Tema 5: Multiplexación
Índice
Introducción Multiplexación por división en frecuencias (FDM)
WDM (Wavele (Wavelength ngth Divisi Division on Multip Multiplex lexing ing))
Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM) Multiplexación por división en el tiempo estadística Ejemplos de tecnologías (Bluetooth, ADSL, GSM)
Medios de Transmisión
1
2
Introducción
Dos estaciones no utilizan al máximo la capacidad total del enlace Î Compartir la capacidad para mejorar la eficiencia Î Multiplexación. Normalmente se aplica a las comunicaciones de larga distancia, sobre coaxial, fibra óptica, ….
Se pueden transportar varias transmisiones de voz y datos sobre el mismo canal, usando la multiplexación. MUX MUX
n entradas
1 enlace, n canales
DEMUX DEMUX
n salidas
Medios de Transmisión
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FDM
Multiplexación por división en frecuencias Se utiliza cuando el ancho de banda útil del medio > el ancho de banda de las señales a transmitir. Se pueden transmitir varias señales simultáneamente:
Cada señal se modula con una portadora diferente. Los anchos de banda de las señales no se solapan (demasiado). Canal: ancho de banda + portadora
Frecuencia B
Señal 1 Señal 2 Señal 3 Medios de Transmisión
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Bandas de guarda Tiempo 4
FDM (ii) A 0
Frecuencia
W
B 0
Frecuencia
W
C 0
Frecuencia
W
A
B
C
Señal FDM
Medios de Transmisión
Frecuencia 5
FDM (iii)
La señal final transmitida es analógica. Las señales de entrada pueden ser digitales Î Modem para conversión analógica. La señal de entrada analógica se debe modular para trasladarla a la banda de frecuencia apropiada. B … Í
f1 B1
Î
Í
f2 B2
Î
Medios de Transmisión
3
Í
fn Bn
Î
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FDM (iv)
Transmisor FDM
m1(t)
Modulador Modulador Subpor Sub portad tadora oraf1f1 Subpor Sub portad tadora ora
m2(t)
Modulador Modulador Subpor Sub portad tadora oraf2f2 Subpor Sub portad tadora ora
ΣΣ
. . . mn(t)
mb(t)
Transmisor Transmisor
s(t)
Modulador Modulador Sub Subpor portad tadora orafnfn Subpor Subportad tadora ora Medios de Transmisión
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FDM (v)
Receptor FDM mb(t)
s(t)
Receptor Receptor
Filtropasa pasabanda banda Filtro f1 f1
Demodulador Demodulador f1f1
m1(t)
Filtropasa pasabanda banda Filtro f2f2
Demodulador Demodulador f2f2
m2(t)
. . .
. . .
Filtropasa pasabanda banda Filtro fn fn
Demodulador Demodulador fnfn
Medios de Transmisión
4
mn(t)
8
FDM (vi)
Medios de Transmisión
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FDM (vii)
Ejemplo: jerarquía FDM para sistemas de transmisión a distintas capacidades. Canales de voz 12
Ancho de banda 48 kHz
Espectro
Nombre
60-108 kHz
Grupo
60
240 kHz
312-552 kHz
Supergrupo
600
2.52 MHz
564-3084 kHz
Grupo maestro
3600
16984 MHz
564-17548 MHz
10800
57442 MHz
3124-60566 MHz
Grupo jumbo Grupo jumbo multiplexado
Medios de Transmisión
5
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WDM
Wavelength Division Multiplexing Múltiples haces de luz, a diferentes frecuencias, transportados mediante fibra óptica. No es más que una forma de FDM. Cada color de luz (longitud de onda) transporta un canal de datos separado. En 1997, los laboratorios de Bell:
100 haces de luz, cada uno a 10 Gbps Î 1 terabit por segundo (Tbps)
Hoy en día, hay sistemas comerciales de 160 canales a 10 Gbps Alcatel tiene prototipos de 256 canales a 39.8 Gbps Î 10.1 Tbps (distancias de 100 km). Medios de Transmisión
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WDM (ii)
Funcionamiento:
Arquitectura general similar a FDM. Un conjunto de fuentes generan haces láser a diferentes frecuencias. El multiplexador combina las fuentes para su transmisión sobre una única fibra. Los amplificadores ópticos amplifican todas las longitudes de onda
Típicamente situados a decenas de kilómetros.
