Conceptos Fundamentales de Redes y Señales
Los sistemas conmutados son aquellos que presentan una conexión permanente y dedicada entre el emisor y el receptor.
Respuesta: Falso. (Nota: Esta descripción corresponde a la conmutación de circuitos. La conmutación de paquetes, también un sistema conmutado, no establece una conexión dedicada permanente).Las redes públicas son aquellas que son propiedad de alguna de las administraciones del estado.
Respuesta: Falso. (Nota: Las redes públicas son accesibles al público general, pero pueden ser propiedad tanto de entidades gubernamentales como de empresas privadas).La potencia de una señal se calcula como el cuadrado de su voltaje de pico dividido por la impedancia.
Respuesta: Falso. (Nota: La potencia se calcula utilizando el valor eficaz o RMS (Root Mean Square) del voltaje, no el voltaje de pico. La fórmula es P = V²RMS / R).El ancho de banda (BW) de un canal de comunicaciones se define como el intervalo de frecuencias para las cuales la atenuación del medio de transmisión permanece bajo unos límites determinados y aproximadamente constantes.
Respuesta: Verdadero.El teorema de Shannon nos ofrece el límite superior de la capacidad de transmisión de un canal digital con un determinado ancho de banda en presencia de ruido.
Respuesta: Verdadero.
Medios de Transmisión
El par de cobre siempre se presenta apantallado.
Respuesta: Falso. (Nota: Existen tanto pares de cobre no apantallados (UTP – Unshielded Twisted Pair) como apantallados (STP – Shielded Twisted Pair)).El ancho de banda del par de cobre es mayor que el del cable coaxial.
Respuesta: Falso. (Nota: Generalmente, el cable coaxial soporta un ancho de banda superior al del par de cobre).La fibra óptica emplea luz en el rango visible.
Respuesta: Falso. (Nota: La fibra óptica utiliza principalmente luz en el espectro infrarrojo, que es invisible para el ojo humano, debido a que en esas longitudes de onda la atenuación del material es menor).
Análisis de Señales: Dominios Temporal y Frecuencial
Uno de los motivos de la modulación es poder aprovechar de forma más eficiente el espectro.
Respuesta: Verdadero. (Nota: La modulación permite, entre otras cosas, la multiplexación en frecuencia (FDM), asignando diferentes bandas de frecuencia a distintas señales).La señal portadora es la que contiene la información a transmitir.
Respuesta: Falso. (Nota: La señal moduladora o mensaje es la que contiene la información. La portadora es una señal de alta frecuencia cuyas características (amplitud, frecuencia o fase) son modificadas por la señal moduladora).El organismo más importante a nivel mundial en referencia a normativa para las telecomunicaciones es el ISO.
Respuesta: Falso. (Nota: El organismo más relevante es la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) o ITU en inglés).La representación espectral de una señal periódica contiene siempre un número de armónicos infinito.
Respuesta: Falso. (Nota: Una señal puede estar compuesta por un número finito de armónicos, como una suma de unas pocas sinusoides).Para observar el espectro de una señal se utiliza el osciloscopio.
Respuesta: Falso. (Nota: El osciloscopio muestra la señal en el dominio del tiempo. Para ver el espectro (dominio de la frecuencia) se utiliza un analizador de espectros).El paso del dominio temporal al frecuencial se realiza a partir del Teorema de Fourier.
Respuesta: Verdadero.Cuanto menor sea el número de armónicos que tengamos en cuenta para reconstruir una señal, más se parecerá la señal reconstruida a la señal original.
Respuesta: Falso. (Nota: Al contrario, cuantos más armónicos se incluyan, más fiel será la reconstrucción de la señal original).Solo es posible calcular la potencia de una señal a partir de su espectro y no a partir de su representación temporal.
Respuesta: Falso. (Nota: La potencia se puede calcular tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia, gracias al Teorema de Parseval).La potencia obtenida a partir del espectro siempre será menor que la obtenida a partir de la representación temporal.
