fundamentos de telecomunicaciones - unidad 5.pdf
TRANSCRIPT
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
1
Fundamentos de Telecomunicaciones
Unidad V – Multiplexación
Competencia específica a desarrollar:
Analizar las diferentes formas de multiplexación para evaluar su efecto en el proceso de transmisión de datos.
Introducción
¿Qué es la multiplexación?
La multiplexación se refiere a la habilidad para transmitir datos que provienen de diversos pares de aparatos (transmisores y receptores) denominados canales de baja velocidad en un medio físico único (denominado canal de alta velocidad).
Canal de baja velocidad Canal de alta velocidad Canal de baja velocidad
Un multiplexor es el dispositivo de multiplexado que combina las señales de los transmisores y las envía a través de un canal de alta velocidad. Un demultiplexor es el dispositivo de multiplexado a través del cual los receptores se conectan al canal de alta velocidad.
Por lo tanto, la multiplexión es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexión.
Existen muchas estrategias de multiplexión según el protocolo de comunicación empleado, que puede combinarlas para alcanzar el uso más eficiente; los más utilizados son:
1. La multiplexión por división de tiempo o TDM (Time division multiplexing ) 2. La multiplexión por división de frecuencia o FDM (Frequency division multiplexing) 3. La multiplexión por división de longitud de onda o WDM (Wavelength division multiplexing) 4. La multiplexión por división en código o CDM (Code division multiplexing)
5.1 - TDM División de tiempo
La multiplexión por división de tiempo o TDM (Time division multiplexing), es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de transmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de transmisión
Es la técnica de multiplexación más utilizado en la actualidad, ya que permite la transmisión de señales digitales. Esta técnica consiste en ocupar una misma línea de transmisión a partir de distintas comunicaciones simultáneas, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de transmisión.
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
2
En TDM, el flujo de datos de cada conexión de entrada se divide en unidades, donde cada unidad ocupa una ranura de tiempo de entrada, así mismo cada unidad de entrada se convierte en una unidad de salida y una ranura de tiempo pero ahora es de salida, denominada canal o línea.
La duración de una ranura de tiempo de salida es más corta que la de entrada. Es decir, la unidad en la conexión de salida viaja más rápido.
Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama consta de un ciclo completo de ranuras de tiempo, con una ranura (canal o línea) dedicada a cada dispositivo emisor; es por eso que se denomina TDM síncrona.
La sincronización entre el multiplexor y el desmultiplexor es un problema importante; si no están sincronizados, un bit de un canal puede ser recibido por un canal equivocado.
Por esta razón se añaden uno o más bits de sincronización al comienzo de cada trama, estos bits siguen un patrón, trama a trama, que permite al desmultiplexor sincronizarse con el flujo entrante y así poder separar las ranuras de tiempo de forma adecuada.
El Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)
Es una de las herramientas de TDM que distribuye las unidades de información en ranuras alternas de tiempo, proveyendo acceso múltiple a un reducido número de frecuencias.
También se puede decir que es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones pueden ocupar un único enlace subdividiéndole y entrelazándose las porciones.
Esta técnica de multiplexación se emplea en una infinidad de protocolos, sola o en combinación de otras, pero en lenguaje popular se referirse al estándar D-AMPS de telefonía celular empleado en América.
Ventajas:
El uso de la capacidad es alto.
Cada uno para ampliar el número de usuarios en un sistema en un costo bajo. Desventajas:
La sensibilidad frente a otro problema de usuario es alta.
El costo inicial es alto.
La complejidad técnica es más.
Características:
Se utiliza con modulaciones digitales.
Tecnología simple y muy probada e implementada.
Adecuada para la conmutación de paquetes.
Requiere una sincronización estricta entre emisor y receptor.
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
3
Requiere el Time avance.
