Especializacin en Telecomunicaciones DigitalesCohorte Nro 4 / Febrero 2011

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA ANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDepartamento de Ingeniera Electrnica

Tcnicas de Acceso MltipleTEMA IV

SUMARIO Visin Previa Recordatorio Multiplexacin y Acceso Mltiple Tcnicas de Acceso: FDMA, TDMA, CDMA Tabla comparativa entre las tcnicas

Visin PreviaConsideremos algunas alternativa para comunicarse haciendo uso de un sistema de comunicacin satelital.1er caso: UN transmisor y UN receptorCmo es el proceso de comunicacin?

Visin Previa2do caso: UN transmisor y DOS receptoresCmo es el proceso de comunicacin?

Visin Previa3er caso: Mltiples Transreceptores UN satliteCmo es el proceso de comunicacin?

Visin Previa4to caso: Mltiples Transreceptores DOS satliteCmo es el proceso de comunicacin?

Recordatorio ...Transponder o TranspondedorEs un tipo de dispositivo utilizado en telecomunicaciones cuyo nombre viene de la fusin de las palabras inglesas Transmiten (Transmisor) y Responder (Contestador/Respondedor).

Son equipos que realizan la funcin de:a) Recepcin, amplificacin y reemisin en una banda distinta de una seal.b) Respuesta automtica de un mensaje (predeterminado o no) a la recepcin de una seal concreta de interrogacin.

Introduccin a Multiplexin y Acceso MltipleLa capacidad de comunicacin de un satlite es considerableLa gran mayora de las estaciones terrenas no requieren la capacidad total de potencia ni ancho de banda del transpondedor, teniendo la posibilidad o flexibilidad de admitir portadoras de una amplia gama de capacidades.

Las tcnicas de acceso mltiple hacen posible que distintas estaciones terrenas transmisoras utilicen un mismo transpondedor de satlite.

Las tcnicas MULTIPLEXACIN y ACCESO MLTIPLE apuntan a la comparticin de un recurso de comunicacin determinado.

El concepto de mltiple acceso, involucra sistemas que hacen posible que mltiples estaciones terrenas, interconecten sus enlaces de comunicaciones a travs de un simple transponder.

Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o canales mltiples, los cuales incluyen seales de voz, datos o video.

El canal utilizado por un sistema satelital puede estarle asignado de forma permanente (fijo) o por el contrario, mediante un sistema de control, ir asignando los canales dinmicamente segn los requerimientos que se presenten (asignacin por demanda).

Dependiendo de las caractersticas de la red y del trfico, se emplea una u otra tcnica de ASIGNACION DE CANAL de comunicacin.

Esta clasificacin contempla:PAMA (Permanently Assigned Multiple Access ): Cada canal de cada estacin tiene asignada permanentemente una parte de la capacidad en frecuencia del transpondedor para FDMA o TDMADAMA (Demand Assigned Multiple Access): Las estaciones no tienen asignadas en forma permanente una frecuencia de FDMA o una rfaga de TDMA. Se asigna segn la demanda.Clasificacin segn la Asignacin de Canal

Esta clasificacin contempla:

RMA (Random Multiple Access): en el momento en que una estacin requiere comunicarse utiliza un intervalo de tiempo de transmisin cualquiera en una portadora.Clasificacin segn la Asignacin de Canal

ASIGNACIN FIJA

a) Aspectos positivos:Al no necesitar control, es mucho ms SIMPLE.Al no existir el bloqueo (del canal), la DISPONIBILIDAD es absoluta: cada vez que desee transmitir, podr hacerlo.

b) Aspectos negativos:1. Este tipo de asignacin desperdicia ANCHO DE BANDA, lo que en comunicacin va satlite, no se puede permitir.Comparacin entre Asignacin de Canal FIJA y DINAMICA