El demultiplexor separa los canales en recepción Rangos de longitudes de onda de 1550 nm. Medios de Transmisión
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TDM
Multiplexación por división en el tiempo síncrona. Velocidad de transmisión del medio > velocidad de las señales digitales a transmitir. La mezcla se puede hacer a nivel de bit o byte. Los datos se organizan en tramas.
Cada trama se divide en ranuras temporales. Una o más ranuras son usadas por una señal Î Varias velocidades. Canal = conjunto de ranuras usadas por una señal. La longitud de la ranura suele ser la unidad de división (bit o byte). Medios de Transmisión
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TDM (ii)
Síncrona: las ranuras temporales se preasignan y fijan a las fuentes:
Se transmiten las ranuras con o sin datos Î Desaprovechamiento de la capacidad del enlace (= FDM). Intervalos de sincronización
Frecuencia B
Señal 1
Señal 2
Señal 3
Señal 1
Tiempo Una trama Medios de Transmisión
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TDM (iii)
Transmisor TDM
m1(t)
Memoria Memoria temporal temporal
m2(t)
Memoria Memoria temporal temporal
Sondeo Sondeo
. . . mn(t)
mc(t)
Modem Modem
s(t)
Memoria Memoria temporal temporal Medios de Transmisión
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TDM (iv)
Receptor TDM
s(t)
Modem Modem
mc(t)
Sondeo Sondeo
Memoria Memoria temporal temporal
m1(t)
Memoria Memoria temporal temporal
m2(t)
. . . Memoria Memoria temporal temporal
Medios de Transmisión
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mn(t)
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TDM (v)
TDM no necesita un protocolo de control de enlace (control de flujo y errores) Î No necesita cabeceras o colas.
Control de flujo:
Cada fuente lo debe realizar independientemente.
La velocidad de transferencia de la línea multiplexada es fija. Si un receptor no puede recibir datos, el resto pueden continuar. Una fuente puede no transmitir datos Î Dejará celdas vacías.
Control de errores: gestionado por el sistema de cada canal, independientemente. Delimitación de tramas: mecanismo de sincronización de tramas TDM.
Delimitación por dígitos añadidos: se incluyen unos bits de control en cada trama TDM.
El receptor identifica los bits de control para sincronizarse y recibir correctamente las tramas.
Medios de Transmisión
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TDM (vi)
Control del enlace de datos con TDM
Medios de Transmisión
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TDM (vii)
No hay indicadores o caracteres SYNC, para delimitar las tramas TDM Î Otros métodos para la sincronización Solución: delimitación por dígitos añadidos
Se añade un bit de control en cada trama TDM: se comporta como otro canal Î Canal de control. Se utiliza un patrón de bits identificable en el canal de control. Por ejemplo, ceros y unos alternados (01010101), que es poco probable que aparezcan en un canal de datos. Para sincronizarse, el receptor compara los bits de entrada con el patrón esperado. Cuando se encuentra, se comprueba que persista a lo largo de varias tramas.
Medios de Transmisión
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TDM (viii)
Sincronización de las tramas TDM:
Relojes independientes en las fuentes. La velocidad de datos no es múltiplo de la velocidad de trama básica.
Solución: inserción de bits.
La velocidad de salida del multiplexor es mayor que las velocidades de entrada máximas Î Se usa esa capacidad extra para incluir algunos bits adicionales. Se incluyen bits adicionales sin significado hasta alcanzar el máximo. Estos bits son identificados por el receptor y eliminados. Medios de Transmisión
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TDM (ix)
Ejemplos de redes que utilizan TDM:
RDSI SONET/SDH
Medios de Transmisión
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TDM: RDSI
RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) se basa en TDM.
Permite a un usuario multiplexar tráfico de varios dispositivos en una misma línea RDSI.
Se definen dos interfaces: acceso básico y acceso primario.
Acceso básico: 192 kbps. Acceso primario: 1544 Mbps o 2048 Mbps Medios de Transmisión
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TDM: RDSI básico Conexión abonado – equipo terminal full-duplex.
Línea física independiente para cada sentido.
Dos canales B de 64 kbps + canal D 16 kbps = 144 kpbs, multiplexados sobre una interfaz usuario-red de 192 kbps.
