Sistemas de Telecomunicación Privados. Técnicas de Acceso Múltiple al Medio

Transcripción

1 Sistemas de Telecomunicación Privados Técnicas de Acceso Múltiple al Medio

2 Actividad (1h 40 ) 3 grupos Grupos TDMA/FDMA FHSS CDMA 1h (trabajo en casa) para preparar la presentación 30 grupo de expertos para preparar la presentación 3x20 para presentar cada parte Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 1

3 Introducción Las técnicas de acceso múltiple son el método de dividir el espectro disponible de modo que pueda ser utilizado simultáneamente por varios usuarios La asignación del recurso se realiza por medio de unas reglas del juego Las características deseables en un esquema de acceso múltiple son: Compartir el medio de modo eiciente (poco retardo, medio utilizado al máximo) Flexible (distintos tipos de tráico y de servicios) Robusto (rente a eectos de propagación, ruido, intererencias, etc.) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 2

4 Métodos más comunes de acceso FDMA: Frequency Division Multiple Access TDMA: Time Division Multiple Access SSMA: Spread Spectrum Multiple Access FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 3

5 FDMA Se asigna una única recuencia o canal a cada usuario. Estos canales se asignan bajo demanda a medida que solicitan servicio (DAMA) o bien pueden estar asignados de modo permanente (PAMA) Tiempo Código Frecuencia Durante la duración de la llamada o intercambio de inormación, ningún otro usuario puede compartir esta misma recuencia Si el canal FDMA no está en uso, no existe posibilidad de que sea utilizado por otros usuarios para aumentar la capacidad de su canal, esto es, el canal no utilizado se desperdicia El ancho de banda de los canales FDMA suele ser estrecho (30 KHz) con objeto de dar cabida a diversos usuarios (a mayor ancho de canal, menor capacidad de usuarios simultáneos) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 4

6 FDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 5

7 FDMA-Ventajas e Inconvenientes Ventajas Equipamiento sencillo de traslación en recuencia No precisa sincronización temporal del sistema El receptor es básicamente un iltro pasa-banda No se precisa coordinación o sincronización entre usuarios Inconvenientes Los iltros en recepción deben ser precisos y de banda estrecha Se precisan bandas de guarda Poco eiciente en entornos multi-camino Se consume mucha potencia Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 6

8 TDMA Se divide el radioespectro en slots temporales. Cada usuario puede tanto transmitir como recibir en dichos slots Cada usuario ocupa un slot temporal que se repite de modo cíclico. TDMA permite distinto número de slots temporales para cada usuario. Tiempo Código Frecuencia TDMA comparte una única recuencia entre varios usuarios, haciendo uso cada uno de ellos del recurso en slots temporales que no se solapan La transmisión de datos se realiza a ráagas, lo cual deriva en un consumo muy bajo de batería Se pueden aprovechar los instantes en que no se precisa el envío de datos para transmitir inormación de control Dado que se utilizan distintos slots para transmisión y recepción, no se precisan duplexores Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 7

9 TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 8

10 TDMA-Ventajas e Inconvenientes Ventajas Se evitan procesos de iltrado de banda estrecha Muy adecuado para comunicaciones digitales La reserva de slots temporales se realiza de modo dinámico (un usuario puede disponer de más de uno) Inconvenientes Se precisa una muy buena sincronización temporal Se introduce una elevada carga de señalización Espacio temporal de guarda entre slots temporales Muy complejo Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 9

11 Híbrido TDMA/FDMA TDMA normalmente se usa conjuntamente con FDMA Reducir el número de usuarios por canal Reducir el delay spread Este híbrido se utiliza en muchos sistemas de comunicaciones móviles como GSM o TETRA GSM Ancho de banda de 25MHz dividido en 125 canales de 200kHz Cada canal se subdivide en 8 slots utilizando TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 10

12 SSMA Se reparte la señal en un rango amplio de recuencia, evitando concentrar la potencial en una única banda estrecha El ensanchado se consigue empleado un código de pseudo-ruido que convierte la señal de banda estrecha en un ruido de banda ancha, que es lo que se transmite Permite transmisiones más diíciles de detectar y de decodiicar. De hecho, a un observador externo le parecerá ruido Poco sensibles a las intererencias procedentes de otros usuarios Dos modalidades Espectro ensanchado por saltos de recuencia (FHSS) Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) CDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 11

13 SSMA Esquema general de un sistema spread spectrum Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 12

14 FHSS La recuencia del canal cambia cada cierto tiempo (T salto ) siguiendo una determinada secuencia Esta secuencia constituye el código del Sistema Para la transmisión en cada una de las distintas recuencias, se emplean técnicas de modulación convencionales El conjunto de posibles secuencias a las cuales se puede saltar se denomina hopset Transmisor y receptor deben estar sintonizados en la misma recuencia en cada salto. Por tanto, debe conocer y compartir el mismo código Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 13

15 FHSS Esquema básico transmisor - receptor Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 14

16 FHSS - Modalidades Salto en recuencia lento (SFH) T salto >> T bit Salto en recuencia rápido (FFH) T salto << T bit orece mejor rendimiento ante el ruido pero es más complejo Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 15

