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Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 1
Actividad (1h 40’)
• 3 grupos
• Grupos– TDMA/FDMA
– FHSS
– CDMA
• 1h (trabajo en casa) para preparar la presentación
• 30’ grupo de expertos para preparar la presentación
• 3x20’ para presentar cada parte
Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 2
Introducción
• Las técnicas de acceso múltiple son el método de dividir
el espectro disponible de modo que pueda ser utilizado
simultáneamente por varios usuarios
• La asignación del recurso se realiza por medio de unas
“reglas del juego”
• Las características deseables en un esquema de
acceso múltiple son:
– Compartir el medio de modo eficiente (poco retardo, medio
utilizado al máximo)
– Flexible (distintos tipos de tráfico y de servicios)
– Robusto (frente a efectos de propagación, ruido, interferencias,
etc.)
Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 3
Métodos más comunes de acceso
• FDMA: Frequency Division Multiple Access
• TDMA: Time Division Multiple Access
• SSMA: Spread Spectrum Multiple Access
– FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum
– DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
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FDMA
• Se asigna una única frecuencia o canal a cada usuario. Estos canales se asignan bajo demanda a medida que solicitan servicio (DAMA) o bien pueden estar asignados de modo permanente (PAMA)
Frecuencia
Tiempo
Código
• Durante la duración de la llamada o intercambio de información, ningún otro usuario puede compartir esta misma frecuencia
• Si el canal FDMA no está en uso, no existe posibilidad de que sea utilizado por otros usuarios para aumentar la capacidad de su canal, esto es, el canal no utilizado se “desperdicia”
• El ancho de banda de los canales FDMA suele ser estrecho (30 KHz) con objeto de dar cabida a diversos usuarios (a mayor ancho de canal, menor capacidad de usuarios simultáneos)
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FDMA-Ventajas e Inconvenientes
• Ventajas– Equipamiento sencillo de traslación en frecuencia
– No precisa sincronización temporal del sistema
– El receptor es básicamente un filtro “pasa-banda”
– No se precisa coordinación o sincronización entre usuarios
• Inconvenientes– Los filtros en recepción deben ser precisos y de
banda estrecha
– Se precisan bandas de guarda
– Poco eficiente en entornos multi-camino
– Se consume mucha potencia
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TDMA
• Se divide el radioespectro en slots temporales. Cada usuario puede tanto transmitir como recibir en dichos slots
• Cada usuario ocupa un slot temporal que se repite de modo cíclico. TDMA permite distinto número de slots temporales para cada usuario.
• TDMA comparte una única frecuencia entre varios usuarios, haciendo uso cada uno de ellos del recurso en slots temporales que no se solapan
• La transmisión de datos se realiza a ráfagas, lo cual deriva en un consumo muy bajo de batería
• Se pueden aprovechar los instantes en que no se precisa el envío de datos para transmitir información de control
• Dado que se utilizan distintos slots para transmisión y recepción, no se precisan duplexores
Frecuencia
Tiempo
Código
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TDMA-Ventajas e Inconvenientes
• Ventajas
– Se evitan procesos de filtrado de banda estrecha
– Muy adecuado para comunicaciones digitales
– La reserva de slots temporales se realiza de modo
dinámico (un usuario puede disponer de más de uno)
• Inconvenientes
– Se precisa una muy buena sincronización temporal
– Se introduce una elevada carga de señalización
– Espacio temporal de guarda entre slots temporales
– Muy complejo
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Híbrido TDMA/FDMA
• TDMA normalmente se usa conjuntamente con FDMA– Reducir el número de usuarios por
canal
– Reducir el delay spread
• Este híbrido se utiliza en muchos sistemas de comunicaciones móviles como GSM o TETRA
• GSM– Ancho de banda de 25MHz dividido
en 125 canales de 200kHz
– Cada canal se subdivide en 8 slots utilizando TDMA
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SSMA
• Se reparte la señal en un rango amplio de frecuencia, evitando concentrar la potencial en una única banda estrecha
• El ensanchado se consigue empleado un código de pseudo-ruido que convierte la señal de banda estrecha en un ruido de banda ancha, que es lo que se transmite
• Permite transmisiones más difíciles de detectar y de decodificar. De hecho, a un observador externo le parecerá “ruido”
• Poco sensibles a las interferencias procedentes de otros usuarios
• Dos modalidades– Espectro ensanchado por saltos de frecuencia (FHSS)
– Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) CDMA
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SSMA
• Esquema general de un sistema spread spectrum
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FHSS
• La frecuencia del canal cambia cada cierto tiempo (Tsalto) siguiendo una determinada secuencia
• Esta secuencia constituye el código del Sistema
• Para la transmisión en cada una de las distintas frecuencias, se emplean técnicas de modulación convencionales
• El conjunto de posibles secuencias a las cuales se puede saltar se denomina “hopset”
• Transmisor y receptor deben estar sintonizados en la misma frecuencia en cada salto. Por tanto, debe conocer y compartir el mismo código
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FHSS
• Esquema básico transmisor - receptor
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FHSS - Modalidades
• Salto en frecuencia lento (SFH)
– Tsalto >> Tbit
• Salto en frecuencia rápido (FFH)
– Tsalto << Tbit ofrece mejor rendimiento ante
el ruido pero es más complejo
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FHSS
• Ventajas– Resistente al multi-camino ya que cada salto se ve
afectado de modo distinto por este efecto
– Muy resistente a interferencias de banda estrecha
– Permite un número de usuarios mayor que los canales disponibles
– La banda de frecuencias asignada no tiene por qué ser continua
• Inconvenientes– Se precisa un sintetizador de frecuencia muy
sofisticado y caro
– Combina los problemas de FDMA y TDMA
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Transmisor DS-CDMA:
GT
Tp
b
c
Ensanchamiento
espectral
d(t)
c1(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
MODULADOR
BPSK
s1(t)
+1
-1
s1(t)
+1
-1
c1(t)
+1
-1
d1(t)
Tb
Tc
BIT
CHIP
CDMA
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SEÑAL DE
DATOS
SECUENCIA
CÓDIGO
SEÑAL
TRANSMITIDA
d(t)
c(t)
s(t)
f0 1/Tb
f00 1/Tc
f00 1/Tc
Transmisor DS-CDMA:
d(t)
c(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
MODULADOR
BPSK
s(t)
CDMA
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Receptor DS-CDMA:
s(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
(. ) dt
Tb
0
c(t)
Tb
+1
-1
s(t)
+1
-1
c(t)
+4
-4
d(t)
..
