Multiplexación tdma fdma cdma

MULTIPLEXACIÓN•¿Qué persigue la multiplexación?

el objetivo de multiplexar es optimizar recursos a la hora de utilizarlos, es decir por un mismo medio (físico, atmosfera) se pueden transmitir distintos tipos de paquetes lo que nos ahorra recursos.

Multiplexación por división de frecuencia

F(t)

F

datos

voz

video

t

Multiplexacion por división del tiempo

F(t)

F

datos

voz

video

t

Multiplexacion estadística

F(t)

F

tdatos

voz

video

Aspectos De La Multiplexacion Estadística

La Multiplexacion estadística distribuye las ranuras de manera dinámica, basándose en la demanda.

El multiplexor sondea las memorias de almacenamiento de entrada, aceptando datos hasta que se complete una trama.

La velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de las líneas de entrada.

MULTIPLEXACIONES DE CANALES

¿Qué es multiplexar canales?

Es enviar varios canales en un mismo medio físico

TDMA ( Time Division Multiplex Access )

Es multiplexación por tiempo; esto es, si queremos enviar 3 canales por un mismo medio físico haciendo uso de TDMA, simplemente le asignaremos una duración temporal a cada canal, y se les cederá el medio físico a cada canal durante ese espacio de tiempo 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 enviamos 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. 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.

Objetivos de la multiplexación

QUE ES LA MULTIPLEXACIÓN La Multiplexación es la combinación de dos o más canales

de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor.

Es decir viene a ser un procedimiento por el cual diferentes canales pueden compartir un mismo medio de transmisión de información.

OBJETIVO DE LA MULTIPLEXACIÓN

Es compartir la capacidad de transmisión de datos sobre un mismo enlace para aumentar la eficiencia (sobre todo en líneas de grandes distancias).

Minimizar la cantidad de líneas físicas requeridas y maximizar el uso del ancho de banda de los medios

TIPOS DE MULTIPLEXACIÓN

• La multiplexación por división de tiempo o TDM. • La multiplexación por división de frecuencia o FDM. • La multiplexación por división en código o CDM. • La multiplexación por división de onda o WDM. • La multiplexación Estadística, asíncrona o SM. • La multiplexación en los protocolos de la capa de transpor

te en el modelo OSI

LA MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO O TDM .

La multiplexación por división de tiempo es una técnica para compartir un canal de transmisión entre varios usuarios.

Consiste en asignar a cada usuario, durante unas determinadas "ranuras de tiempo", la totalidad del ancho de banda disponible.

Características de la TDM Consiste en ocupar un canal de transmisión a partir de distintas

fuentes, mejor aprovechamiento del medio de transmisión. El ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada

canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo).

Ventajas de TDM Desventajas de TDM El uso de la capacidad es alto. Cada uno para ampliar el número

de usuarios en un sistema en un coste bajo.

La sensibilidad frente a otro problema de usuario es alta .

El coste inicial es alto. La complejidad técnica es más.

Esquema de cómo se realiza la Multiplexación - Desmultiplexación

Las entradas de 6 canales llegan a los interruptores de canal controlados por una señal de reloj, de manera que cada canal es conectado al medio de Tx durante un tiempo determinado por la duración de los impulsos del reloj.

El Desmultiplexor realiza la función inversa: conecta al medio de Tx, secuencialmente con la salida de cada uno de los 5 canales mediante interruptores controlados por el reloj del D.

El reloj del extremo receptor funciona de forma sincronizada con el del Multiplexor mediante señales de temporización que son trasmitidas a través del propio medio de Tx.

LA MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA O FDM .

Esta 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.

Características de la FDM

El ancho de banda del medio debe ser mayor que le ancho de banda de la señal transmitida.

Capacidad de transmisión de varias señales a la vez. La señal lógica trasmitida a través del medio es analógica. La señal recibida puede ser analógica o digital. Para la comunicación análoga el ruido tiene menos efecto.

Ventajas de FDM Desventajas de FDM

El usuario puede ser añadido al sistema, simplemente añadiendo otro par de modulador de transmisor y receptor .

El sistema de FDM apoya el flujo de dúplex total de información que es requerido por la mayor parte de la aplicación.

En el sistema FDM, el coste inicial es alto.

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.

La multiplexación por división en código o CDM

La multiplexación por división de código, acceso múltiple por división de código o CDMA

Es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basado en la tecnología de espectro expandido.