5.2 - FDM División de frecuencia
La multiplexión por división de frecuencia o FDM (Frequency division multiplexing), es una técnica que consiste en dividir mediante filtros el espectro de frecuencias del canal de transmisión y desplazar la señal a transmitir dentro del margen del espectro correspondiente mediante modulaciones, de tal forma que cada usuario tiene posesión exclusiva de su banda de frecuencias (llamadas subcanales).
Proceso de Multiplexión
Cada fuente genera una señal con un rango de frecuencia similar, dentro del Multiplexador (MUX), estas señales similares se modulan sobre distintas frecuencias portadoras (f1, f2 y f3).
Las señales moduladas resultantes se combinan en una única señal compuesta que se envía sobre un enlace que tiene ancho de banda suficiente para acomodarlas.
Proceso de Demultiplexación
El Demultiplexor (DEMUX) usa filtros para descomponer las señal mutiplexada en las señales componentes que la constituyen. Las señales individuales se pasan después a un demodulador que las separa de sus portadoras y las pasa a las líneas de salida.
Ventajas:
El sistema de FDM apoya el flujo de dúplex total de información que es requerido por la mayor parte de la aplicación.
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
4
El problema del ruido para la comunicación análoga tiene menos el efecto.
El usuario puede ser añadido al sistema simplemente añadiendo otro par de modulador de transmisor y modulador receptor.
Desventajas:
En el sistema FDM, el costo inicial es alto. Este puede incluir el cable entre los dos finales y los conectores asociados para el cable.
En el sistema FDM, un problema para un usuario puede afectar a veces a otros.
En el sistema FDM, cada usuario requiere una frecuencia de portador precisa.
Características:
Tecnología muy experimentada y fácil de implementar.
Gestión de recursos rígida y poco apta para flujos de tránsito variable.
Requiere duplexor de antena para transmisión dúplex.
Se asignan canales individuales a cada usuario.
Los canales son asignados de acuerdo a la demanda.
Normalmente FDMA se combina con multiplexing FDD.
Aplicaciones:
1. Telefonía.
La 1G de teléfonos móviles utiliza FDM. A cada usuario se asigna 2 canales de 30 kHz, uno para enviar voz y el otro para recibir. La señal de voz (ancho de banda=3 kHz), se modula utilizando FM, lo cual resulta en un canal con un ancho de banda=10×3 kHz=30KHz. Por tanto, cada usuario recibe de la estación base un ancho de banda=60 kHz en un rango disponible cada vez que se realiza una llamada.
2. Radio-enlaces.
Una aplicación muy común es la radiodifusión AM y FM. La radio utiliza el aire como medio de transmisión.
Datos importantes:
Se implementa fácilmente. En la radio o la televisión, no hay necesidad de un multiplexor o desmultiplexor físico; siempre que las estaciones transmitan utilizando diferentes frecuencias portadoras.
En telefonía móvil se necesita una estación base para asignar la frecuencia portadora al usuario. No hay suficiente ancho de banda en una celda para asignar ancho de banda a cada usuario. Cuando un usuario cuelga, su ancho de banda es asignado a otro. Se denomina FDMA.
5.3 - WDM División de longitud de onda
La multiplexión por división de longitud de onda o WDM (Wavelength division multiplexing), es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED. La idea es la misma: se combina distintas señales sobre frecuencias diferentes. Sin embargo, la diferencia es que las frecuencias son muy altas.
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
5
Existen dos subtipos:
1. Los sistemas SWDM (WDM simple), en los cuales las longitudes de onda de las portadoras se encuentran distanciadas ampliamente; por ejemplo, utilizando una portadora a 1550nm y otra a 1310nm.
2. Los sistemas DWDM (WDM denso), en estos sistemas el espaciado entre las longitudes de onda de los canales es muy reducido, dando lugar a una gran densidad de canales. Estos sistemas consiguen la máxima eficiencia en el uso de la fibra. Cuando se habla de sistema WDM sin indicar la categoría se hace referencia a este segundo grupo de sistemas.
