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Multiplexación y acceso múltiple




Enviado por Pablo Turmero



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    Multiplexación Multiplexación: Proceso a partir del
    cual un número de señales independientes se
    combinan formando una señal apropiada para la
    transmisión sobre un canal común. División
    de Frecuencia: FDM: Asignación de sub-bandas de frecuencia
    División de Tiempo: TDM: Asignaciones de time-slots
    (ranuras de tiempo) División de Espacio: SDM: Asignaciones
    de direcciones espaciales (arreglo de antenas) División de
    Polarización: PDM: Asignación de polarizaciones
    ortogonales para separar señales. División de
    Código: CDM: Asignación de código digital
    para acceso al canal

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    Multiplexación En el proceso de multiplexación, el
    usuario tiene una asignación fija del recurso que se
    está multiplexando. La clave está en que todas las
    señales compartan el recurso de comunicación sin
    producir interferencia mutua entre los diferentes canales.

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    El ancho de banda útil del medio supera el ancho de banda
    requerido del canal. Cada señal se modula con una
    frecuencia portadora diferente. Ejemplo: la radio convencional.
    Asignación de canal, incluso si no hay datos.

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    FDM – Multiplexación por división de
    Frecuencias Se asume que los mensajes entrantes son pasabajos. La
    señal entrante ingresa a través de un filtro
    pasabajos para remover las componentes de alta frecuencia que no
    contribuyen significativamente en la representación de la
    señal pero podrían producir superposición
    entre canales adyacentes cuando comparten el mismo medio. La
    señal filtrada se aplica a diferentes moduladores que
    desplazan los rangos de frecuencia ocupando intervalos mutuamente
    excluyentes. Las diferentes portadoras son obtenidas de una
    fuente de portadora

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    FDM – Multiplexación por división de
    Frecuencias

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    FDM – Multiplexación por división de
    Frecuencias

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    FDM – Multiplexación por división de
    Frecuencias El método más ampliamente utilizado
    para la obtención de la señal desplazada en
    frecuencia es banda lateral única (SSB) Los filtros
    pasabanda que siguen a los moduladores son utilizados para
    restringir la banda lateral a un rango predeterminado La salida
    de los filtros pasabanda se combina en paralelo de forma que se
    obtiene una señal única de un ancho de banda
    determinado

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    FDM – Multiplexación por división de
    Frecuencias A la entrada del receptor, se ubica un banco de
    filtros pasabanda iguales a los de salida del transmisor
    conectados en paralelo, se utilizan para separar, las
    señales correspondientes a cada una de las bandas. Las
    señales mensaje originales son demoduladas de acuerdo a la
    portadora en correspondencia con el filtro de entrada. El
    modulador funciona en una única dirección. Para que
    transmita en ambas direcciones, es necesario duplicar el bloque y
    conectarlo en orden inverso

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    FDM – Implementación Sistema de modulación con
    portadora analógica diseñado por AT&T como
    jerarquía de esquema FDM El primer multiplexor combina 12
    entradas de voz en un Grupo Básico con portadoras ubicadas
    en fc = 64 + 4nKHz, n = 1,2,…12, ocupando una banda de
    frecuencias ubicadas entre 60 kHz y 108 kHz. La siguiente
    jerarquía agrupa 5 grupos de los anteriores formando un
    Supergrupo, modulando cada uno de los grupos en fc = 372 +
    48nKHz, n = 1, 2,..5 ocupando la banda de 312 kHz a 552 kHz. En
    un supergrupo se logran acomodar 60 canales de voz
    independientes, transmitiendo en forma simultánea.

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    FDM – Implementación Grupo: 12 canales de voz (con 4 kHz
    cada uno) = 48 kHz Espectro: 60 kHz hasta 108 kHz Supergrupo: 60
    canales de voz. FDM de 5 señales de grupo con portadoras
    de entre 420 kHz y 612 kHz Grupo maestro: 10 supergrupos.