• CDMA emplea una tecnología de espectro expandido y un esquema especial de codificación, por el que a cada transmisor se le asigna un código único, escogido de forma que sea ortogonal respecto al del resto

• En CDMA, la señal se emite con un ancho de banda mucho mayor que el precisado por los datos a transmitir; por este motivo, la división por código es una técnica de acceso múltiple de espectro expandido.

Tipos de multiplexacion Division de Codigo

ESQUEMA CDMA

•Ensanchamiento espectral dado por la clave.•Las claves las conocen el Rx y Tx.

Espectral

•Esparcimiento espectral se hace con saltos en frecuencia (frecuency hopping).•Los saltos de frecuencia están dados por el código.

La multiplexación por división de onda o WDM.

Se diseñó para utilizar la capacidad de alta tasa de datos de la fibra. Conceptualmente es la misma que FDM, excepto que involucra señales

luminosas de frecuencias muy altas.La idea es simple:•Se quieren combinar múltiples aces de luz dentro de una única luz en el multiplexor, Hacer a operación inversa en el demultiplexor.

•Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente mediante un prisma. Un prisma curva un rayo de luz basándose en el ángulo de incidencia y la frecuencia.

Tipos de sistemas WDM

Los primeros sistemas WDM usaron 2 longitudes de onda centradas en las ventanas de 1310 nm y 1550 nm.

• Después fue CWDM (Coarse WDM) . La ITU (G.694.2) define una banda óptica de 18 l´s, entre 1270 y 1610 nm, espaciadas entre ellas 20 nm.

Alrededor de 1.400 nm existe una atenuación alta debido al pico de absorción. Se fabrican fibras con este pico de absorción compensado.

Luego fue DWDM (Dense WDM) . La ITU (G.692) define una banda óptica de 20 a 40 l´s , entre 1530 y 1570 nm.

Se usan 2 separaciones: 200 GHz (1.6 nm) 100 GHz (0.8 nm)

Ya hay disponible sistemas UWDM (Ultradense WDM) con separaciones más densas.

50 GHz (0.4 nm) 25 GHz (0.2 nm)

Topologías para DWDM

Topología punto a punto

La fibra y el tráfico son lineales. Se usan en redes de transporte WAN y de acceso metropolitano. Con o sin multiplexor óptico OADM. Son de alta velocidad; actualmente hasta 160 Gbps. Pueden cubrir varios cientos a miles de km, con menos de 10 amplificadores. En redes de acceso metropolitano no se necesitan amplificadores.

Topología en anillo

La fibra se instala en anillo. Los canales de tráfico se transmiten a través de los OADM hasta alcanzar su destino.

Se usa en redes de acceso metropolitano. Es típico que existan menos nodos que canales.

La velocidad de tráfico está en el rango de 622 Mbps a 10 Gbps por canal. Pueden cubrir decenas de km sin amplificación. Las topologías en anillo permiten a los nodos OADM proporcionar el acceso para

conectar routers, switches o servidores, agregando o ex rayen o canales en el dominio óptico.

TOPOLOGIA EN MALLA Topología en malla

Todos los nodos ópticos se interconectan entre sí. Se usan en redes de acceso metropolitano. Requiere esquemas de protección con redundancia al sistema, tarjeta o nivel de fibra. La arquitectura en malla es el futuro de las arquitecturas en redes ópticas.

Multiplexación Estadística

Definición:

Es un canal de comunicaciones que se divide en un número arbitrario de las secuencias de datos de velocidad de transmisión de bites variables de los canales digitales.Características:

Tipo de señal: Digital

Funcionamiento: Consiste en transmitir datos de aquellos canales que en todo momento tengan información para trasmitir. Ventaja: Asignan dinámicamente los intervalos de tiempo entre los terminales activos, por lo tanto no se desaprovecha su capacidad de línea durante los tiempos de inactividad.

El MPEG corriente del transporte para TV digital transmisión

UDP y TCP protocolos, donde las secuencias de datos de varios procesos de uso se multiplexan juntas.

X.25 y Relays , son los protocolos de conmutación de conjunto de bits, donde los paquetes tienen longitudes que varían, y el número de canal es identificador denotado de la conexión virtual (VCI)

Asynchronous Transfer Mode protocolo packet-switched, donde los paquetes tienen de longitud fija.

Finalidad:

La utilización de la multiplexación estadística son:

Multiplexación en los protocolos de la capa de transporte en el Modelo OSI

Definición:

Multiplexar un paquete de datos, significa tomar los datos de la capa de aplicación, etiquetarlos con un número de puerto (TCP o UDP) que identifica a la aplicación emisora, y enviar dicho paquete a la capa de red.

Características:

Se controla el flujo de información.

Organiza los datos en segmentos.