Respuesta: Falso. (Nota: Según el Teorema de Parseval, la potencia calculada en ambos dominios es idéntica).El ancho de banda necesario para transmitir una señal cuadrada perfecta es infinito.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Una señal cuadrada perfecta está compuesta por un número infinito de armónicos impares).La transformada de Fourier de una sinusoide es otra sinusoide.
Respuesta: Falso. (Nota: La transformada de Fourier de una sinusoide son dos impulsos o deltas de Dirac en el dominio de la frecuencia, situados en +f y -f).A mayor amplitud de la señal en el dominio temporal, mayor amplitud de los armónicos que componen la señal en el dominio espectral.
Respuesta: Verdadero.
Modulación Analógica en Amplitud (AM)
Modulación lineal y modulación en amplitud son términos equivalentes.
Respuesta: Falso. (Nota: La modulación en amplitud (AM) es un tipo de modulación lineal, pero existen otras como la Doble Banda Lateral (DBL) o la Banda Lateral Única (BLU)).La modulación en amplitud (AM) consiste en la obtención de una señal modulada cuya amplitud varía con la amplitud de la señal mensaje.
Respuesta: Verdadero.Al realizar la modulación AM es necesario aplicar un offset (nivel de continua) a la señal moduladora para evitar que tenga un cruce por cero.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Esto es crucial para permitir una demodulación sencilla mediante un detector de envolvente y evitar la distorsión).Es recomendable sobremodular la señal AM para garantizar una mayor transmisión.
Respuesta: Falso. (Nota: La sobremodulación (índice de modulación > 1) distorsiona la señal y hace que la información no se pueda recuperar correctamente con un detector de envolvente).La transmisión será mejor cuanto mayor sea el índice de modulación.
Respuesta: Falso. (Nota: Un índice de modulación cercano al 100% es eficiente, pero si supera este valor (sobremodulación), la calidad se degrada drásticamente).Típicamente, una buena modulación AM toma valores de índice de modulación entre 90-95%.
Respuesta: Verdadero.El espectro de una señal AM tiene un ancho de banda infinito.
Respuesta: Falso. (Nota: El ancho de banda teórico de una señal AM es exactamente el doble del ancho de banda de la señal moduladora).El teorema de Parseval me permite obtener la potencia de cualquier señal a partir de su espectro.
Respuesta: Verdadero.El ancho de banda de una señal AM siempre es el doble de la frecuencia de la moduladora.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Si la moduladora es una sinusoide de frecuencia fm, el ancho de banda es 2fm).Una de las grandes ventajas de AM es la demodulación, es muy sencilla.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Se puede realizar con un simple detector de envolvente, que consiste en un diodo y un filtro paso bajo).La potencia contenida en las bandas laterales del espectro AM siempre es mayor que la potencia contenida en el tono central (portadora).
Respuesta: Falso. (Nota: En AM, la mayor parte de la potencia se concentra en la portadora, lo cual es una de sus principales ineficiencias. La potencia de las bandas laterales nunca supera el 50% de la potencia de la portadora).La modulación en Doble Banda Lateral (DBL) produce que el espectro AM en lugar de dos bandas laterales tenga cuatro.
Respuesta: Falso. (Nota: DBL (o DSB-SC) es una modulación AM con portadora suprimida. Su espectro solo contiene las dos bandas laterales, sin el tono de la portadora).La modulación en DBL tiene una demodulación incluso más sencilla que la modulación AM.
Respuesta: Falso. (Nota: La demodulación de DBL es más compleja, ya que requiere detección síncrona o coherente, que necesita un oscilador local en el receptor perfectamente sincronizado en fase y frecuencia con la portadora original).La modulación en Banda Lateral Única (BLU) tiene siempre un ancho de banda menor que las modulaciones AM y DBL equivalentes.
Respuesta: Verdadero. (Nota: BLU (o SSB) transmite solo una de las dos bandas laterales, reduciendo el ancho de banda a la mitad en comparación con AM y DBL).
Modulación Analógica Angular (FM y PM)
La modulación angular consiste en codificar el mensaje en el argumento (fase o frecuencia) de la portadora, en lugar de en su amplitud.
