Multiplexacion

UNIVER SIDAD FRANCISCO FRANCISCO GAVIDIA

MULTIPLEXIÓN Entre los equipos empleados en los circuitos de transmisión de datos se encuentran los multiplexores. Estos equipos se emplean generalmente con el objeto de aprovechar mejor un canal de comunicación y así bajar los costos El costo asociado al medio de comunicación es, casi siempre despreciable para distancias cortas mientras que para largas distancias se incrementa notablemente. Si se dispone de canales de banda ancha, es evidente que se podría enviar más de un canal de telefonía (4000 Hz) u otros servicios como por ejemplo la señal de TV. Frecuentemente la comunicación entre computadores tiene un carácter no permanente, produciéndose ráfagas de tráfico esporádicamente, separadas por intervalos de silencio. silencio. Es deseable que en aquellas situaciones donde se emplean líneas de transmisión de gran costo, conseguir el máximo aprovechamiento de la capacidad del medio de transmisión. Es más el costo de instalar y mantener una troncal de un gran ancho de banda no difiere mucho del costo requerido para instalar y mantener un canal de bajo ancho de banda. La multiplexión consiste básicamente, en compartir un mismo medio de transmisión entre varias comunicaciones, con lo que se divide el costo asociado a cada comunicación individual

Entradas que se van a multiplexar

M U L T I P L E X O

R

Canal de alta Velocidad

M U L T I P L E X O

S A L I D A S

R

Los dos métodos básicos que nos permiten realizar la multiplexación, son la multiplexación por división división del tiempo (TDM) y la multiplexación multiplexación por división de la frecuencia (FDM). En la multiplexación por división de la frecuencia, el espectro de frecuencia es dividido en bandas de frecuencia y cada usuario es dueño de su banda. Cada estación puede transmitir simultáneamente a las demás. En este tipo de multiplexación, el ancho de banda del canal debe exceder a la suma de los anchos de banda de las señales que se transmiten, puesto que es necesario dejar bandas de seguridad entre las frecuencias asignadas a los divers d iversos os canales. Las señales transmitidas a través del medio deben ser señales analógicas. En la multiplexación por división de tiempo, se asigna a las diferentes estaciones un turno de transmisión rotativo, cada estación periodicamente transmite a plena capacidad del canal, empleando todo el ancho de banda. Durante un quantum de tiempo transmite una estación, luego la siguiente, ... etc. . Sólo puede ser empleada para la transferencia de datos digitales d igitales..

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Como un ejemplo de este tipo de multiplexación, veamos las normas de multiplexación que son la base de los modernos sistemas telefónicos de hoy y que emplean la técnica PCM. Una norma es la europea, que permite el uso de 30 canales a una velocidad de 64.000 bps, y otra es la norma usada en los Estados Unidos de Norteamérica Veamos las características principales de la primera de ellas. - Frecuencia de muestreo: 8.000 Hertz. - Número de bit/muestra: 8. - Número de canales telefónicos: 30. - Número de canales de señalización y sincronización: 2. - Velocidad de transmisión: 2,048 Mb/seg. - Duración de la trama: 125 mseg. - Formato de la trama: A continuación se muestra la forma de la distribución de canales en un sistema PCM 30. Canales 1 a 15 = señales de voz. Canal 16 = señalización. Canales 17 a 31 = señales de voz. Canal 32 = sincronismo. Número de bit por trama: 256 Sistemas multiplex para PCM 30 (normas CCITT/UIT): 2,048 Mbps = 30 canales. (E1) 8,848 Mbps = 120 canales. 34,304 Mbps = 480 canales. 139,264 Mbps = 1920 canales. 565,148 Mbps = 7680 canales.

DISTRIBUCIÓN DE CANALES EN UN SISTEMA PCM 30

ORGANIZACIÓN DE UNA TRAMA (256 bits) Canal 0: sincronismo Canal 16: señalización 30 canales restantes de voz . Características de los sistemas MIC de 24 canales (sistema americano de multiplexación).