Hasta 192 kbps Î delimitación y sincronización.
Canal B: canal básico de usuario
Transmisión de datos digitales Voz digital codificada PCM Cualquier tráfico que quepa en 64 kbps Soporta conexiones lógicas independientes para cada canal B, hacia distintos destinos.
Canal D:
Transmisión de datos a una velocidad inferior. Información de control para establecer y cerrar conexiones del canal B.
Medios de Transmisión
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TDM: RDSI básico (ii)
Longitud de trama: 48 bits. A 192 kbps Î Cada 250µs se repite una trama. Estructura de las tramas desde el abonado (TE) a la red (NT):
FL
B1
L D L F A L
LDL
B1
LDL
B2
LDL
Estructura de las tramas desde la red (NT) al abonado (TE): Í
FL
B2
B1
E D AF A N
8 bits
B2
Î
E DM
B1
Medios de Transmisión
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EDS
B2
EDL 24
TDM: RDSI básico (iii)
Trama de TE a NT:
F: Bit de delimitación (pulso positivo) L: Bit de compensación DC (pulso negativo)
Combinación FL: sincronización del receptor y principio de trama.
B1: Primer canal B (8 bits) D: canal D (1 bit) F A: delimitación auxiliar B2: Segundo canal B (8 bits) Medios de Transmisión
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TDM: RDSI básico (iv)
Trama de NT a TE :
E: bit de eco del canal D (retransmisión por parte del NT de los bits D más recientes recibidos). A: bit de activación, para activar o desactivar el TE, para pasar a bajo consumo cuando no haya actividad. N: bit inverso de F A. M: bit de multidelimitación. S: reservado para usos futuros. Medios de Transmisión
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TDM: RDSI básico (v)
Dos tipos de tráfico:
Tráfico de canal B: no requiere funcionalidad adicional, cada canal está asociado a un dispositivo. Tráfico de canal D: disponible para todos los dispositivos del abonado (control o datos) Î Utiliza un algoritmo de resolución de contención para compartir el canal.
El bit E se utiliza para este propósito: un dispositivo puede comprobar si se está usando el canal D, al analizar el eco. Medios de Transmisión
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TDM: RDSI primario
Configuración punto a punto Î Utilización de un dispositivo concentrador para un servicio TDM síncrono. RDSI primario a 1.544 Mbps:
Trama de 193 bits. Tramas cada 125 µs. 24 ranuras temporales de 8 bits + 1 bit de delimitación (sincronización y gestión). Cada canal soporta 64 kbps. Normalmente: 23 canales B + 1 canal D a 64 kbps. Medios de Transmisión
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TDM: RDSI primario (ii)
RDSI primario a 2.048 Mbps:
Tramas de 256 bits. Tramas cada 125 µs. 32 ranuras temporales de 8 bits. Primera ranura: delimitación y sincronización. 30 canales B + canal D a 64 kbps.
Medios de Transmisión
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TDM: SONET/SDH
SONET (Synchronous Optical Network):
SDH (Synchronous Digital Hierarchy):
Interfaz de transmisión óptica Propuesto por BellCore y normalizada por ANSI. Compatible con SONET. Propuesta por la ITU-T.
Pensado para la multiplexación de datos digitales a través de fibra óptica. Medios de Transmisión
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TDM: SONET/SDH (ii)
Jerarquía de velocidades normalizadas: Nombre SONET
Velocidad (Mbps)
STS-1
51.84
Velocidad de información útil (Mbps) 50.112
STS-3
155.52
150.336
STS-9
466.56
451.008
STS-12
622.08
601.344
STS-18
933.12
902.016
STS-24
1244.16
1202.688
STS-36
1866.24
1804.032
STS-48
2488.32
2405.376
STS-96
4876.64
4810.752
Medios de Transmisión
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TDM: SONET/SDH (iii)
Bloque básico: STS-1.
Velocidad: 51.84 Mbps.
Tamaño trama: 810 bytes. Repetición trama cada 125 µs Î 51.84 Mbps. Trama = matriz de 9 filas de 90 bytes. Información supletoria de transporte (3 columnas)
Información supletoria de sección (3 filas)
Información supletoria de línea (6 filas)
9 filas
90 bytes
Información supletoria de ruta Medios de Transmisión
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TDM: Bluetooth
En 1994, Ericsson estaba interesada en conectar sus móviles con otros dispositivos (p.e. PDAs) sin cables. Junto con IBM, Intel, Nokia y Toshiba formaron un SIG (Special Interest Group) para llevar a cabo el proyecto Bluetooth:
Inicialmente, eliminar los cables entre los dispositivos, pero se expandió hacia las LANs inalámbricas.