Se encarga del direccionamiento.

Se utilizan varios mecanismos para establecer una transmisión libre de error.

Finalidad:

Esta capa es muy esencial para cualquiera de los 2 modelos (TCP/IP). Sin ella la comunicación en la red seria muy lento ya que sin la capa de transporte no tendríamos enlace a páginas web, chat, mensajería instantánea al mismo tiempo y sin ella el mensaje no podrían ser enviados a cualquier asta su destino.

MULTIPLEXACION INVERSA

• la tecnología IMA cubre el salto en ancho de banda existente entre los enlaces T1/E1 y T3/E3, permitiendo utilizar los recursos disponibles de manera más eficiente y consiguiendo un ancho de banda más ajustado al volumen de tráfico ATM que se desea transferir.

• El IMUX acepta tanto flujos de celdas ATM originadas por distintos tipos de fuentes de tráfico, como datos procedentes de redes de área local (Ethernet o token ring), que habrá que procesar convenientemente en el dispositivo para convertir dicho trafico a celdas ATM.

• La parte específica de IMA controla la operación de multiplexación inversa, como la distribución y combinación de celdas ATM, compensación de retardos diferenciales, sincronización, control y monitorización de los enlaces físicos.

• La parte específica de interfaz controla las funciones específicas de detección y corrección de errores de la cabecera de las celdas ATM

• Pueden destacarse tres configuraciones típicas de red en que se utiliza IMA: como enlace entre el dispositivo a la red de transporte ATM y un nodo ATM, como enlace entre nodos de conmutación ATM constituyentes ATM y un nodo ATM, como enlace entre nodos de conmutación ATM constituyentes de una red de área extendida y como línea dedicada entre dos puntos remotos.

Las celdas ICP controlan el protocolo IMA, es decir, el proceso redistribución de celdas ATM sobre el grupo de enlaces IMA, manteniendo el sincronismo de los enlaces e informando del estado de los mismos.

AL emitirse las tramas alineadas y conocerse la posición de las celdas ICP dentro de la trama IMA, se facilita la alineación de las tramas en el extremo receptor.

PROBLEMÁTICA DE IMUX

El inconveniente asociado al establecimiento de un único enlace lógico mediante diversos enlaces físicos es el uso de celdas adicionales añadidas por el IMUX, que suponen una sobrecarga y que comparten los mismos recursos que las celdas de información de usuario.

Áreas de aplicación

Telegrafía Telefonía Proceso video Difusión Digital Difusión análoga

Telegrafía Considerada la tecnología más temprana de comunicación utilizando

los cables de electricidad, y por lo tanto comparten un interés en las economías que ofrece multiplexación.

Los primeros experimentos permitieron que dos mensajes separados puedan viajar en direcciones opuestas al mismo tiempo, en primer lugar mediante una batería eléctrica en ambos extremos.

Telefonía En telefonía, la línea de teléfono de un cliente por lo general termina

en una caja concentradora ubicada en la calle, donde se multiplexan las líneas de teléfono para esa determinada área. La señal multiplexada luego es transportada a la oficina central de conmutación.

La fibra en el bucle (FITL) es un método común de multiplexación, que utiliza fibra óptica como columna vertebral. No sólo se conectan líneas POTS teléfono con el resto de la PSTN, sino también reemplaza DSL mediante la conexión directa a Ethernet por cable dentro del hogar.

Proceso video En la edición de vídeo y sistemas de procesamiento, la multiplexación se

refiere al proceso de intercalado de audio y vídeo en un flujo de transporte coherente (multiplexación por división de tiempo).

El audio y video puede tener una velocidad variable de bits. El software que genera este tipo de flujo de transporte y/o contenedores que comúnmente se llama un multiplexor estadístico o muxer. A su vez un demuxer es un software que extrae o realiza el proceso de separar los componentes de un contenedor.

Difusión Digital En la televisión digital y sistemas digitales de radio, los datos se

multiplexan junto a una corriente fijada por medio de la multiplexacion estática.

Esto hace posible la transferencia de varios canales de vídeo y audio pasen simultáneamente por un mismo canal, junto con otros diversos servicios.

Difusión análoga En la radiodifusión FM y otros medios de radio analógica,

la multiplexación es un término que se le dio al proceso de agregar “subcarriers” a la señal de audio antes de que entre al transmisor, donde se produce la modulación. La multiplexación en este sentido es a veces conocido como MPX, que a su vez también es un término antiguo para FM estereofónica, aparecieron con frecuencia en los sistemas estéreo de la década de 1960 y 1970.