Los sistemas de comunicación que utilizan como medio de transmisión una fibra óptica se basan en inyectar en un extremo de la misma la señal a transmitir (previamente la señal eléctrica procedente del emisor se ha convertido en óptica mediante un LED o Láser y ha modulado una portadora) que llega al extremo receptor, atenuada y, probablemente con alguna distorsión debido a la dispersión cromática propia de la fibra, donde se recibe en un foto detector, es decodificada y convertida en eléctrica para su lectura por el receptor.
El tipo de modulación y/o codificación que se emplea con los sistemas de fibra óptica depende de una serie de factores y algunas fuentes de luz se adaptan mejor a unos tipos que a otros. Así el LED, con un amplio espectro en el haz luminoso, admiten muy bien la modulación en intensidad, mientras que el láser, un haz de luz coherente, se adapta mejor a la modulación en frecuencia y en fase.
En distancias cortas, como es en el entorno de una oficina, la atenuación de la fibra (mínima para una longitud de onda de 1,55 (mm) y la dispersión (mínima para 1,3 (mm) no presenta un gran problema, pero a distancias mayores, como las que se requieren en los enlaces de comunicaciones a larga distancia, realmente lo es y se requiere el uso de amplificadores/repetidores que regeneren la señal cada cierta distancia.
Por ejemplo en los cables trasatlánticos se colocan repetidores cada 75 Km. Que convierten la señal óptica degradada en eléctrica, la amplifican y la vuelven a convertir en óptica mediante un diodo láser, para inyectarla a la fibra óptica, todo un proceso complejo y que introduce retardos debido a los dispositivos electrónicos por los que ha de pasar la señal.
Ventajas:
Permite la transmisión simultánea de señales a diferentes longitudes de onda sobre la misma fibra.
Aumenta el ancho de banda.
Solución económica para alcanzar capacidades muy altas.
Permite alcanzar con amplificadores distancias muy altas (cientos de kilómetros).
Características:
Baja pérdida de inserción
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
6
Aislamiento de canal de alta
Bajo PDL
Una fiabilidad excepcional y la estabilidad.
Aplicación:
Llegar a las redes
Metro WDM sistemas
Las redes empresariales
Telecomunicación
Red FTTH
Datos importantes:
Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad total 25.6 Tb/s sobre un solo par de fibra.
5.4 - CDM División de código
La multiplexión por división en código o CDM (Code division multiplexing), es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basado en la tecnología de espectro expandido (spread spectrum).
La traducción del inglés spread spectrum se hace con distintos adjetivos según las fuentes; pueden emplearse indistintamente espectro ensanchado, expandido, difuso o disperso para referirse en todos los casos al mismo concepto.
Habitualmente se emplea en comunicaciones inalámbricas (por radiofrecuencia), aunque también puede usarse en sistemas de fibra óptica o de cable.
En los sistemas CDMA todos los usuarios transmiten en el mismo ancho de banda simultáneamente, a los sistemas que utilizan este concepto se les denomina "sistemas de espectro disperso". En esta técnica de transmisión, el espectro de frecuencias de una señal de datos es esparcido usando un código no relacionado con dicha señal. Como resultado el ancho de banda es mucho mayor. En vez de utilizar las ranuras de tiempo o frecuencias, como lo hacen las tecnologías tradicionales, usa códigos matemáticos para transmitir y distinguir entre conversaciones inalámbricas múltiples. Los códigos usados para el esparcimiento tienen valores pequeños de correlación y son únicos para cada usuario. Esta es la razón por la que el receptor de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada
Ventajas:
Resiste la interferencia intencional y no intencional, una cualidad muy importante cuando se transmite en áreas congestionadas.
Tiene la habilidad de eliminar o atenuar el efecto de la propagación multicamino, la cual es un gran obstáculo en las comunicaciones urbanas.
Puede compartir la misma banda de frecuencia (como un traslapamiento) con otros usuarios, debido a su similitud con una señal de ruido.
Operación limitada de interferencia, en cualquier situación todo el ancho de banda es usado.