Respuesta: Verdadero.Son equivalentes matemáticamente la modulación en fase (PM) y la modulación en amplitud (AM).
Respuesta: Falso. (Nota: Son tipos de modulación fundamentalmente diferentes. La modulación en fase (PM) y la modulación en frecuencia (FM) están relacionadas matemáticamente, ya que la frecuencia es la derivada de la fase).La sensibilidad en frecuencia de un modulador se mide en Hz.
Respuesta: Falso. (Nota: Se mide en Hertz por Voltio (Hz/V), ya que indica cuánta desviación de frecuencia se produce por cada voltio de la señal moduladora).La modulación FM es más robusta frente a interferencias que la AM.
Respuesta: Verdadero. (Nota: El ruido y las interferencias suelen afectar a la amplitud de la señal. Como en FM la información está en la frecuencia, es más inmune a este tipo de perturbaciones).El espectro de una señal AM es más ancho que el de una señal FM.
Respuesta: Falso. (Nota: Generalmente, el espectro de una señal FM es considerablemente más ancho que el de una señal AM para la misma señal moduladora).En el espectro de una modulación FM, el tono central (el de la portadora) siempre es el de mayor amplitud.
Respuesta: Falso. (Nota: La amplitud de los componentes espectrales en FM depende de las funciones de Bessel. Dependiendo del índice de modulación, otras bandas laterales pueden tener mayor amplitud que la portadora).El espectro de una señal FM siempre es simétrico respecto al tono de la portadora.
Respuesta: Verdadero.En el espectro de una señal FM la amplitud del tono de la portadora nunca puede ser cero.
Respuesta: Falso. (Nota: La amplitud de la portadora, descrita por la función de Bessel J₀(β), puede ser cero para valores específicos del índice de modulación β. Este fenómeno se utiliza para medir la desviación de frecuencia).El ancho de banda de Carson es aquel que garantiza que al menos la mitad de la potencia de la señal está dentro de dicho ancho de banda.
Respuesta: Falso. (Nota: La Regla de Carson es una estimación del ancho de banda que contiene aproximadamente el 98% de la potencia total de la señal FM).La separación entre las bandas laterales en una señal FM depende del índice de modulación de la señal.
Respuesta: Falso. (Nota: La separación entre las componentes espectrales adyacentes es siempre igual a la frecuencia de la señal moduladora (fm)).Un VCO (Oscilador Controlado por Voltaje) genera una señal de frecuencia variable en función del voltaje de entrada.
Respuesta: Verdadero.Un mismo PLL (Phase-Locked Loop) puede ser utilizado para demodular cualquier señal FM independientemente de la frecuencia de su portadora.
Respuesta: Falso. (Nota: Un PLL está diseñado para operar en un rango de frecuencias limitado, conocido como rango de captura y rango de enganche, centrado alrededor de la frecuencia libre de su VCO).Si la frecuencia instantánea de la señal FM que queremos demodular excede los límites del margen de enganche del PLL, este deja de funcionar correctamente como demodulador FM.
Respuesta: Verdadero.Un bucle de enganche de fase (PLL) es una alternativa al uso de un VCO.
Respuesta: Falso. (Nota: El VCO es un componente fundamental dentro del circuito de un PLL).
Modulación Digital y Muestreo
El Symbol Error Rate (SER) de un enlace de telecomunicaciones es mejor cuanto más alto sea su valor.
Respuesta: Falso. (Nota: El SER es una tasa de error. Un valor más bajo indica un mejor rendimiento del sistema).En una modulación digital, cuanto mayor es el número de bits por símbolo, más robusta es la modulación frente al ruido.
Respuesta: Falso. (Nota: A mayor número de bits por símbolo (constelaciones más densas), los puntos de la constelación están más juntos, lo que hace a la modulación más sensible al ruido).El Teorema de Nyquist afirma que si muestreamos una señal analógica con una frecuencia de al menos el doble de su frecuencia máxima, podemos recuperar la señal analógica original sin pérdida de información.