FDM

Procesos en FDM Jerarquía de multiplexación analógica Aplicaciones de FDM

Introducción

Procesos en FDM

Jerarquía de multiplexación analógica

Aplicaciones de FDM

OFDM

   Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión el cual envía un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM, PSK o QPSK.

OFDM se divide un canal en un numero determinado de bandas de frecuencia equiespaciadas, en cada banda se transmite una subportadora que transporta una porción de la información. Cada subportadora es ortogonal al resto.

EJEMPLO OFDM

OFDM es un caso particular de FDM, en analogía se puede ver a FDM como la salida de un grifo de agua sin ningún filtro, como en la figura 1 (a), por otro lado OFDM puede compararse con la salida de agua de una ducha con rejilla, figura 1 (b). En un grifo el flujo de agua se maneja en una sola corriente, mientras que en una ducha el agua se segmenta en varias corrientes más pequeñas.

OFDM Vs FDM

IMPORTANCIA DE LA ORTOGONALIDAD

El principal concepto de las señales OFDM es la ortogonalidad de las portadoras. Si usamos como portadora una señal sinusoidal, el área de un periodo es cero ya que la parte positiva de la señal se cancela con la negativa.

Este concepto de ortogonalidad es clave en OFDM ya que nos permite la transmisión simultánea en un estrecho rango de frecuencias y sin que se produzcan interferencias entre ellas.

Existen dos cosas super importantes en OFDM: Multitrayectoria Prefijo Cíclico

CANALES CON MULTITRAYECTORIA

En un sistema inalámbrico existe el problema de las trayectorias múltiples que generan ISI y desvanecimiento selectivo.

 La multitrayectoria es un fenómeno de interferencia causado por señales reflejadas en estructuras o superficies reflectoras (desvanecimiento) las cuales, habiendo recorrido mayor distancia que la correcta, inducen errores de recepción.

Estos rayos poseen un retardo y una ganancia ligeramente diferentes.

PREFIJO CÍCLICO          Si bien la modulación OFDM tiene menos

interferencia entre símbolos que los sistemas monoportadores, sigue teniendo algo de interferencia.

Esta se puede evitar usando un prefijo cíclico de longitud igual o mayor que el máximo rango de retardo de canal (en un canal que tenga K tomas entre muestras, en número muestras de guarda del prefijo cíclico ha de ser Ng = K - 1) como se muestra en la Figura 3.

El prefijo cíclico hace que la convolución lineal de la respuesta de impulso del canal y la señal, se transforme en una convolución cíclica.

PREFIJO CÍCLICO

Se utiliza como una especia de banda de guarda para cada símbolo. Consiste en “copiar” la última parte de la señal en tiempo y “pegarla” al comienzo. La duración del prefijo cíclico debe ser como máximo ¼ de la duración de cada símbolo. La ortogonalidad entre portadoras se mantendrá. Si el prefijo cíclico es muy grande produce gran retardo en la señal, pero baja la BER.

VENTAJAS

La técnica de modulación OFDM, comparada con las técnicas de portadora única, tiene las siguientes ventajas: alta eficiencia espectral, simplicidad en la implementación de la FFT, baja

complejidad en la implementación del receptor, utilizado en transmisión a velocidades elevadas en entornos con desvanecimiento multitrayecto,

elevada flexibilidad en la adaptación de enlaces y una reducida complejidad en la implementación de estructuras de acceso

múltiple (OFDMA - Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Una de las principales ventajas de la modulación OFDM con respecto a

emplear una sola portadora es la robustez frente a las diferencias de retardo. La distribución del retardo de canal provoca interferencias entre símbolos que, a su vez, limitan la velocidad de los datos, al elevar el suelo de error. Pero en OFDM la duración de símbolo en cada subportadora es N veces mayor que en los sistemas monoportadora. De ahí procede la robustez del OFDM frente a las diferencias de retardo.

DESVENTAJAS

La técnica de modulación OFDM, comparada con las técnicas de portadora única, tiene las siguientes desventajas: alto PAPR (Peak-to-Average Power Ratio),

alta sensibilidad a errores producidos por pérdida de sincronización ya sea en frecuencia o tiempo.

Resumen La multiplexación es la combinación de dos o más canales, los

cuales pueden ser canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor.

Un canal de información puede ser un canal de voz, un canal de datos o un canal para transportar imágenes. 

El número de canales de voz que pueden ser multiplexado por un simple medio, dependerá del ancho de banda máximo del medio de transmisión. 

Los métodos más comunes de multiplexación son FDM (Frecuencia División Multiplex) y TDM (Time División Multiplex), entre otros.