Privacidad debido a los códigos aleatorios desconocidos, los códigos aplicados con - en principio - desconocidos para un usuario no deseado.
Posibilidad de acceso aleatorio, los usuarios pueden iniciar su transmisión a cualquier instante de tiempo.
Los sistemas basados en CDMA presentan una reducción de la potencia de transmisión incrementando la vida de las baterías y reduciendo el tamaño de los transmisores y receptores.
Características:
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
7
los módulos CDM (datos, voz e imágenes) cumplen las necesidades digitales de internet banda ancha, teléfono IP, TV por satélite, seguridad, CATV y otros servicios necesarios en una residencia o pequeña oficina, trayendo beneficios como:
Organización y flexibilidad
Concepción compacta optimizando los espacios en las instalaciones
Rapidez y facilidad en las instalaciones; No necesita herramientas especiales
Posibilita configuración de acuerdo con las necesidades actuáis y futuras
Aplicación:
Desarrollado para el cableado estructural residencial, para tráfico de voz y sistemas de seguridad, según los requisitos de las normas ANSI/TIA/EIA-570-B (Residencial de Telecomunicaciones Infraestructura Estándar) y ANSI/TIA/EIA-568B.2 (Balance Twisted Pair Cabling Componentes) con la función de distribución y control de los recursos de telefonía.
Datos importantes:
El esquema de espectro expandido constituye una forma de codificación cada vez más importante en comunicaciones inalámbricas.
Esta técnica no se puede encuadrar dentro de las técnicas de modulación y codificación definidas.
Puesto que puede utilizarse para transmitir tanto datos analógicos como digitales, haciendo uso de una señal analógica.
La técnica de espectro expandido fue originalmente desarrollada con objetivos militares y de inteligencia.
La idea esencial subyacente en este tipo de esquema es la expansión de la señal de información en un ancho de banda superior con objeto de dificultar las interferencias y la intercepción.
La primera variante de espectro expandido desarrollada fuera denominada por salto de frecuencias.
Una forma más reciente de espectro expandido Es la de secuencia directa.
Ambas variantes se utilizan en numerosos estándares y productos en comunicaciones inalámbricas.
Multiplexaciones de canales (TDMA, FDMA, CDMA)
TDMA (Time Division Multiplex Access)
Como su traducción dice, es multiplexación por tiempo; esto es, si se quieren enviar 3 canales por un mismo medio físico haciendo uso de TDMA, simplemente se le asigna una duración temporal a cada canal, y se les cederá el medio físico a cada canal durante ese espacio de tiempo
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
8
determinado. Muy usado en transmisiones digitales por cable, como en redes de computadores. Requiere métodos de sincronismo eficaces.
FDMA (Frequency Division Multiplex Access)
Multiplexación por división en frecuencia. Haciendo uso de modulaciones se envia cada canal en una banda de frecuencias distinta. Luego en cada receptor se debe demodular para devolver la transmisión a banda base, o a su banda natural. Ampliamente usada en radiocomunicaciones.
CDMA (Code Division Multiplex Access)
Multiplexación por división en Código, es un tipo de multiplexación bastante compleja, basada en el uso de distintas codificaciones para cada canal, que pueden ser transmitidos compartiendo tiempo y frecuencia simultáneamente. Hacen uso de complejos algoritmos de codificación. Utilizado en medios digitales complejos.
Comparación de técnicas de acceso
Fundamentos de Telecomunicaciones - Unidad V
9
Investigar los siguientes estándares usados en la telefonía móvil:
1. El estándar GSM (Global System for Mobile comunications - Sistema global de comunicaciones móviles)
2. El estándar GPRS (General Packet Radio Service - Servicio general de paquetes de radio)
3. El estándar EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution - Tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM)
4. El estándar UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - Sistema universal de telecomunicaciones móviles)
Se debe de incluir: Descripción, Características y Arquitectura para cada estándar y un cuadro comparativo de los cuatro estándares.