ASIGNACIN DINAMICA

a) Aspectos positivos:Optimiza la utilizacin del ANCHO DE BANDA, lo cual es primordial en el tipo de comunicaciones que se estudian. b) Aspectos negativos:Ahora aparece el concepto de BLOQUEO, pudiendo encontrarse una estacin con informacin para enviar y no encontrar un canal libre para transmitir. Comparacin entre Asignacin de Canal FIJA y DINAMICA

ASIGNACIN DINAMICA

b) Aspectos negativos:Se necesita un canal de control de las asignaciones de frecuencias, lo que se traduce en un AUMENTO de la COMPLEJIDAD.Comparacin entre Asignacin de Canal FIJA y DINAMICA

Existen muchas implementaciones especficas de sistemas de mltiple acceso, pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales:

a) Frecuency-Division Multiple Access (FDMA): Acceso Mltiple por Divisin de Frecuencias.

b) Time-Division Multiple Access (TDMA):Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo

c) Code-Division Multiple Access (CDMA):Acceso Mltiple por Divisin de CdigoTcnicas de Acceso Mltiple

Comparacin entre las Tcnicas de Acceso Mltiple

MTODO DESCRIPCIN VENTAJAS DESVENTAJAS FDMAAsignacin de Frecuencias, acceso continuo y controlado del canal. Se recomienda cuando existen pocos nodos con mucho trfico, con poco ancho de banda a velocidades bajas (menores que 128 Kbps). SCPC/FDMA tiene una capacidad del 100% (cero retardos) -Disponibilidad fija del canal -No se requiere control centralizado -Terminales de bajo costo. -Usuarios con diferentes capacidades pueden ser acomodados. -Requiere backoff de intermodulacin (bandas de guarda), esto reduce el caudal eficaz del transponder. -Sistema muy rgido, cambios en la red hace difcil el reasignamiento. -El ancho de banda se incrementa conforme el numero de nodos aumenta. TDMAAsignacin de ranuras de tiempo. Cada portadora ocupa diferente ranura. Se recomienda para muchos nodos con trafico moderado. DAMA se recomienda para muchos nodos con poco trfico. TDMA tiene una capacidad del 60% al 80%. -Optimizacin del ancho de banda -La potencia y ancho de banda del transpondedor es totalmente utilizado. -Tiempos de guarda y encabezados reducen el caudal eficaz. -Requiere de sincronizacin centralizada. -Terminales de alto costo CDMAAsignacin de cdigos a cada usuario. CDMA Capacidad del canal del 10%. -Se trasmite a baja potencia -Control no centralizado, canales fijos. -Inmune a la interferencia. - Requiere de gran ancho de banda. - Existe un nmero limitado de cdigos ortogonales. - Trabajan solo eficientemente con velocidades preseleccionadas.

GraciasLa nueva estrella en el cielo venezolano.El Satlite Simn BolvarVenesat 1

MultiplexinLos requerimientos de los usuarios son fijos o varan muy lentamente en el tiempo.

La distribucin de los recursos es asignada a priori y se lleva a cabo entre sitios no muy lejanos (por ejemplo, dentro de un circuito).

En este caso el recurso de comunicacin es suficiente para todos los usuarios.

Acceso MltipleLa distribucin de recursos se lleva a cabo entre sitios remotos (por ejemplo, satlites). La asignacin de recursos se realiza en forma dinmica, en funcin de las necesidades de los usuarios, consiguindose una distribucin de recursos ms eficiente.

Existe la prdida de una pequea fraccin de tiempo y/o ancho de banda, para que el controlador reciba la informacin sobre las necesidades de los usuarios.

Acceso MltipleEs posible que el recurso de comunicacin no alcance a satisfacer las necesidades de comunicacin de todos los usuarios simultneamente, producindose una disputa por la utilizacin del recurso.

Por este motivo, se deben acordar y cumplir ciertas reglas que pongan un equilibrio en el sistema.

Este tipo de sistemas canalizan el transpondedor usando mltiples portadoras, donde a cada portadora se le asigna un par de frecuencias.