Conflicto con 802.11
En julio de 1999, el SIG de Bluetooth sacó una especificación.
Desarrollar un estándar inalámbrico para interconectar ordenadores y dispositivos de comunicación. Utilizando radios baratas, de baja potencia y de poca amplitud.
Especificación completa, desde capa de aplicación a capa física.
Poco tiempo después, el IEEE empezó a trabajar en el estándar IEEE 802.15, siguiendo como base la especificación de Bluetooth.
Se centra en las capas físicas y de enlace.
Medios de Transmisión
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TDM: Arquitectura Bluetooth
Piconet: nodo maestro y hasta siete nodos esclavos (máx 10 m). Pueden coexistir varias piconets en el mismo espacio. Posibilidad de conectar varias piconets, mediante un nodo puente Î scatternet.
Medios de Transmisión
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TDM: Arquitectura Bluetooth
Piconet: modelo maestro-esclavo.
Máximo 7 nodos activos, y hasta 255 nodos “aparcados”. Nodo aparcado: estado de bajo consumo.
Sólo puede responder al maestro.
Es un sistema TDM centralizado:
El maestro controla el reloj Determina qué dispositivos se pueden comunicar en cada slot. Todas las comunicaciones son a través del maestro, nunca esclavo-esclavo.
Medios de Transmisión
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TDM: Aplicaciones Bluetooth
Únicas dos aplicaciones obligatorias en los dispositivos Bluetooth: acceso genérico y descubrimiento de servicios. Acceso genérico: base para la construcción de aplicaciones reales.
Descubrimiento de servicios: permite a los dispositivos descubrir los servicios que ofrecen otros dispositivos. Puerto serie: protocolo de transporte que emula una línea serie.
Mecanismo para establecer y mantener enlaces seguros (canales) entre el maestro y los esclavos.
Útil para aplicaciones que esperan una línea serie para comunicarse. Utilizado por la mayoría de las aplicaciones superiores.
Intercambio genérico de objeto: relación cliente-servidor para intercambiar datos.
Base para otras aplicaciones.
Medios de Transmisión
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TDM: Aplicaciones Bluetooth
Aplicaciones de red:
Acceso a LAN: permite conectar un dispositivo Bluetooth a una red fija (compite con IEEE 802.11). Acceso telefónico: permite conectar un ordenador (p.e. notebook) con un móvil para definir un modem sin cables.
Motivación original de todo el proyecto.
Fax: permite a un fax inalámbrico enviar y recibir, a través de un teléfono móvil. Medios de Transmisión
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TDM: Aplicaciones Bluetooth
Aplicaciones para telefonía:
Telefonía inalámbrica: permite conectar un teléfono inalámbrico a una estación base.
Futuro: teléfonos móviles e inalámbricos pueden converger.
Intercom: dos teléfonos pueden operar como walkietalkies. Manos-libres: comunicación entre el móvil y la estación base.
Aplicaciones de intercambio de datos:
Object push: intercambiar objetos sencillos. Transferencia de ficheros: facilidad para transferencia genérica de ficheros. Sincronización: p.e. PDA-ordenador. Medios de Transmisión
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TDM: Pila de protocolos de Bluetooth
No sigue el modelo OSI ni TCP/IP, ni ningún otro modelo Î Intento en IEEE 802.15 para adaptarlo.
Medios de Transmisión
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TDM: Bluetooth – Capa de radio
Mueve bits desde el maestro al esclavo y viceversa. Sistema de baja potencia, operando en la banda de 2.4 GHz, en un rango de 10 m.
La banda se divide en 79 canales a 1 MHz cada uno. Modulación por FSK (Frequency-Shift Keying): aproximadamente 1 Mbps. Espectro expandido por salto en frecuencia: 1600 saltos/seg, con 625 µsegs por salto.
Problema: interferencia con 802.11, al usar la misma banda de frecuencias (no se requiere licencia). Medios de Transmisión
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TDM: Bluetooth – Capa de Bandabase
Define el concepto de trama. El maestro define ranuras de tiempo de 625 µsegs.
