¿De qué trata la Ingeniería de Telecomunicación? (IV) Procesado de señales

Un electrocardiograma es una representación gráfica de la actividad eléctrica del corazón, y es una herramienta clave para ayudar a diagnosticar enfermedades cardiovasculares.

Imaginad que pudiéramos analizar esa señal y que un sistema automáticamente detectara anomalías en la misma (siendo por tanto indicios de una posible enfermedad); o que ese sistema al menos ayudara al médico proporcionándole algún parámetro que no fuera fácil de obtener a simple vista. Pues bien, esos sistemas, con mayor o menor grado de sofisticación, existen, y los Ingenieros de Telecomunicación suelen estar implicados en su desarrollo. Para ello forman parte de equipos multidisciplinares en los que, lógicamente, juega un papel muy importante el personal médico.

Pero, ¿por qué un Ingeniero de Teleco trabaja en estas cosas? Como os comentaré a continuación, el procesado de señales es algo que tiene mucho que ver con los sistemas de comunicaciones, pero lo cierto es que esas técnicas también se pueden utilizar con éxito en campos muy diversos: ingeniería biomédica, imagen y sonido, automoción, sismología, economía, …

En su día os puse un ejemplo de un sistema de comunicaciones básico y muy simplificado: la transmisión de voz entre dos puntos. Os lo recuerdo brevemente. La clave estaba en convertir mediante un micrófono la información a transmitir (la voz) a una señal eléctrica (un voltaje o una corriente que varía con el tiempo), y usar esa señal para cambiar dinámicamente algún parámetro (por ejemplo, la amplitud) de un campo electromagnético que viajaba por el aire o por un cable hasta el destino. En el destino se recuperaba la señal eléctrica a partir del campo electromagnético y de ahí se extraía la información contenida en la misma (la voz se reproducía en un altavoz).

¿Cuál es el problema? Pues bien, esa señal eléctrica en el receptor debería ser una réplica exacta de la del transmisor, pero lo cierto es que no lo es.

El campo electromagnético, al viajar por el aire o por un cable, y también al pasar por los propios equipos del sistema de comunicaciones, sufre degradaciones. Así pues, en el receptor nos encontramos con una señal "sucia" (afectada por ruido) y distorsionada, que muchas veces a simple vista no se parece demasiado a lo que transmitimos. ¡Pero lo interesante es que a pesar de eso conseguimos recuperar la información fielmente! La clave está en emplear diversas técnicas para tratar esa señal y mejorarla. Por ejemplo, filtrando la señal podemos eliminar ruido y ecualizando la señal podemos compensar la distorsión que ha sufrido al propagarse (al menos parcialmente). Pues bien, todo eso se basa en un conjunto de técnicas con un alto contenido matemático y nombres "exóticos", como transformada de Laplace, transformada de Fourier, transformada Z, wavelets, redes neuronales, lógica difusa o teoría del caos, por nombrar solamente algunas.

El procesado de señal permite hacer muchas cosas útiles en los sistemas de comunicaciones, sobre todo si digitalizamos las señales, es decir, si somos capaces de convertir las señales a una ristra de ceros y unos. Por ejemplo, podemos conseguir que la información recibida sea una réplica exacta de la que se transmitió. También podemos utilizar técnicas criptográficas avanzadas de modo que si alguien captura maliciosamente la señal sea incapaz de descifrar la información que contiene. Y también podemos comprimir las señales y así tener multitud de canciones en nuestro reproductor MP3 ocupando cada una muy pocos "megas" (y por tanto pudiendo transmitirse por una red utilizando muy poco ancho de banda), ¡y aun así sonando con una excelente calidad!

Como decía al principio, las técnicas también pueden usarse en campos más o menos afines a las telecomunicaciones. Por ejemplo, cuando tratas tus fotografías con Photoshop (o con GIMP), ya sea para cambiar el brillo o el contraste, para detectar y corregir los ojos rojos, o para eliminar algún objeto que no queda bien en la foto, estás utilizando técnicas de procesado de señal (algunas de las cuales estudiarás en la carrera). ¿Más aplicaciones del procesado de señal? Se emplean para añadir efectos a la música, en sistemas de conversión de texto a voz y de reconocimiento del habla, para analizar imágenes y señales médicas para ayudar al diagnóstico de enfermedades, para analizar e intentar predecir la evolución de la bolsa (por ejemplo, el IBEX 35), en sistemas de visión artificial (por ejemplo, analizando la imagen captada por una cámara para ayudar a que un robot se mueva sin tropezar con obstáculos), e incluso el funcionamiento del ABS o el ESP del coche se basan en técnicas de procesado de señal.

En definitiva, que las técnicas de procesado de señal son fundamentales para un Ingeniero de Telecomunicación, además de abrir un buen número de campos de trabajo.