempo continuo. Series de Fourier para señales en tiempo continuo. Densidad espectral de potencia de señales continuas. La transformada de Fourier para señales aperiódicas en tiempo continuo. Densidad espectral de energía de señales aperiódicas continuas. Análisis frecuencial de señales en tiempo discreto. Series de Fourier de señales en tiempo discreto. Densidad espectral de potencia de señales discretas. La transformada de Fourier para señales aperiódicas en tiempo discreto. Convergencia de la transformada de Fourier. Densidad espectral de energía de señales aperiódicas discretas. Teorema del muestreo B, 2B, 3B, 7C, 8C Subtotal Búsqueda de información por parte del alumno respecto a la densidad espectral de potencia. Técnicas grupales para la solución y discusión del teorema de muestreo con ejemplos reales y análisis de resultados mediante técnicas computacionales. Uso de recursos audiovisuales y multimedia. Realización de prácticas y tareas extra clase. Tres tareas correspondientes a cada uno de los temas en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. Tres prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio. Aplicación del segundo examen departamental correspondiente a las unidades III y IV con un valor del 60% de la calificación total.

9 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. CLAVE: CLA026 HOJA: 8 DE 11 UNIDAD V NOMBRE: Transformada Discreta de Fourier. El alumno describirá las propiedades de la transformada de Fourier de tiempo discreto. Implementara aplicaciones en el tratamiento de señales y sistemas usando la transformada de Fourier de tiempo discreto La transformada de Fourier en tiempo discreto. Desarrollo de la transformada de fourier de tiempo discreto. Ejemplos de transformadas de Fourier de tiempo discreto. Problemas de la convergencia asociados con la transformada de Fourier de tiempo discreto. La transformada discreta de Fourier para señales periódicas. Propiedades de la transformada de Fourier de tiempo discreto B, 2B, 4B, 6C Subtotal Exposición y análisis por parte del alumno sobre la transformada de Fourier discreta bajo la coordinación y supervisión del profesor. Desarrollo de ejemplos de las transformadas y problemas de la convergencia. Técnicas grupales para la solución de ejemplos prácticos de análisis. Formación de grupos para la discusión de resultados. Uso de recursos audiovisuales y multimedia. Realización de prácticas. Tres tareas correspondientes a cada uno de los temas en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. Dos prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la práctica para promediar en un 30% de la calificación final. Se realizará el tercer examen departamental que abarcará los conocimientos adquiridos en las unidades V y VI, el examen tendrá un valor del 60% de la calificación total. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio.

10 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. CLAVE: CLA026 HOJA: 9 DE 11 UNIDAD VI NOMBRE: Transformada Rápida de Fourier. El alumno describirá las propiedades de la transformada rápida de Fourier. Implementará aplicaciones en el tratamiento de señales y sistemas usando la transformada rápida de Fourier Algoritmos FFT. Calculo directo de la DFT. Metodología de "divide y vencerás" para el calculo de la DFT. Algoritmos para la FFT base 2. Algoritmos para la FFT base 4. Algoritmos para la FFT de base partida. Implementación de algoritmos para la FFT B, 2B, 4B, 6C Aplicaciones de los algoritmos para la FFT. Calculo eficiente de la DFT de dos secuencias reales. Calculo eficiente de la DFT de una secuencia real de 2N puntos. Utilización de los algoritmos para la FFT en el filtrado lineal y la correlación Subtotal Exposición por parte del alumno mediante pizarrón, acetatos y equipo multimedia bajo la supervisión y coordinación del profesor. Técnicas grupales para la solución de algoritmos de la transformada rápida de Fourier y discusión de los diferentes algoritmos de prueba por parte del alumno. Formación de grupos para la discusión de resultados. Tareas y trabajos extra clase utilizando técnicas de filtrado y correlación a ejemplos prácticos. Realización de prácticas, tareas y trabajos extra clase. Dos tareas correspondientes a cada uno de los temas en donde se tendrá una calificación de cero a diez, que a su vez, se irán sumando durante el departamental para alcanzar el 10% del departamental. Dos prácticas de laboratorio con reporte por equipos que se entrega una semana después de realizada la practica para promediar en un 30% de la calificación final. Se tiene como requisito cumplir con el 80% de asistencia al laboratorio. El examen departamental tendrá un valor del 60% correspondiente a las unidades V y VI.

