Universidad Carlos III de Madrid. Primeras etapas de la telefonía... Un par de cables para cada circuito de la red troncal.

Transcripción

1 Universidad Carlos III de Madrid Primeras etapas de la teleonía... Un par de cables para cada circuito de la red troncal Introducción

2 Introducción Las técnicas de compartición del medio ísico permiten un mejor aprovechamiento de los recursos. egún la componente escogida para proporcionar la separación entre transmisiones se distinguen División de recuencia (FD), A cada usuario se le asigna una racción del ancho de banda total Es posible la transmisión continua sobre ese canal División de Tiempo (TD) Cada usuario ocupar el ancho de banda durante una racción del tiempo División de código (CD) Permite separar usuarios transmitiendo en la misma recuencia y al mismo tiempo mediante la asignación de códigos ortogonales. División espacial (D) eparación mediante antenas multihaz División por polarización (PD) e emplean polarizaciones ortogonales para separar a los usuarios Introducción Multiplexado o acceso múltiple se aplican cuando el medio se comparte entre varios usuarios (o transmisiones) Multiplexado hace reerencia a métodos o técnicas de compartición de medios locales que son estáticas, o con leves variaciones temporales. A B C 64 kbps 64 kbps 64 kbps A B C A B C MUX 192 kbps DEMUX Acceso múltiple se aplica a técnicas de compartición de medios remotos (satélite). El acceso puede estar regulado por un controlador A B C

3 Duplexado En sistemas ull duplex es necesario separar la transmisión de la recepción Frequency division duplexing (FDD) Dos bandas de recuencia para cada usuario orward band reverse band La separación en recuencia entre bandas orward y reverse es constante reverse channel orward channel eparación en recuencia Time division duplexing (TDD) emplea el tiempo para separar las transmisiones orward time slot reverse channel orward channel reverse time slot t eparación temporal Protocolos de acceso múltiple Protocolos de acceso múltiple Acceso aleatorio Acceso controlado Canalización Aloha Reserva FDMA CMA Paso de testigo ondeo TDMA CDMA DMA

4 FDMA recuencia FDMA y TDMA Ejemplo: 4 usuarios TDMA recuencia tiempo tiempo CDMA Tiempo Frecuencia Código Frequency division multiplex FDM Un circuito por canal La transmisión es continua y simultánea en todos los canales Problema: sistemas con intervalos sin transmisión Datos a ráagas, voz, uele implementarse para sistemas de banda estrecha Ancho de banda del canal << Frecuencia central FDM exige precisión en el iltrado y en el control de recuencia para minimizar la intererencia de canales adyacentes. Para acilitar el iltrado, suele añadirse un ancho de banda de guarda entre canales adyacentes B guarda Número de canales B canal N Btotal = B + B canal guarda B total

5 Frequency division multiplex FDM Modulación LB UB ( Hz) ( Hz) cos(2 π ct) = 20kHz c canal 1 1 = 20kHz cos(2 π 1t) canal 2 2 = 16kHz cos(2 π t) canal 3 3 = 12kHz 2 cos(2 π t) kHz Jerarquías entrada 3,4 khz 0,3 khz Frequency division multiplex FDM 104 khz 96 khz 88 khz 80 khz 72 khz 64 khz Frecuencias de portadora 108 khz 612 khz Gr 5 canal 1 canal 2 canal 3 canal khz 516 khz 468 khz 420 khz Gr. 4 Gr. 3 Gr. 2 Gr. 1 canal 5 canal 6 canal 7 canal 8 canal 9 canal 10 canal 11 canal khz Grupo básico de 12 canales khz ubportadoras de grupo upergrupo básico de 60 canales khz 552 khz 504 khz 456 khz 408 khz 360 khz 312 khz