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    COMUNICACIONES SATELITALES En sistemas de comunicaciones
    satelitales geoestacionarios, una señal mensaje es
    transmitida desde una estación terrestre vía un
    enlace de subida (uplink) al satélite, amplificado en un
    transponder dentro del satélite y luego retransmitido
    desde el satélite vía un enlace de bajada
    (downlink) a otra estación terrestre.

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    COMUNICACIONES SATELITALES La banda de frecuencia más
    común para comunicaciones satelitales es la que se
    denomina Banda C ubicada en 6 GHz para el enlace uplink y 4 GHz
    para el enlace downlink. La ulitilización de estas bandas
    de frecuencia ofrecen las siguientes ventajas Equipamiento de
    microondas de bajo costo relativo. Baja atenuación debido
    a la lluvia (causa principal de la degradación de
    señal). Ruido insignificante debido a emisiones de fuentes
    galácticas, solares y terrestres (sky background noise),
    alcanza los niveles más bajos entre 1 a 10 GHz.

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    COMUNICACIONES SATELITALES Las comunicaciones satelitales
    operando en Banda C están limitadas, debido a que en dicha
    banda coincide con aquellas utilizadas para sistemas de
    microondas. Este problema se eliminó con la ¨segunda
    generación¨ de enlaces satelitales que operan en la
    Banda Ku, funcionan en 14/12 GHz. La utilización de dichas
    frecuencias, permite la construcción de antenas de menor
    diámetro y precio.

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    COMUNICACIONES SATELITALES Componentes básicos de un
    transponder de un satélite de comunicaciones típico
    La salida de la antena receptora del uplink es aplicada a la
    conexión en cascada de los siguientes componentes Filtro
    pasabanda: Separar la señal recibida de diferentes canales
    de radio Amplificador de bajo ruido Convertidor a baja
    frecuencia: Convierte la señal recibida (RF) a la
    frecuencia de bajada Tubo amplificador de onda viajera
    (Travelling-wave tube): Provee alta ganancia sobre una amplia
    gama de frecuencias

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    COMUNICACIONES SATELITALES Travelling-wave Tube: Las
    señales electromagnéticas viajan en forma de
    helicoide dentro de un tubo mientras un haz de electrones de alto
    voltaje viajan de forma helicoidal a una velocidad cercana a la
    onda de señal. El resultado es la transferencia de
    potencia desde los electrones a la onda, que crece
    rápidamente a medida que la señal viaja a
    través del tubo. La configuración del canal utiliza
    una única traslación de frecuencia. Hay algunas
    configuraciones utilizan una doble conversión de
    frecuencia (frecuencia intermedia).

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    COMUNICACIONES SATELITALES El retardo de propagación es
    grande debido a las grandes distancias involucradas. Delay
    señales de voz (270 mseg) Las señales de voz,
    tienen un eco que se escucha hacia atrás en el extremo
    transmisor con un retardo satelital de 540 mseg. Este problema se
    puede solucionar utilizando un cancelador de eco (elimina el eco
    por la vía de retorno de señal, con filtro especial
    que se adapta a las características del canal). El canal
    satelital se considera afectado por ruido blanco gaussiano
    aditivo tanto para el canal uplink como al downlink.

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING El transponder difiere de
    un repetidor convencional de microondas en el punto que muchas
    estaciones satelitales ubicadas en dentro de una zona amplia de
    la tierra pueden tener acceso al transponder, al mismo tiempo. El
    propósito del acceso múltiple es permitir que los
    recursos de comunicación puedan ser compartidos por un
    gran número de usuarios manteniendo la comunicación
    con otros. Por razones obvias, es deseable que al compartir los
    recursos satelitales no cause interferencia con otros
    canales.