El ancho de banda total utilizado depender del nmero total de portadoras.

Existen dos variantes de esta tcnica: SCPC (Single Channel Per Carrier) y MCPC (Multiple Channel Per Carrier) Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)Ejemplo para un sistema de comunicacin de vozEjemplo para un Sistema Satelital

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)En banda C, cada satlite tiene permitido el uso de un ancho de banda de 500 MHz. Tpicamente cada satlite tiene 12 transponders de 36 MHz cada uno y los restantes 68 MHz del ancho de banda del satlite, se usan para control. El ms comn de los transponders opera en el modo multidestino en FDM/FM/FDMA.La mayor ventaja que tiene FDMA sobre TDMA es su simplicidad. FDMA no requiere sincronizacin y cada canal es casi independiente de los restantes.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)FDM/FM/FDMA

FDM: Seales como las de telfono (SSB) se les hace FDM para formar una seal compuesta.

FM: Con esta seal compuesta se produce modulacin en frecuencia y luego es transmitida al satlite.

FDMA: Se asignan subdivisiones del ancho de banda de 36 MHz a distintos usuarios.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)Distribucin de potencia en FDMA

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)Esquema de generacin de FDM

Frecuency-Division Multiple Access FDMA-SPADEDesarrollado por Comsat y permite asignacin por demanda de FDMA. Se emple en el Intelsat IV.La tcnica se llam SPADE (Single Chanel per carrier PCM Multiple Access Demand Assignment Equipment)

Utilizado para dar servicios de comunicacin a pases que tienen poco trafico entre s, pero que por supuesto necesitan comunicarse ocasionalmente.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEConsiste en un transpondedor de 36 MHz ranurado en 800 secciones capaces de conducir simultneamente 400 conversaciones telefnicas (400 ranuras se emplean para los canales de ida y 400 para los de retorno).

Cada una de las ranuras tiene su frecuencia portadora y puede ser utilizada temporal o indistintamente por cualquiera de los pases que integran al sistema, sincronizndose con el banco central de frecuencias mediante un canal digital de solicitudes.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADELos canales de voz poseen dos frecuencia, una para subir (ida) y otra para bajar (regreso).

La portadora para CSC es de 51.965 MHz

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEPortadora Canal 351.885MHz+80KHz=51.965 MHz52MHz+22.5KHz=52.0225 kHz36 MHz

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEEstructura de la trama TDM para CSCCada estacin terrestre transmite en el canal CSC solo durante su ranura de tiempo de 1 ms que le fue pre-asignada.El cdigo CSC se usa para establecer y desconectar enlaces de banda de voz entre dos estaciones terrestres usuarias, cuando se usa asignacin de canal por demanda.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEEjemplo de aplicacin:

Segn el esquema anterior, una estacin terrena de usuario ubicada en el Auyantepuy, Estado Bolvar (Estacin 1), desea establecer un enlace de banda de voz, entre ella y Carora, Estado Lara (Estacin 2).

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEMecanismo de Establecimiento del enlace

La Estacin 1 selecciona aleatoriamente un canal de voz que no est trabajando. Entonces transmite un mensaje en cdigo binario a estacin 2, en el canal CSC durante su ranura de tiempo respectiva, solicitando que se establezca un enlace en el canal seleccionado aleatoriamente. La Estacin 2 responde en el canal CSC durante su ranura de tiempo con un cdigo binario ya sea confirmando o negando el establecimiento de la conexin. El proceso de desconexin es similar.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADESCPC (Single Channel per Carrier)Como en el sistema SPADE, cada ranura tiene su propia frecuencia portadora y su ancho de banda es ocupado por un solo canal telefnico modulado, esta forma de transmisin se le llama canal nico por portadora o SCPC, y an cuando en este caso la asignacin es por demanda, es fcil comprender que puede haber otros sistemas domsticos o internacionales con SCPC, pero de asignacin fija.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADESCPC (Single Channel per Carrier)

As mismo, e independientemente de s se tenga asignacin fija o por demanda, un canal SCPC no necesariamente debe conducir telefona anloga, sino que puede contener un canal telefnico digitalizado o un canal de datos de baja velocidad transmitido con modulacin digital, de la cual hay varias ocupaciones utilizadas a la vez en la prctica.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADESCPC (Single Channel per Carrier)

El servicio establece una portadora por cada enlace (a manera de un canal dedicado), el cual por lo general, es de naturaleza Point to Point (punto a punto).