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Veamos las características principales de la segunda de ellas: - Frecuencia de muestreo: 8.000 Hertz. - Número de bit/muestra: 7. - Número de canales telefónicos: 24. - Número de bits de señalización por canal muestreado: 1 por canal. - Velocidad de transmisión: 1.544 Mblseg. - Duración de la trama: 125 mseg. - Formato de la trama: 193 bits, organizados en 24 conjuntos de 8 bits por canal (siete de datos y uno de señalización) (lo que hace un conjunto de 192 bits, más un bit (el 193) al final de la trama denominado "código de trama". - Sistemas múltiples para PCM 24 (normas BELL SYSTEM Tl, T2, T3 Y T4): 1,544 Mbps = 24 canales. (T1) 6,312 Mbps = 96 canales. 44,736 Mbps = 672 canales. 274,176 Mbps = 4032 canales Se puede observar que mientras en la multiplexación por división de tiempo, cada estación alterna su turno de transmisión con períodos de silencio, en la multiplexación por división de la frecuencia todas las estaciones transmiten durante todo el tiempo (o al menos pueden hacerlo), pero al disponer cada una de menor ancho de banda que el total del canal tendrán que transmitir más lentamente. En algunas situaciones, como por ejemplo el empleo de terminales, la transmisión se produce de manera esporádica y también existen períodos de silencio (sin transmisión). Si la técnica de multiplexación empleada es TDM, se producirá una situación poco conveniente. Se le asigna el turno para transmitir a una estación que no transmite durante el mismo. Para solventar este problema se han desarrollado una serie de multiplexores STDM que reciben diversos nombres: multiplexores estadísticos, multiplexores asíncronos o inteligentes El propósito de estos dispositivos es aprovechar los tiempos muertos en las transmisiones de algunas estaciones para mejorar los servicios de la multiplexación al realizar el máximo aprovechamiento de la capacidad del medio utilizado. Para conseguirlo, estos dispositivos no asignan el turno de transmisión de una manera secuencial, sino que elaboran la información estadística obtenida del uso de cada entrada y asignan el turno mediante un algoritmo que intenta maximizar la utilización del canal. Por ejemplo si después de un tiempo de funcionamiento síncrono se ha obtenido la siguiente relación de utilizaciones: Equipo A B C D E REDES DE TELECOMUNI CACION ES

Utilización (%) 10 15 10 100 15 Página 3


Un 100% indica que la estación está transmitiendo permanentemente mientras dispone del turno, un valor inferior indica la presencia de espacios de silencio, tanto mayores cuanto menor es la utilización. Si a partir de los datos anteriores calculamos la utilización global del canal de transmisión: U(%) = (10 + 15 + 10 + 100+15) /5= 30 % Observamos que se está desaprovechando un 70 % de la capacidad del canal, es decir, se está transmitiendo sólo durante un 30 % del tiempo. Un posible algoritmo de asignación dinámica del turno se puede basar, por ejemplo, en conceder más tiempo a aquellas líneas que presenten utilizaciones del 100% e intervalos menores a las que tienen utilizaciones inferiores, haciendo así que la duración del turno de cada estación sea proporcional al volumen de tráfico generado, siempre y cuando la suma del tráfico de todas las estaciones no supere la capacidad del canal. En ocasiones, algunas de las estaciones cuya transmisión se está multiplexando, presenta largos intervalos de silencio. Cuando el algoritmo de planificación del multiplexor detecte esta circunstancia dejará de asignarle turno de transmisión a esa estación.

Multiplexor Un multiplexor (mux) dispositivo de telecomunicaciones que tiene como entrada muchos canales de información y que los combina (multicanaliza) para transmitirlos sobre un solo canal de comunicaciones. En el otro extremo debe existir otro mux que realiza el proceso contrario, es decir, desmulticanaliza la entrada en varias salidas. Los canales de entrada pueden ser de diferentes fuentes (voz, datos, video, fax,..). Existen dos técnicas fundamentales de multicanalización:  

FDM Frequency Division Multiplexing: multicanalización por división de tiempo TDM Time Division Multiplexing: Multicanalización por división de frecuecias

FDM Los multicanalizadores en FDM tienen como entrada varios canales trabajando en diferentes frecuencias y las combina en un solo ancho de banda. En televisión por cable, una red de cable es usada para contener diferentes canales de televisión los cuales utilizan diferentes frecuencias y cuyo ancho de banda de cada canal es de 6 MHz. Un espectro típico de este tipo de sistemas es de 500 a 800 MHz de ancho de banda, el cual es suficiente para dar cabida a más de 80 canales de programación. Cada canal funciona separadamente, los cuales al ser sintonizados en el televisor se desmulticanaliza un canal a la vez.