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING Podemos identificar 4
    tipos básicos de acceso múltiple: FDMA:
    Frequency-Division Multiple Access: Se pueden alojar diferentes
    usuarios en bandas de frecuencias disjuntas durante todo el
    tiempo. Para reducir la interferencia entre usuarios de canal
    adyacentes se dejan bandas de guarda que actúan como
    bandas sin uso. Estas bandas son necesarias dada la imposibilidad
    de construir filtros ideales para la separación de los
    canales. Reconociendo que la no-linealidad del transponder es la
    causa principal de interferencia entre usuarios, el tubo
    amplificador de onda viajera es apropiadamente operado por debajo
    de su capacidad. Consecuentemente la eficiencia de potencia de la
    técnica FDMA es reducida debido margen de potencia
    necesario para que funcione sin saturar.

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING TDMA : Time Division
    Multiple Access. Cada usuario ubica sus datos en todo el ancho
    espectral del transponder satelital, pero sólo durante un
    tiempo corto denominado time slot. Las zonas de guarda (tiempos
    de guarda) están insertados entre las ranuras de tiempo
    asignada para datos. Esta ubicación se utiliza para
    reducir la interferencia entre los usuarios , permitiendo que
    durante estos tiempos sin transmisión puedan ubicarse las
    imperfecciones en el sistema, en especial en los tiempos de
    sincronismo. Una ventaja de TDMA sobre FDMA es que se puede
    utilizar muy cercano a la máxima eficiencia de potencia,
    permitiendo que el tubo de amplificación de onda viajera
    trabaje en saturación.

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING

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    SDMA: Space –Division Multiple Access:Se refiere a la
    explotación de la separación física de las
    estaciones satelitales terrestres. Antenas que pueden emitir en
    múltiples aperturas se utilizan para separar
    señales de radio apuntando a diferentes direcciones. Esto
    es posible debido a los conmutadores integrados diseñados
    para seleccionar la apertura apropiada de antena para transmitir.
    Entronces diferentes estaciones terestres son habilitadas para
    acceder al transponder simultáneamente en la misma
    frecuencia ó en el mismo time slot. ACCESO
    MÚLITIPLE Y BROADCASTING

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING CDMA: Code Division
    Multiple Access: Es una combinación híbrida de TDSM
    y FDMA que representa una forma específica de CDMA.
    Específicamente los saltos de frecuencia pueden ser
    empleados para asegurar que mientras dure cada ranura de tiempo,
    las bandas de frecuencia asignadas a los usuarios sean
    reordenadas de manera aleatoria (PN: Pseudo Noise Sequence). Las
    comunicaciones son mucho más seguras y difíciles de
    interceptar

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    ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING Todos estos accesos
    múltiples comparten una característica en
    común: alojar los recursos de comunicación en el
    satélite a través de la ultilización de
    discontinuidades (ortogonalidad), en tiempo, frecuencia, ó
    espacio. Broadcasting: Es una característica distintiva de
    enlaces satelitales, alta potencia de transmisión para
    receptores baratos. Esta característica es explotada para
    el uso de servicios de televisión hogareños, con
    satélites de broadcast directo (DBS) Ofrecen cobertura
    sobre amplias zonas terrestres.

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    TDM – Multiplexación por División de Tiempo
    La velocidad de transmisión por el medio excede la
    velocidad de las señales digitales a transmitir. Mezcla
    temporal de varias señales digitales. El proceso de mezcla
    puede ser a nivel de bits o en bloques de octetos. Las ranuras
    temporales se preasignan y fijan a las distintas fuentes. Las
    ranuras temporales se asignan, incluso, si no hay datos. Las
    ranuras temporales no se tienen que distribuir de manera
    igualitaria entre las fuentes.