Las tramas pueden ser de 1, 3 o 5 ranuras.
El maestro utiliza las ranuras pares, y los esclavos comparten las impares Î TDM. Tramas de una ranura: 126 bits para cabeceras + 240 bits para datos. Tramas de 5 ranuras: 2781 bits para datos.
Cada trama se transmite sobre un canal lógico (enlace). Dos tipos de enlaces: ACL y SCO
ACL (Asynchronous Connection-Less): utilizado para conmutación de paquetes a intervalos irregulares. Modelo “best-effort” Î No hay fiabilidad. SCO (Synchronous Connection Oriented): reserva una ranura en cada dirección Î Válido para datos en tiempo real (p.e. telefonía). Medios de Transmisión
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TDM: Bluetooth – Capa L2CAP
Logical Link Control Adaptation Protocol Tres funciones básicas:
Aceptar paquetes hasta 64 KB de las capas superiores y dividirlos en tramas para su transmisión. En el otro extremo son reensambladas. Gestionar la multiplexación y demultiplexación de varias fuentes de paquetes. Gestionar los requerimientos de QoS, para el establecimiento de los enlaces, y durante la operación.
Medios de Transmisión
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TDM: Trama Bluetooth Código de acceso (72 b) Dirección (3)
Cabecera (54 bits)
Datos (0-2744 bits)
Tipo (4) F A S Checksum (8)
Dirección: identifica uno de los 8 dispositivos de la piconet. Tipo: tipo de trama (ACL, SCO, …) Flow: buffer lleno (control de flujo muy básico). Acknowledgement: Sequence: numerar tramas (parada y espera Î 1 bit es suficiente). Checksum: Esta cabecera de 18 bits, se repite 3 veces Î Fiabilidad en un entorno ruidoso, utilizando dispositivos baratos, de baja potencia y poca capacidad de cómputo. Medios de Transmisión
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TDM estadística
En TDM síncrona es posible (y probable) que se desaprovechen múltiples ranuras temporales en una trama. Multiplexación por división en el tiempo estadística: reserva dinámica bajo demanda de las ranuras temporales. Multiplexor estadístico:
Dispone de n líneas de entrada y n líneas de salida. Línea de alta capacidad, pero con k canales (en lugar de n como en TDM síncrona): k < n. Cada línea de entrada tiene asociada una memoria temporal. Se sondean los buffers hasta completar una ranura temporal.
Demultiplexor estadístico:
Recibe la trama Distribuye las ranuras temporales a las memorias temporales de salida correspondientes. Medios de Transmisión
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TDM estadística (ii)
La velocidad de la línea multiplexada < Suma de las velocidades de las entradas. Si hay n entradas, un multiplexor estadístico necesita menor velocidad que uno síncrono. Si hay un enlace a velocidad X kbps, un multiplexor estadístico puede dar servicio a más dispositivos. Las ranuras no están pre-asignadas Î Se necesita información de direccionamiento Î Se envía más información supletoria/ranura. Medios de Transmisión
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TDM estadística (iii)
4 fuentes: A, B, C y D. En t0:
A quiere enviar 2 bytes (A1 y A2). B quiere enviar 2 bytes (B1 y B2). C y D no quieren enviar nada. Primer ciclo
TDM síncrona
A1
B1
C
D
A2
B2
C
D
Primer ciclo
TDM estadística
A1
B1
A2
B2
Medios de Transmisión
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TDM estadística (iv)
Estructura de la trama:
Minimizar el número de bits supletorios Mejorar la eficiencia. Para cada canal: dirección + longitud
Î
Dirección: se suele reducir mediante el uso de direcciones relativas a la anterior. Longitud: por ejemplo, con 2 bits
00, 01 ó 10: Datos con 1, 2 o 3 bytes. 11: se incluye un campo de longitud.
Medios de Transmisión
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TDM estadística (v)
Medios de Transmisión
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TDM estadística (vi)
Salida del multiplexor estadístico < Suma de las velocidades de entrada
Se asume que la cantidad media de entrada es menor que la capacidad de la línea.
Puede haber picos en donde la entrada supere a la línea Î Aumento de la memoria temporal, para almacenar el exceso de datos de entrada.