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEVentajas de SCPC (Single Channel per Carrier)

Enlaces satelitales nacionales e internacionales con velocidades desde 9.6 Kbps hasta 2.048 Mbps, con posibilidad de utilizar Frame Relay.

Enlaces punto a punto entre las ciudades por medio de estaciones terrenas ubicadas estratgicamente.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADEVentajas de SCPC (Single Channel per Carrier)

Administracin de la capacidad del canal de acuerdo a sus caractersticas de trfico.

Alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad de la informacin transmitida.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

Este sistema FDMA se basa en la asignacin de una portadora por estacin conectada, teniendo una capacidad de N portadoras.

Adems, el ancho de banda es asignado segn trfico y la demanda que se cursa en el satlite. El acceso al medio puede ser FDM/FDMA o TDM/FDMA.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

As los terminales adquieren un canal dentro de la portadora segn una disciplina FDM o TDM, estos una vez multiplexados en banda base, se modulan analgica o digitalmente y son transmitidos mediante una disciplina FDMA desde y hacia el satlite. El sistema asigna una portadora por enlace, as hay N(N-1) portadoras en transmisin. El ancho de banda es asignado segn el trfico que se demanda.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

Time-Division Multiple Access (TDMA)

El TDMA es un mtodo de multiplexado por divisin de tiempo que multiplexa portadoras moduladas digitalmente entre las estaciones terrestres participantes en la red satelital, empleando un satlite transpondedor comn.

Existen otras variantes a este mtodo, el ms conocido es DAMA (Demand Access Multiple Access), el cual asigna ranuras de tiempo de acuerdo a la demanda del canal. Time-Division Multiple Access (TDMA)

Time-Division Multiple Access (TDMA)La rfaga de cada estacin se sincroniza de tal modo que llegue al satlite transpondedor en distinto momento.Cada estacin terrestre recibe las rfagas de todas las dems estaciones y debe seleccionar de entre ellas el trafico destinado a ella.En el TDMA cada estacin terrestre transmite una rfaga corta de una portadora modulada digitalmente, durante una ranura precisa de tiempo dentro de una trama TDMA.

Trama bsica de TDMATime-Division Multiple Access (TDMA)La estructura bsica de una trama de TDMA tiene la forma siguiente

Trama bsica de TDMATime-Division Multiple Access (TDMA)Rfaga de referencia separadaRfaga de referencia dentro de prembulo de un canalTiempo de espera entre rfagas adyacentesPico de correlacin: momento exacto en que termina la secuencia UWTodas las rfagas se sincronizan a una rfaga de referencia segn se muestra a continuacin.

Trama bsica de TDMA: Rfaga de ReferenciaTime-Division Multiple Access (TDMA)Permite la recuperacin de portadora de frecuencia y fase coherentes para demodular PSK

Time-Division Multiple Access (TDMA)Secuencia binaria para recuperacin de sincronizacin de bits o seal de reloj.Trama bsica de TDMA: Rfaga de Referencia

Time-Division Multiple Access (TDMA)Palabra nica: empleada para establecer referencia precisa de tiempo.La emplea cada estacin para sincronizar la transmisin de su rfaga.Trama bsica de TDMA: Rfaga de Referencia

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama bsica de TDMA: Prembulo de la EstacinEn el proceso de transmisin, cada estacin precede los datos a transmitir con un PREAMBULOCada estacin recibe la transmisin suya y la de las dems estaciones, por lo tanto, todas las estaciones deben recuperar la informacin de la portadora y del reloj, antes de demodular los datos.Rfaga de referencia como prembulo de un canal

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama bsica de TDMA: Palabra nicaCada receptor de estacin demodula e integra la secuencia UW.