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    TDM – Multiplexación por División de Tiempo
    TDM: Habilita la utilización conjunta por una pluralidad
    de fuentes de mensaje independientes de un canal de
    comunicación común sin interferencia mutua. Cada
    uno de los mensajes es restringido en ancho de banda por un
    filtro pasabajos antialiasing para remover las frecuencias que no
    son esenciales para una representación adecuada de la
    señal. Las señales filtradas ingresan a un
    conmutador, (circuitería electrónica de
    conmutación)

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    TDM – Multiplexación por División de
    Tiempo

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    TDM – Multiplexación por División de Tiempo
    El conmutador tiene dos funciones: Tomar una muestra delgada de
    cada uno de los N mensajes de entrada a una tasa fs, que es un
    poco mayor que 2W , con W: Ancho de banda del filtro
    antialiasing. Intercalar secuencialmente las N muestras dentro
    del intervalo Ts. Esta es la esencia de la operación de
    multiplexación TDM. La señal multiplexada es
    aplicada a un modulador de pulsos, el propósito es
    transformar la señal multiplexada en una forma adecuada
    para la transmisión sobre un canal común. Se
    introduce un factor de expansión de ancho de banda de
    factor N, porque el esquema acomoda N señales derivadas de
    N fuentes de señal diferentes en ranuras de tiempo igual a
    un intervalo de muestreo

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    TDM – Multiplexación por División de
    Tiempo

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    TDM – Multiplexación por División de Tiempo
    En el receptor la señal recibida, es aplicada a un
    demodulador de pulsos, que realiza la operación inversa al
    modulador. Las delgadas muestras obtenidas del demodulador son
    distribuidas a los filtros de reconstrucción pasabajos
    correspondientes por un deconmutador, que opera en sincronismo
    con el conmutador del transmisor. La sincronización es
    esencial para una operación satisfactoria del sistema. La
    forma que esta sincronización tiene lugar, depende del
    método de modulación de los pulsos utilizados para
    transmitir la secuencia de muestras multiplexadas.

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    Sincronización Un procedimiento posible para sincronizar
    los tiempos de Tx y Rx es setear un código ó pulso
    al final de una trama (palabra código extraída de
    uno de las fuentes de señal independientes) y transmitir
    dicho pulso sobre todas las tramas El Rx incluirá un
    circuito que buscará el arreglo de 0s y 1s a la mitad de
    la velocidad de trama y establecerá la
    sincronización entre el transmisor y el receptor. Cuando
    la comunicación entre Tx y Rx se interrumpe, es muy
    posible que los clocks de ambos continúen indicando el
    mismo tiempo por largo tiempo. La puesta en marcha del proceso de
    sincronismo consiste en observar los códigos, uno por uno
    hasta que encuentra el pulso de sincronización.

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    Control de enlace en TDM

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    Sincronización – Delimitación de tramas No se
    especifican los indicadores o caracteres SYNC para delimitar las
    tramas TDM. Es necesario un método para asegurar la
    sincronización de las tramas. Delimitación por
    dígitos añadidos: Un bit de control en cada trama
    TDM: Se parece a otro canal tal como el “canal de
    control”. Se usa una combinación predefinida de bits
    a modo de canal de control. Ejemplo: bits alternantes
    01010101…,que resultan poco probable en un canal de datos.
    El receptor compara los bits de entrada en una determinada
    posición con el patrón sync.

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    Sincronización – Inserción de bits
    Problema:sincronización de las fuentes de datos.
    Variación en los relojes de las fuentes. Velocidades de
    datos no relacionadas por un número racional simple.
    Solución: Inserción de bits. La velocidad de salida
    del multiplexor (excluyendo los bits de delimitación) es
    mayor que la suma de las velocidades de entrada. Inclusión
    de pulsos o bits adicionales en cada señal de entrada
    hasta que se ajuste al reloj local. Inclusión de pulsos en
    posiciones fijas dentro de la trama y eliminados en el
    multiplexador.

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    TDM para fuentes AAG y DIG

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    Sincronización La puesta en marcha del proceso de
    sincronismo consiste en observar los códigos, uno por uno
    hasta que encuentra el pulso de sincronización.

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