Compromiso entre memoria temporal y velocidad de la línea. Medios de Transmisión
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TDM estadística (vii)
Medios de Transmisión
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CDMA
Acceso Múltiple por División de Código (CodeDivision Multiple Access) La transmisión de las distintas estaciones ocupa la banda de frecuencias completa y simultáneamente en el tiempo. Las transmisiones se separan mediante el uso de un código diferente para cada estación. Los receptores usan estos códigos para recuperar la señal de la estación deseada. Similar a la técnica de espectro expandido. Medios de Transmisión
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CDMA (ii)
La información se genera a R bits/seg. Se genera una secuencia pseudo-aleatoria de G bits. Cada bit de información (entre +1 y -1) se transforma en G bits, multiplicando por G valores (entre +1 y -1). La secuencia final se modula y se transmite a través del medio. El factor de expansión G, se selecciona de modo que la señal transmitida ocupe todo el ancho de banda del medio Î Se transmite en toda la banda y durante todo el tiempo. Medios de Transmisión
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CDMA (iii) EMISIÓN
T bps >> R bps
Información binaria (R bps)
Modulación
Secuencia pseudoaleatoria (G bits)
Antena de radio
Señal + interferencia residual
RECEPCIÓN
Información binaria Antena de radio
Demodulación
Secuencia pseudoaleatoria Medios de Transmisión
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CDMA (iv)
Las señales de múltiples emisores ocupan la misma banda de frecuencia. El receptor distingue a un emisor concreto mediante las secuencias de expansión.
Las señales de otras estaciones aparecerán como ruido residual.
Ocasionalmente, la correlación del receptor puede ser incorrecta Î Usar CRC.
Las tasas de errores son bajas si el ruido residual está por debajo de un umbral Î Límite al número de emisores activos. Medios de Transmisión
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CDMA (v)
Se requiere que todas señales tengan aproximadamente la misma potencia en recepción. Sino, una señal más potente de una estación cercana podría predominar sobre la señal emisora de una estación lejana Î Problema cerca-lejos.
Usan un mecanismo de control dinámico de la potencia de transmisión. Medios de Transmisión
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CDMA (vi)
Relación entre el número de usuarios y la interferencia residual:
Más usuarios Î Más interferencias en el receptor Î Más tasa de errores por bit. Flexibilidad para diferentes tipos de tráfico: voz (posible mayor tasa de errores) y datos (mayor corrección errores). Código 1
Código 2
Frecuencia B Tiempo Medios de Transmisión
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ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line Surge para aprovechar el par trenzado de las redes telefónicas ya instalado:
Pensado para señales de voz de 0-4kHz. Válido para señales con un espectro de 1 Mhz. Distancias del orden 5.5 km.
Tecnología modem para transmitir datos digitales a alta velocidad a través de cable telefónico convencional.
Asimetría: mayor capacidad de transmisión en el enlace descendente que en el ascendente. Medios de Transmisión
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ADSL (ii)
Ampliamente utilizado para acceso a Internet de alta velocidad:
Transmisiones cortas: escribir un correo, solicitar una página Web. Tráfico de entrada elevado: páginas Web, imágenes, vídeos, audio, …
Basado en FDM y DMT (Discrete Multitone Technology) como tecnología subyacente. Medios de Transmisión
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ADSL (iii)
Los 25 kHz inferiores reservados para voz (POST: Plain Old Telephone Service).
Utiliza cancelación de eco o FDM para:
La voz se transmite en banda 0-4 kHz. El resto para evitar la diafonía. Banda ascendente Banda descendente (a frecuencia más elevada)
Usa FDM en cada banda: una secuencia de bits se divide en secuencias paralelas, que serán transmitidas en frecuencias distintas. Medios de Transmisión
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ADSL (iv) POTS
Enlace ascendente
Enlace descendente 0 20 25
200 250
1000 kHz
FDM Medios de Transmisión
30
60
ADSL (v) POTS
Enlace ascendente
Enlace descendente 0 20 25
1000 kHz
Variable
Cancelación de eco Medios de Transmisión
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ADSL (vi)
DMT: Técnica de Multitono Discreto
Se usan varias señales portadoras a diferentes frecuencias Î Se envían algunos bits por cada canal. El ancho de banda disponible se divide en canales de 4 kHz. Inicialmente, se determina la relación señal-ruido asociada a cada canal Î Se asignan más bits a los mejores canales. Cada subcanal puede transportar entre 0 y 60 kbps. Utiliza modulación por amplitud en cuadratura (QAM). Cada señal QAM ocupa una banda de frecuencia diferente Î Se combinan para dar la señal compuesta final.