Respuesta: Verdadero.El error de cuantificación es menor cuanto mayor es el número de bits que utilizo para codificar la amplitud de la señal.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Más bits significan más niveles de cuantificación y, por lo tanto, un escalón de cuantificación más pequeño, lo que reduce el error).La cuantificación de las señales analógicas resulta siempre en una pérdida de información.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Es un proceso irreversible que introduce un error o ruido de cuantificación).En una modulación por anchura de pulsos (PWM) la amplitud de los pulsos contiene la información a transmitir.
Respuesta: Falso. (Nota: Como su nombre indica, la información se codifica en la anchura (duración) del pulso).En una modulación por posición del pulso (PPM) la señal moduladora produce un desplazamiento de los pulsos respecto a la posición de estos en ausencia de modulación.
Respuesta: Verdadero.Una de las principales dificultades de la modulación PPM es que el receptor debe estar debidamente sincronizado para poder alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo.
Respuesta: Verdadero.La técnica FDM (Multiplexación por División de Frecuencia) solo puede emplearse sobre señales digitales.
Respuesta: Falso. (Nota: FDM es una técnica clásica utilizada ampliamente con señales analógicas, como en la radiodifusión AM y FM).TDM significa Total Division Multiplexing.
Respuesta: Falso. (Nota: Significa Time Division Multiplexing (Multiplexación por División de Tiempo)).Si en un enlace ideal no existiera ruido, la cantidad de información que se podría transmitir sobre cualquier ancho de banda sería infinita.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Esto se deduce del Teorema de Shannon-Hartley. Si el ruido (N) tiende a cero, la capacidad (C) tiende a infinito).
Análisis de Modulaciones Digitales Avanzadas
Nota sobre las siguientes preguntas:
Estas preguntas hacen referencia a una figura no proporcionada. Se asumirá que la figura muestra una constelación de 32-PSK (Phase Shift Keying), que tiene 32 puntos distribuidos en un círculo.
La modulación representada en la figura anterior es de tipo QAM.
Respuesta: Falso. (Nota: Basado en la descripción, sería una modulación PSK, ya que todos los puntos tienen la misma amplitud y solo varía la fase).La modulación representada en la figura anterior transmite 5 bits por símbolo.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Con 32 puntos en la constelación, el número de bits por símbolo es log₂(32) = 5).En la modulación representada en la figura anterior, la tasa de error depende del símbolo concreto que se esté transmitiendo.
Respuesta: Falso. (Nota: En una constelación PSK, todos los símbolos están a la misma distancia de sus vecinos, por lo que la probabilidad de error de un símbolo a otro adyacente es la misma para todos, dada una relación señal/ruido (SNR)).En la modulación representada en la figura anterior, si se transmite a 9600 baudios se están transmitiendo 48 kbps.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Tasa de bit = Tasa de símbolos × bits/símbolo = 9600 baudios × 5 bits/símbolo = 48000 bps = 48 kbps).En la modulación representada en la figura anterior, el ancho de banda necesario para transmitir esa señal es mayor que el necesario para transmitir una señal 16-QAM.
Respuesta: Falso. (Nota: Para una misma tasa de símbolos (baudios), el ancho de banda es el mismo. Para una misma tasa de bits, 32-PSK (5 bits/símbolo) requiere una tasa de símbolos menor que 16-QAM (4 bits/símbolo), por lo que necesitaría menos ancho de banda).En la modulación representada en la figura anterior, para un mismo ancho de banda es posible transmitir 5 veces más capacidad (tasa de bit) que en el caso de una modulación BPSK.
Respuesta: Verdadero. (Nota: Para un mismo ancho de banda (misma tasa de símbolos), 32-PSK transmite 5 bits/símbolo, mientras que BPSK transmite 1 bit/símbolo).En la modulación representada en la figura anterior, para una misma tasa de bit, el ancho de banda es la cuarta parte que en el caso de una modulación BPSK.
Respuesta: Falso. (Nota: Para transmitir la misma tasa de bit, 32-PSK (5 bits/símbolo) necesita una tasa de símbolos 5 veces menor que BPSK (1 bit/símbolo). Por lo tanto, el ancho de banda sería la quinta parte).