La UW es una secuencia de veinte 1 binarios sucesivos y terminada en un 0 lgico.

El integrador y el detector de umbral se disean de tal forma que se alcance el voltaje umbral exactamente cuando se integre el ltimo bit de la secuencia UW.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama bsica de TDMA: Rfaga de Referencia

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama bsica de TDMA: Palabra nicaCada estacin espera distintas longitudes de tiempo para transmitir.NO hay dos estaciones que transmitan su informacin al mismo tiempo.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Aplicacin de TDMA: Trama de CEPTSe analiza a continuacin la trama TDMA de la conferencia de Telecomunicaciones y Administraciones Postales Europeas (CEPT).

Emplea la estrategia de procesar y almacenar (temporalmente) las seales de banda de voz antes de transmitirlas.

Las estaciones terrestres solo pueden transmitir durante su ranura de tiempo especifica.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Diagrama de un transmisor de trama CEPT Tiene 16 canales de entrada de ancho de banda 4 kHz c/u. Muestreo a 16 kHz Codificacin de 8 bits.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Diagrama de un transmisor de trama CEPT Las 16 entradas de 128 Kbps se multiplexan por divisin de tiempo en una sub-trama.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Diagrama de un transmisor de trama CEPT Se transmite a una velocidad de 2.048 Mbps Un ciclo de muestreo tiene 8 bits X 16 canales =128 bits Los 128 bits se acumulan en 62.5 us si R=2.048 Mbps

Time-Division Multiple Access (TDMA)Diagrama de un transmisor de trama CEPT La salida del TDM se pasa al registro de memoria de entrada. El proceso se repite 32 veces Se almacenan 32 sub-tramas, dando 4096 bits. Lleno el registro, se enva a la etapa siguiente.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Diagrama de un transmisor de trama CEPT El registro de memoria de entrada pasa los datos la conversor paralelo serie. Se transmiten los datos a una velocidad de 120.832 Mbps hacia el modulador en la etapa siguiente.

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTLa trama primaria del sistema CEPT se conforma de la siguiente manera Son 32 sub-tramas de 8 bits cada una, de cada uno de los 16 canales de voz, produciendo as 4096 bits. Cada sub-trama dura 62.5 us, al ser 32 sub-tramas la duracin de la trama ser 2 ms (32 X 62.5 32us)

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPT

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTPrimera Muestra del Primer Canal de 8 bitsPrimera Muestra del Canal 16 de 8 bits

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTPrimera Sub-trama de 128 bits(16 canales X 8 bits/canal)

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTLa transferencia se realiza a 2,048 MbpsLa duracin del canal es 62.5 us

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTArreglo de las 32 sub-tramas4096 bitsSub-trama 1Sub-trama 32

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTDuracin de Sub-trama: 2 ms

Time-Division Multiple Access (TDMA)Trama primaria del sistema CEPTVelocidad de Transmisin de (4096 bits/33.9 us) = 120.832 MbpsTiempo de Transmisin de Bloque primario: 33.9 us

Code-Division Multiple Access (CDMA)

El CDMA mejor conocido como Spread Spectrum (Espectro esparcido) es una tcnica de modulacin que convierten la seal en banda base en una seal modulada con un espectro de ancho de banda que cubre o se esparce sobre una banda de magnitud ms grande que la que normalmente se necesita para transmitir la seal en banda base por si misma.

Code-Division Multiple Access (CDMA)

Es una tcnica muy robusta en contra de la interferencia en el espectro comn de radio y ha sido usado muy ampliamente en aplicaciones militares.

Esta tcnica se aplica en comunicaciones va satlite particularmente para transmisin de datos a bajas velocidades. Code-Division Multiple Access (CDMA)

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