Actualmente, los diseños ADSL/DMT trabajan con 256 subcanales:
Teóricamente, hasta 15.36 Mbps. En la práctica (por el deterioro de la transmisión) entre 1,5 y 9 Mbps. Medios de Transmisión
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ADSL (vii)
Reserva de bits DTM por canal
Medios de Transmisión
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ADSL (viii)
ADSL es un esquema que permite la transmisión digital de alta velocidad en el bucle de abonado. Pero hay más … xDSL:
HDSL: Línea de abonado digital de alta velocidad.
SDSL: Línea de abonado digital de línea simple.
Trabaja con 2 pares trenzados Î Válido para sustituir T1. Usa un único par trenzado.
VDSL: Línea de abonado digital de muy alta velocidad.
Objetivo: velocidad muy superior a ADSL, reduciendo la distancia permitida. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil
Servicio telefónico convencional: cada línea está conectada a un conmutador específico. Servicio telefonía móvil: el número de teléfono especifica un terminal móvil. Complejidad: conocer la ubicación de cada terminal móvil. A finales de 1940:
Móviles en coches (ambulancias, policía, ...) Limitación en el ancho de banda disponible: en NY, máximo 543 usuarios. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (ii)
Limitación del ancho de banda + alta demanda Î Recurso muy valorado. Reducir la potencia Î Reducir el área de cobertura Î Esa misma banda de frecuencias puede ser utilizada en otras áreas. Se denomina: reutilización de frecuencias (base de las comunicaciones celulares vía radio).
Dos celdas adyacentes no pueden usar el mismo conjunto de canales. El conjunto de canales disponibles se reutiliza según un patrón de reutilización de frecuencias. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (iii)
Estructura de una red celular (7 conjuntos de frecuencias disjuntos) Celda
7 6 7 6
2 1 5
2 1 5 3 4
3 4 7 6
2 1 5
3 4
Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (iv)
El área de las celdas es función de la densidad de suscriptores:
Áreas rurales: celdas grandes. Áreas urbanas: celdas pequeñas.
En el centro de cada celda hay una estación base.
Antena para comunicarse con las estaciones móviles de su área. Canales descendentes: transmisión hacia los móviles. Canales ascendentes: transmisión de los móviles a la estación base. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (v) Estación base
Estación base
HLR VLR EIR
MSC
PSTN
AC Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (vi)
Las estaciones base están conectadas a un centro de conmutación móvil (MSC: Mobile Switching Center).
El MSC gestiona:
Conexión por cable o enlace punto a punto de microondas. Conexiones entre celdas Conexiones con la red telefónica fija
Si un móvil pasa de una celda a otra Î Traspaso de la conexión desde la estación base inicial a la nueva. Medios de Transmisión
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70
Telefonía móvil (vii)
Por ejemplo, AMPS:
Cada celda dispone de 416 canales bidireccionales. Cada pareja (envío-recepción) está separada por 45 MHz, para evitar interferencias. En cada celda, algunos canales reservados para canales de establecimiento (21).
Establecimiento de llamadas Traspaso de llamadas Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (viii)
Inicio móvil:
El móvil busca los canales de establecimiento y selecciona el de mayor potencia.
Establecimiento de llamada a un móvil:
El MSC envía la petición a todas las estaciones base. Las estaciones base la difunden en todos los canales de establecimiento descendentes (incluye número de teléfono). Cuando el teléfono recibe la llamada, responde identificándose en el canal de establecimiento inverso. La estación base reenvía la respuesta al MSC, asigna un canal ascendente y otro descendente, se los indica al móvil y se establece la llamada. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (ix)
Establecimiento de llamada desde un móvil:
El móvil envía la petición en el canal de establecimiento inverso (incluye nº teléfono origen y destino, nº de serie y clave de acceso). El MSC consulta al EIR y al centro de autentificación. El MSC establece la llamada hacia la red pública conmutada. La estación base y el móvil empiezan a operar en los canales de voz ascendentes y descendentes asignados.