6 FDM y FDMA u,1 Channel 1 Mixer khz Hz Channel 2 20-kHz Mixer khz FDM Frequency Division Multiplex Modulator A Hz Channel 3 16-kHz Mixer khz FDMA Hz 12-kHz khz Channel 1 Mixer khz u,n Hz Channel Hz 20-kHz Mixer 2 16-kHz khz FDM Frequency Division Multiplex Modulador N Channel Hz Mixer 3 12-kHz khz Principle o FDM/FDMA Re klar, Dodel khz Multiplexación por división en el tiempo: TDM A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 64 kbit/s A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 64 kbit/s A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 64 kbit/s A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 64 kbit/s C3 B3 A3 C2 B2 A2 C1 B1 A1 3 x 64 kbit/s = 192 kbit/s A3 A2 A1 C3 B3 A3 C2 B2 3 x 64 kbit/s = 192 kbit/s A2 C1 B1 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 Multiplexación de bytes y de bits. 64 kbit/s

7 TDMA Repetición cíclica de tramas Trama TDMA Preámbulo Mensaje con Inormación Bits de cola lot 1 lot 2 lot 3 lot N Cabecera ync. Bits Datos de Inorm. Bits de guarda TDM y TDMA usuarios con R i T B transponder R TDMA MUX (TDM) R b = ΣR i D T F T F A B C Flujo de bits hacia A B C bit rate: R 1 bit rate: R 2 buers Generador de preámbulo preámbulo Modulador PK T B A B C tiempo ETRUCTURA RÁFAGA bit rate R TDMA al up-converter TDMA bit rate: R timing 3 Generador de ráagas (Re. Maral) R i = Tasa binaria de usuario (bits/s), R b = tasa de inormación del múltiplex (bit/s) = Σ R i, R TDMA = tasa en cada ráaga (bit/s), T B = duración de la ráaga (s), T F = duración de la trama (s)

8 Comparación FDMA y TDMA Tasa binaria FDMA R La capacidad R (bits/seg) se reparte entre M usuarios. R bits usuario = M ( seg ) La inormación de cada uno de los M usuarios se agrupa en paquetes de b bits Los paquetes de b bits tardan en transmitirse T segundos 1 paquetes R ( ) = bits bits seg ( seg) b T M ( paquete) Fuentes 1 i R/M Paquetes en cola Longitud = b bits/pkt R/M M R/M Tasa binaria: R/M bps Comparación FDMA y TDMA Tasa binaria TDMA Cada usuario accede a la máxima capacidad R en el slot asignado. Los paquetes de b-bits se transmiten en T /M segundos Fuentes 1 lot sync delay i lot sync delay TDM R M lot sync delay Paquetes en cola Longitud = b bits/pkt Tasa binaria: R bps b RTD = = RFD = R T M

9 Retardo FDMA Comparación FDMA y TDMA DFD = wfd + τ FD Tiempo de espera (antes de la transmisión): w FD Tiempo de transmisión de un paquete: τ FD Fuentes 1 i R/M Paquetes en cola Longitud = b bits/pkt R/M w = 0 FD τ = T D FD FD = T M R/M Tasa binaria: R/M bps Retardo TDMA Comparación FDMA y TDMA D = w + τ TD TD TD Tiempo de espera (antes de la transmisión): w TD Tiempo de transmisión de un paquete: τ TD Fuentes 1 i lot sync delay lot sync delay TDM R 1 i , k 1 1,k 1, k + 1 i,1 i,2 ik, 1 ik, ik, + 1 M lot sync delay Paquetes en cola Longitud = b bits/pkt Hipótesis Fuentes de tasa constante Deterministas M 1 M( M 1) k = 2 k = 0 Tasa binaria: R bps w TD M M,1 M,2 M, k 1 M, k M, k + 1 T Trama TDMA k-ésima 1,k 1,k ik, M, k T ( i 1) M τ TD M 1 T T 1 = ( i 1) = 1 M i= 1 M 2 M T τ TD = = M b R

10 Comparación FDMA y TDMA Retardo FDMA D FD = T TDMA D TD T 1 T = M M Comparación D TD T 1 = DFD 1 2 M b = DFD ( M 1) 2R El retardo en TDMA es menor pace Division Multiple Access Mediante antenas sectorizadas o con antenas inteligentes