En la figura a) se ven tres canales de televisión de VHF. Canal 2 (54-60 MHz); Canal 3 (60-66 MHz); Canal 4 (66-72 MHz). En la figura b) se muestran los 3 canales espaciados en frecuencia. La figura c) muestra los 3 canales multicanalizados en frecuencia (FDM).


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Otra variante de FDM es WDM (Wavelength Division Multiplexing, Multicanalización por División de longitud de Onda). WDM en fibra óptica funciona muy similar a FDM en cable coaxial y en sistemas de microondas. Con esta técnica de multicanalizar haces de luz es posible que sean enviadas simultaneamente mas de 160 longitudes de onda por fibra. Otra tecnología innovadora en las fibras ópticas (una nueva versión de WDM) es DWDM (WDM denso). En la actualidad los sistemas basados en DWDM pueden soportar más de 320 longitudes de onda equivalente a 320 canales de alta velocidad por fibra. Se están haciendo desarrollos para que en un futuro cercano se puedan transmitir más de 15,000 longitudes de onda por fibra con la tecnología conocida como "chirped-pulse WDM" de los laboratorios Bell. Con esta tecnología las fibras ópticas tendrán una capacidad inimaginable, todo gracias a la multicanalización.


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TDM TDM fue originalmente desarrollado en la red telefónica pública en los 50s para eliminar los problemas de ruido y filtraje de FDM cuando muchas señales son multicanalizadas en el mismo medio de transmisión. Después, hubó la necesidad de incrementar la eficiencia de multicanalización en los atestados manojos de cables de las grandes ciudades. Esta técnica hizo uso de la tecnología emergente de esa época, electrónica del estado sólido, y fue 100% digital. La información analógica es primero convertida a formato digital antes de la tansmisión. Aunque el costo inicial de esta técnica fue alto, fue menos que el costo de remplazar cables o cavar grandes tuneles. A principios de los 80s, las redes TDM utilizaban multicanalizadores inteligentes y empezaron a aparecer en redes privadas de datos, conformando el método primario para compartir instalaciones costosas de transmisión de datos entre muchos usuarios. Un multicanalizador basado en TDM empaqueta un conjunto de información (tramas de bits) de diferentes fuentes en un solo canal de comunicación en tiempos (muy cortos) diferentes. En el otro extremo estas tramas son otra vez reensambladas y llevadas a su respectivo canal. Los mux TDM como manejan tramas de bits son capaces además de comprimir la información al eliminar redundancias en los paquetes, muy útil en el caso de aplicaciones de voz. Una aplicación típica de esta técnica es en los circuitos privados basados en el formato E1. E1 es un estándar de la ITU que soporta una tasa de transmisión de 2.048 Mbps. Cada canal E1 contiene tramas con 32 canales de voz multicanalizados (30 canales son para voz y 2 canales son para la señalización). Esto permite que 30 conversaciones de voz sean transmitidas por un mismo canal simultaneamente multicanalizadas en el tiempo (obviamente, transparente al usuario).


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En resumen los multicanalizadores optimizan el canal de comunicaciones y tienen las siguientes características:  Permiten que varios dispositivos compartan un mismo canal de comunicaciones  Útil para rutas de comunicaciones paralelas entre dos localidades  Mínimizan los costos del comunicaciones, al rentar una sola línea privada para comunicación  Normalmente los multiplexores se utilizan en pares, un mux en cada extremo del circuito  Los datos de varios dispositivos pueden ser enviados en un mismo circuito por un mux. El mux receptor separa y envia los datos a los destinos apropiados


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