Durante la llamada, el nivel de señal es monitorizado constantemente. Si cae Î Traspaso. Medios de Transmisión
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Telefonía móvil (x)
Traspaso:
El móvil se lo notifica al MSC, y pasa a transmitir en un canal de establecimiento. Todas las estaciones base vecinas monitorizan el nivel de la señal de ese canal de establecimiento. Esta información se usa para seleccionar la mejor celda. El MSC libera la conexión con la primera estación base, y abre otra con la nueva estación base. El móvil cambia sus canales de operación a los de la nueva celda. Medios de Transmisión
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74
Telefonía móvil (xi)
Estándar AMPS (Advanced Mobile Phone System)
Estándar provisional 54 (IS-54, Interim Standard 54)
Estados Unidos Sistema telefonía móvil de primera generación Basado en FDM. Incremento de la capacidad básica de AMPS Basado en AMPS y TDM.
Estándar GSM (Global System for Mobile Communications)
Estándar europeo Basado en TDM y FDM.
Medios de Transmisión
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AMPS
Inicialmente, 40 MHz de banda de frecuencias. Dividido entre dos proveedores (A y B) Posteriormente, esta banda se aumentó a 50 MHz. A
B
825 MHz
A
A
824 MHz
A 845 MHz
B
AB
B
870 MHz
A
A
849 869 MHz MHz Medios de Transmisión
38
Frecuencia 890 MHz
B
AB
Frecuencia 894 MHz 76
AMPS (ii)
FDM para la transmisión entre una estación base y las estaciones móviles.
Cada canal de voz ocupa 30 kHz Î En total se permiten:
Una banda para el envío desde la estación base a los móviles. Otra para el retorno desde las estaciones móviles a la base. 50 MHz / 2 x 30 kHz = 832 canales bidireccionales 42 se utilizan para control (establecimiento de llamadas, ...) y el resto para llamadas.
Patrón de reutilización de 7 celdas Î Sólo 1/7 de los canales están disponibles en una celda concreta. Eficiencia espectral = (416-21) / (25 x 7) = 2’26 llamadas/celda/MHz Medios de Transmisión
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IS-54
Estructura de 30 kHz de AMPS para cada canal. Cada uno de estos canales, se divide mediante TDM, en varios canales digitales. Cada canal de 30 kHz transporta una señal digital de 48.6 kbps, dividido en 6 ranuras temporales. Cada ranura:
Dura 40 milisegundos Transporta 324 bits Î Cada ranura corresponde a una velocidad de 324 bits/40 ms = 8,1 kbps. Medios de Transmisión
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IS-54 (ii)
Para transmitir una señal de voz Î Canal a velocidad completa = dos ranuras temporales por trama = 16,2 kbps. Soporte para 3 canales de voz digitales en un canal AMPS analógico Î 416 x 3 = 1248 canales digitales Factor de reutilización = 7. Eficiencia espectral = (416 x 3) / (7 x 25) = 7 llamadas/celda/MHz Base a móvil
6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4
Tiempo
Móvil a base
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4
5
Tiempo
40 ms Medios de Transmisión
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GSM
Opera en la banda 935-960 MHz para el canal de envío.
Los 10 MHz superiores se usan por GSM La parte inferior usada por los servicios analógicos existentes.
Banda 890-915 MHz para el canal de recepción. Servicios existentes
890 MHz
905 MHz
Servicios existentes
GSM 915 MHz
935 MHz
Medios de Transmisión
40
GSM 950 MHz
960 MHz
Frecuencia
80
GSM (ii)
Basado en TDM y FDM. La banda de frecuencias disponible (25 MHz) se divide en canales de 200 kHz Î 25 MHz / 200 kHz = 124 canales unidireccionales (o señal portadora). Cada estación base puede usar uno o más canales en su celda. Cada canal transmite una señal digital, que transporta tráfico de datos y control. Medios de Transmisión
81
GSM (iii)
Cada señal portadora se divide en multitramas de 120 ms. Cada multitrama consta de 26 tramas.
2 para control 24 para tráfico de datos
Cada trama tiene 8 ranuras temporales. Multitrama
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
0 1 2 3 4 5 6 7 Medios de Transmisión
41
Trama TDM = 8 ranuras 1 ranura = 114 bits 82
