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
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.
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.
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
FDM – Multiplexación por división de
Frecuencias
FDM – Multiplexación por división de
Frecuencias
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
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
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.
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.
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.
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.
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.
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
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).
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.
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.
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.
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.
ACCESO MÚLITIPLE Y BROADCASTING
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
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
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.
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.
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)
TDM – Multiplexación por División de
Tiempo
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
TDM – Multiplexación por División de
Tiempo
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.
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.
Control de enlace en TDM
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.
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.
TDM para fuentes AAG y DIG
Sincronización La puesta en marcha del proceso de
sincronismo consiste en observar los códigos, uno por uno
hasta que encuentra el pulso de sincronización.