11 Tipos de antenas inteligentes Básicamente hay dos tipos Haz conmutado: disponen de un número inito de patrones predeinidos (combinaciones de estrategias) Array adaptativo: Los patrones se ajustan en tiempo real DMA en satélites

12 Códigos ortogonales Códigos ortogonales K c c = c, c = c[ ] c [ ] = k k Kδ T i j i j i j ij k = 1 Multiplexación D-CDMA

13 Demultiplexación D-CDMA +1 Bits T b Direct equence pread pectrum Espectro original t Código PN T c T b Chips Espectro ensanchado t 1/T b Tb K (Ganancia de proceso) T = c En UMT 1/ T c es un valor ijo (3.84 Mchips/sec) El régimen binario de usuario (R b = 1/ T b ) puede ser variable T c T b (El régimen binario no puede superar la velocidad de chip) Con 3.84 Mchips/sec el régimen binario eectivo máximo es 2 Mbps 1/T c

14 Direct equence pread pectrum Demodulación T T 1/T c t Filtro adaptado al pulso t Filtro Adapt. al pulso T Rec. Portadora Código PN Filtro adaptado al pulso ensanchado Direct equence pread pectrum Protección rente a intererencias eñal útil Intererencia Filtro Adapt. al pulso T Intererencia (banda estrecha) Rec. Portadora Código PN Filtro adaptado al pulso ensanchado

15 Concepto de Espectro Ensanchado Aecta el ensanchamiento espectral a la probabilidad de error de bit? Probabilidad de error (cota superior de la unión) en cualquier transmisión digital 2E s Pe = k1q k2 N 0 E = Energía media por ímbolo (J) N o /2 = DEP de ruido (W/Hz = J) 2 2 z ( ) = = 2 ( 2 ) erc u e dz Q u π u La probabilidad de error queda determinada por el cociente E N T = N 0 0 = Potencia media Recibida R s =1/T s = Velocidad de transmisión Concepto de Espectro Ensanchado Dada una velocidad de transmisión, 1/T, la probabilidad de error es una unción de /N 0 DEP eñal recibida N o /2 K/T Tradicionalmente K 1

16 Concepto de Espectro Ensanchado in embargo, la probabilidad de error no se alteraría si manteniendo el área,, se ensancha el espectro DEP eñal recibida 1/T N o /2 Espectro ensanchado por FH También se puede conseguir ensanchar el espectro asignando distintos patrones de salto de recuencia (Frequency Hopping)

17 Ventajas Canales de banda estrecha in II Baja complejidad FDMA Permite la transmisión continua y la estimación de canal. Desventajas En comunicaciones móviles Múltiples cabeceras de radio en estaciones base Mecanismos de traspaso (Hando) complejos en transmisión continua Canales dedicados i un usuario no transmite, la capacidad se desperdicia Diicultad para acomodar varios canales para un usuario. Ventajas TDMA Cabeceras de radio comunes para todos los usuarios. Permite la transmisión discontínua (a ráagas) Facilidad de realizar traspasos Reducción de la potencia consumuda Facilidad en la asignación de múltiples canales a un usuario Desventajas e requiere sincronización El multitrayecto hace perder la ortogonalidad entre slots. Requieren mecanismos de cancelación de II Las transmisiones a ráagas complican el diseño del igualador

18 Ventajas CDMA No hay límite superior al número de usuarios en el sistema En realidad, el número de usuarios máximo lo determina la intererencia Las técnicas de reducción de la intererencia pueden incrementar la capacidad (número de usuarios) No se requiere sincronización. e pueden asignar múltiples canales a cada usuario sin más que modiicar las longitudes de los códigos. Desventajas Complejidad Near-ar problem Técnicas de Acceso Múltiple y de Duplexado Acceso Múltiple istema Duplexado Advanced Mobile Phone ystem (AMP) FDMA/FDD Global ystem or Mobile (GM) TDMA/FDD U Digital Cellular (UDC) TDMA/FDD Digital European Cordless Telephone (DECT) FDMA/TDD U Narrowband pread pectrum (I-95) CDMA/FDD UMT WCDMA/TDD y FDD