Sistemas de Telecomunicación Privados Técnicas de · PDF file–TDMA/FDMA –FHSS –CDMA •1h (trabajo en casa) ... (DAMA) o bien pueden estar asignados de modo permanente (PAMA)

Sistemas de Telecomunicación Privados

Técnicas de Acceso Múltiple al Medio

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


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.)


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


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)


FDMA


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


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


TDMA


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


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


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


SSMA

• Esquema general de un sistema spread spectrum


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


FHSS

• Esquema básico transmisor - receptor


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


FHSS – Ancho de Banda


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


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


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


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


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


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


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


• 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


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


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


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


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











información.

+1

-1

ss1(t)

+1

-1

c1(t)

+1

-1

d1(t)

Tc

SF=4 chips/bit


CDMA











información.

+1

-1

ss1(t)

+1

-1

c1(t)

+1

-1

d1(t)

Tc

SF=8 chips/bit


CDMA


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


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




CDMA


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




CDMA


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


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


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

¿Preguntas, Sugerencias?

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