17 FHSS Ancho de Banda Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 16

18 FHSS Ventajas Resistente al multi-camino ya que cada salto se ve aectado de modo distinto por este eecto Muy resistente a intererencias de banda estrecha Permite un número de usuarios mayor que los canales disponibles La banda de recuencias asignada no tiene por qué ser continua Inconvenientes Se precisa un sintetizador de recuencia muy soisticado y caro Combina los problemas de FDMA y TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 17

19 CDMA Transmisor DS-CDMA: d(t) c1(t) MODULADOR BPSK s1(t) d1(t) T b CHIP BIT G p GENERADOR SECUENCIA CODIGO T T b c Ensanchamiento espectral c1(t) s1(t) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 18 Tc

20 CDMA Transmisor DS-CDMA: d(t) d(t) s(t) MODULADOR BPSK SEÑAL DE DATOS 0 1/T b c(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO c(t) SECUENCIA CÓDIGO 0 1/T c s(t) SEÑAL TRANSMITIDA 0 1/T c Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 19

21 CDMA Receptor DS-CDMA: s(t) c(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO T b 0 (. ) dt Tb s(t) c(t) d(t) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 20

22 CDMA Receptor DS-CDMA: Tb s(t) s(t) c(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO T b 0 (. ) dt SEÑAL RECIBIDA c(t) SECUENCIA CÓDIGO 0 1/T c 0 1/T c r(t) SEÑAL RECUPERADA 0 1/T b Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 21

23 CDMA Cada usuario transmite su señal SS con una secuencia código distinta, en principio ORTOGONALES entre sí TRANSMISOR CDMA 0 1/T c TRANSMISOR CDMA 0 1/T c TRANSMISOR CDMA 0 1/T c Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 22

24 CDMA Receptor DS-CDMA: d1(t)+d2(t)c2(t)c1(t)+d3(t)c3(t)c1(t) s1(t)+s2(t)+s3(t) c1(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO T b 0 (. ) dt Tb Por ejemplo: c1(t)= ( 1 1) c2(t)=( 1 1 ) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 23

25 CDMA s1(t) s2(t) c1(t) c1(t) d1(t) Si los códigos uesen ortogonales y los usuarios estuvieran perectamente sincronizados el receptor rechazaría totalmente la señal de los demás usuarios Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río

26 CDMA Secuencias código : En principio se desearían ortogonales, pero... El número de secuencias es limitado La transmisión en un entorno radio hace que puedan perder su ortogonalidad: No sincronismo Propagación multicamino 2 s2(t) c1(t) 1 Ejemplo: dierencia Tc c1(t)= ( 1 1) c2(t)=( 1 1 ) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 25-4

27 CDMA En la práctica los códigos no son ortogonales, por lo que los usuarios simultáneos se originan un cierto nivel de intererencia, que puede asimilarse a ruido TRANSMISOR CDMA 0 1/T c RECEPTOR CDMA 0 1/T b 1/T c TRANSMISOR CDMA 0 1/T c RECEPTOR CDMA 0 1/T b 1/T c TRANSMISOR CDMA 0 1/T c RECEPTOR CDMA 0 1/T b 1/T c Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 26

28 CDMA C I i Pu P i RECEPTOR CDMA C I o PT u PT i b c C I i G p La ganancia de procesado es una medida del grado de protección que se tiene rente a intererencias Gp 0 1/ T b 1/ T c Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 27

29 CDMA Capacidad de un sistema CDMA : SF=2 chips/bit La tasa de chip (salida del transmisor CDMA) suele ser constante y lo que varía en los sistemas CDMA es la tasa de inormación transmitida (bits/s), lo que se traduce en distintos actores de ensanchado para distintas velocidades de transmisión de inormación. d1(t) c1(t) Velocidad de chip ija ss1(t) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 28 Tc

32 CDMA Los servicios de mayor velocidad binaria (mayor ancho de banda) generan más potencia intererente reduciendo la capacidad SF=2 chips/bit d(t) SEÑAL DE DATOS 0 1/T b c(t) SECUENCIA CÓDIGO 0 1/T c s(t) SEÑAL TRANSMITIDA 0 1/ T c Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 31

35 CDMA Ventajas Muy diícil de detectar, y por tanto de escuchar Protección contra multi-camino (el espectro ensanchado implica diversidad en recuencia) Flexible, resulta sencillo cambiar tanto la tasa de transerencia como el código de ensanchado Protección contra intererencias No existe un límite en cuanto al número de usuarios Inconvenientes Se precisa sincronización entre emisor y receptor Equipos caros Auto-intererencias si los códigos de los usuarios no son totalmente ortogonales Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 34

36 Duplexado de las comunicaciones Objeto: Determinar el modo en que se van a establecer tanto el canal de subida como el canal de retorno Se precisa duplexación únicamente en los sistemas de tipo ull-duplex Se emplean dos métodos principalmente: FDD: Frequency Division Duplexing TDD: Time Division Duplexing Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 35

37 Duplexado de las comunicaciones FDD BW DL UL Banda guarda tiempo UE ESTACIÓN BASE TDD Tiempo de guarda DL UL DL BW tiempo UE ESTACIÓN BASE Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 36

38 Preguntas, Sugerencias?