11 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas. CLAVE: CLA026 HOJA: 10 DE 11 RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDAD DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN Generación de Señales Continuas y Discretas. Transformaciones de la variable independiente para señales continuas y discretas. Generación de señales exponenciales, senoidales, escalón e impulso continuas y discretas. Invertibilidad de los sistemas. Causalidad de los sistemas. Invariancia y linealidad de los sistemas. Convolución continua y discreta. Respuesta al impulso unitario continuo y discreto de sistemas LTI. Sistemas LTI causales descritos por ecuaciones de diferencias. Series y espectros de Fourier para señales continuas. Series y espectros de Fourier para señales discretas. Muestreo de señales continuas y discretas. Transformada discreta de Fourier. Aplicación de la Transformada discreta de Fourier. Transformada rápida de Fourier. Aplicación de la Transformada rápida de Fourier. I I I II II II III III III IV IV IV V V VI VI Todas las prácticas se realizaran en el Laboratorio de cómputo. Total 27.0

12 ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas CLAVE: CLA026 HOJA: 11 DE 11 PERÍODO UNIDAD I, II III, IV V, VI La evaluación teórica se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas, participaciones realizadas en cada unidad. A lo anterior se suma el 30% de la evaluación práctica, obtenida en el laboratorio a través de la construcción de prototipos, elaboración de prácticas y simulaciones. La evaluación teórica se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas, participaciones realizadas en cada unidad. A lo anterior se suma el 30% de la evaluación práctica, obtenida en el laboratorio a través de la construcción de prototipos, elaboración de prácticas y simulaciones. La evaluación teórica se compone del 60% del valor del examen de teoría, más el 10% de las tareas, participaciones realizadas en cada unidad. A lo anterior se suma el 30% de la evaluación práctica, obtenida en el laboratorio a través de la construcción de prototipos, elaboración de prácticas y simulaciones. CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA Oppenheim, Alan V., Willsky Alan S. Señales y Sistemas. Pearson, México pp Proakis John G., Manolakis Dimitris G. Tratamiento Digital de Señales. Prentice Hall, México pp Stremler Ferrel G. Introducción a los Sistemas de Comunicación. Pearson, México pp Haykin Simon, Van Veen Barry. Señales y Sistemas. Limusa Wiley. México pp Ahmed, Nasir. Discrete-time signals and systems, Prentice Hall, EEUU, pp Mitra, Sanjit K. Digital Signal Processing, A Computer Based Approach, McGraw-Hill, EEUU, pp Hsu, Hwei P. Análisis de Fourier. Prentice Hall, México Pag Tomasi, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Prentice Hall, México Pag , 26-28

13 1. DATOS GENERALES INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacan. CARRERA: Ingeniería en Computación SEMESTRE Quinto ÁREA: BÁSICAS C. INGENIERÍA D. INGENIERÍA C. SOC. y HUM. ACADEMIA: Comunicaciones y Electrónica ASIGNATURA: Análisis de Señales Analógicas ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniería ó Maestría en Comunicaciones y/o Electrónica 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno diseñara sistemas capaces de modificar las características principales de las señales continuas y discretas usando el hardware y software de una computadora, basándose en el análisis en tiempo y frecuencia de las señales y los sistemas. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES Circuitos eléctricos Electrónica Electrónica digital Computación Procesamiento de señales Diseño de circuitos con transistores, tanto analógicos como digitales. Construcción de interfaces de adquisición de datos. Procesamiento analógico y digital de señales. Áreas afines en el sector privado o público. Análisis y diseño de sistemas electrónicos. Conocimientos de programas para el tratamiento de señales por computadora. Conocimientos de cómputo Liderazgo Responsable Respetuoso Compromiso social Manejo de grupo ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ ING. JOSÉ A. LOAIZA BRITO M. EN C. ALBERTO PAZ GUTIÉRREZ ING. ERNESTO MERCADO ESCUTIA PRESIDENTE DE LA ACADEMIA DE SUBDIRECTOR ACADÉMICO. DIRECTOR COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA FECHA: 6 de Octubre de 2004