. .
CDMA
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Receptor DS-CDMA:
SEÑAL
RECIBIDA
s(t)
f00 1/Tc
SECUENCIA
CÓDIGO
c(t)
f00 1/Tc
SEÑAL
RECUPERADA
r(t)f
0 1/Tb
s(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
(. ) dt
Tb
0
c(t)
Tb
CDMA
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TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMAf
00 1/Tc
00 1/Tc
00 1/Tc
• Cada usuario transmite su señal SS con una secuencia código distinta, en
principio ORTOGONALES entre sí
CDMA
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Receptor DS-CDMA:
s1(t)+s2(t)+s3(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
(. ) dt
Tb
0
c1(t)
d1(t)+d2(t)c2(t)c1(t)+d3(t)c3(t)c1(t)
Por ejemplo: c1(t)= (+1 –1 +1 –1)
c2(t)=(+1 –1 –1 +1)
Tb
CDMA
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• Si los códigos fuesen ortogonales y los usuarios estuvieran perfectamente
sincronizados el receptor rechazaría totalmente la señal de los demás usuarios
+1
-1
s2(t)
+1
-1
c1(t)
+4
-4
+1
-1
s1(t)
+1
-1
c1(t)
+4
-4
d1(t)
..
. .. . . .
CDMA
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Secuencias código :
2
1
+1
-1
s2(t)
+1
-1
c1(t)
+4
-4
. . . .
• En principio se desearían ortogonales, pero
....
• El número de secuencias es limitado
• La transmisión en un entorno radio hace
que puedan perder su ortogonalidad:
• No sincronismo
• Propagación multicamino
Ejemplo: diferencia Tc
c1(t)= (+1 –1 +1 –1)
c2(t)=(+1 –1 –1 +1)
CDMA
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RECEPTOR
CDMA
RECEPTOR
CDMA
RECEPTOR
CDMA
f00 1/Tb 1/Tc
f00 1/Tb 1/Tc
f00 1/Tb 1/Tc
• En la práctica los códigos no son ortogonales, por lo que los usuarios
simultáneos se originan un cierto nivel de interferencia, que puede
asimilarse a ruido
CDMA
TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMAf
00 1/Tc
00 1/Tc
00 1/Tc
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i
u
i P
P
I
C
p
ici
bu
o
GI
C
TP
TP
I
C
La ganancia de procesado es
una medida del grado de protección
que se tiene frente a interferencias
RECEPTOR
CDMA
f
1/ T
c
00 1/ T
b
Gp
CDMA
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Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
+1
-1
ss1(t)
+1
-1
c1(t)
+1
-1
d1(t)
Tc
SF=2 chips/bit
Velocidad de chip fija
CDMA
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Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
+1
-1
ss1(t)
+1
-1
c1(t)
+1
-1
d1(t)
Tc
SF=4 chips/bit
Velocidad de chip fija
CDMA
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Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
+1
-1
ss1(t)
+1
-1
c1(t)
+1
-1
d1(t)
Tc
SF=8 chips/bit
Velocidad de chip fija
CDMA
Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 31
SF=2 chips/bit
SEÑAL DE
DATOS
SECUENCIA
CÓDIGO
SEÑAL
TRANSMITIDA
d(t)
c(t)
s(t)
f0 1/T b
f00 1/Tc
f00 1/ T c
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
CDMA
Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 32
SF=4 chips/bit
SEÑAL DE
DATOS
SECUENCIA
CÓDIGO
SEÑAL
TRANSMITIDA
d(t)
c(t)
s(t)
f0 1/Tb
f00 1/Tc
f00 1/ T c
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
CDMA
Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 33
SF=8 chips/bit
SEÑAL DE
DATOS
SECUENCIA
CÓDIGO
SEÑAL
TRANSMITIDA
d(t)
c(t)
s(t)
f0 1/Tb
f00 1/Tc
f00 1/ T c
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
CDMA
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CDMA
• Ventajas– Muy difícil de detectar, y por tanto de “escuchar”
– Protección contra multi-camino (el espectro ensanchado implica diversidad en frecuencia)
– Flexible, resulta sencillo cambiar tanto la tasa de transferencia como el código de ensanchado
– Protección contra interferencias
– No existe un límite en cuanto al número de usuarios
• Inconvenientes– Se precisa sincronización entre emisor y receptor
– Equipos caros
– Auto-interferencias si los códigos de los usuarios no son totalmente ortogonales
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Duplexado de las comunicaciones
• Objeto: Determinar el modo en que se van a establecer tanto el canal de subida como el canal de retorno
• Se precisa duplexación únicamente en los sistemas de tipo full-duplex
• Se emplean dos métodos principalmente:– FDD: Frequency Division Duplexing
– TDD: Time Division Duplexing
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FDD
ESTACIÓN BASE
UE tiempo
DL
UL
BW Banda guarda
TDD
tiempo
DL BW
Tiempo de
guarda
UL DL
ESTACIÓN BASE
UE
Duplexado de las comunicaciones
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