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Instituto Tecnol贸gico de Tapachula

Rosel Mu帽oz L贸pez Fundamentos de Telecomunicaciones Unidad 5 Multiplexacion Andrea Monribot Ruiz 12 Mayo del 2013


Índice

Introducción………………………………………………………….. 3 Multiplexión………………………………………………………….. 4 TDM División de tiempo…………………………………………..6 Multiplexacion TDM estadística……………………………… 10 Multiplexacion por división de tiempo sincrónica…… 11 Multiplexacion por división de tiempo asincrónica…. 12 Comparación de multiplexaciones TDM síncrona estadística………………………………………………………………….12

y

FDM División de frecuencia………………………………………. 13 WDM División de longitud………………………………………… 17 CDM división de código…………………………………… …….... 21 Conclusión…………………………………………………………………. 25 Preguntas………………………………………………………………….. 26

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Introducción Las técnicas de multiplexacion pretenden conseguir un mayor rendimiento en los sistemas de transmisión, ya que permiten enviar por una misma línea de transmisión varias comunicaciones simultaneas.

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Multiplexación El multiplexiado es una técnica que permite que varias conexiones o múltiples flujos de información compartan un único medio de transmisión. Es por ello que el recurso de mayor interés es el ancho de banda que se mide en hertzios en los sistemas de comunicaciones analógicas, y en bits/seg en los sistemas de transmisión digital. Esta técnica optimiza la utilización del medio de transporte que, por lo general, es costoso. Se utiliza esta tecnología con mayor frecuencia en redes de telefonía y en los servicios de difusión.

En los comienzos de la telefonía, el intercambio de información entre los usuarios implicaba la utilización completa de los recursos de transmisión de la red, como lo muestra la gráfica que se da a continuación:

Como se puede observar, este modelo resultaba rigido e ineficiente al aumentar el numero de usuarios.

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La solucion consistio en el diseño de un modelo alternativo en el que se pudiera compartir de una forma dinamica un conjunto de recusos, es decir, un conjunto de lineas de transmision entre varios usuarios. Este modelo se puede observar en la figura a continuacion:

Como muestra la figura, todos los usuarios, al intercambiar información, utilizan de manera dinámica el medio único de transmisión. El multiplexor asigna “dinámicamente” una línea de comunicación mientras dura la llamada. Al finalizar esta, se recobra la línea de comunicación “dinámica”, quedando disponible para obtener nuevas peticiones de conexión. La siguiente figura muestra la función del multiplexacion de manera sencilla:

Si tiene n entradas en el lado del multiplexor (MUX) que se conectan a un demultiplexor (DEMUX) mediante un único enlace de datos. El enlace puede transportar n canales de datos independientes. La función del multiplexor es combinar (o multiplexar) los datos de las n líneas de entrada para su transmisión a través del enlace de datos de capacidad superior (ancho de banda). En el otro extremo, el demultiplexor (DEMUX) recibe la secuencia de los datos multiplexados e inicia el proceso de separación o demultiplexacion de acuerdo con el canal para luego enviarlos hacia las líneas de salida correspondientes.

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El uso masivo de estas técnicas de multiplexacion obedece a la exigencia de disponer de una mayor velocidad de transmisión que haga más eficientes los sistemas de comunicación modernos. Se conoce que, a altas velocidades, la transmisión de datos es más efectiva desde el punto de vista del coste. Para aplicaciones y distancias determinada, los costos por Kpbs (kilo bits por segundo) disminuyen con el incremento en la velocidad de transmisión de datos. De igual manera, los costos de los equipos de transmisión y recepción, Kpbs, decrecen con el aumento de la velocidad de transmisión. Todo lo anterior es válido para la transmisión de datos tanto analógicos como digitales. Para un numero de n canales de información, la técnica de multiplexacion obliga a definir la manera como estos canales se deben agrupar para su envío. Para esto debemos asumir un proceso de muestreo que permita su organización y su posterior transmisión.

TDM División de tiempo En la telecomunicación la multiplexacion es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. La multiplexión es una forma de transmisión de información en la cual un canal de comunicación lleva varias transmisiones al mismo tiempo. MULTIPLEXACION (TDM): Cada usuario del canal es asignado un pequeño intervalo de tiempo durante el cual se puede transmitir un mensaje. DIAGRAMA DE TDM:

VENTAJAS DE TDM:

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1. Esto usa unos enlaces solos. 2. Esto no requiere al portador preciso que empareja a ambo final de los enlaces. 3. El uso de la capacidad es alto. 4. Cada uno para ampliar el número de usuarios en un sistema en un coste bajo. 5. No hay ninguna necesidad de incluir la identificación de la corriente de tráfico en cada paquete. DESVENTAJAS DE TDM: 1. 2. 3. 4.

La sensibilidad frente a otro problema de usuario es alta. El coste inicial es alto. La complejidad técnica es más. El problema del ruido para la comunicación análoga tiene el mayor efecto.

Esta tecnología por lo general se le conoce como TDM SINCRONA: significa que el multiplexor asigna siempre la misma ranura de tiempo a cada dispositivo de manera exacta, tanto si el dispositivo tuviese datos que transmitir, como si no los tuviese. Cada vez que le toque su tiempo asignado, el dispositivo tiene la oportunidad de enviar una porción de sus datos. Si el dispositivo es incapaz de transmitir o no dispone de datos para enviar, la ranura de tiempo correspondiente permanecerá vacía. En contraste con esta tecnología, se ha desarrollado la TDM ASINCRONA que solo envía la ranura de tiempo que lleva bits de información. En este sentido TDM ASINCRONA sería más eficiente que la TDM ASINCRONA, puesto que no se malgastaría la capacidad de la línea de transmisión con ranuras de tiempo que no llevan bits. Este proceso de mezcla se puede realizar empleando partes de cada señal de un bit, de bloques de octetos u otras cantidades de bits superiores. Al número de bits que constituyen estos bloques o porciones de señal se les llama ranuras temporales. Así, cada 7


trama que se enviara por el medio consta de un conjunto de ranuras temporales, y se asigna a cada dispositivo emisor una o más ranuras temporales por tramas. El resultado es una trama de bits formada por un conjunto de bits de datos procedentes de distintos dispositivos y todos ellos mezclados entre sí.

Observando la figura 3.20 se muestra un esquema general de multiplexacion por división de tiempos. Así, varias señales ui(t) se quieren enviar en un mismo enlace de datos. Para ello, cada señal ui(t) se almacena temporalmente en un buffer. Posteriormente, se comprueban secuencialmente los buffers para extraer los datos almacenados y componer una señal de datos mezclada uTDM(t) y finalmente, cada señal modulada uTDM(t) puede ser transmitida directamente por un medio digital o quizá necesite transformarse a señal analógica, uTDM(t), modulándose con un MODEM para transmitirse en un medio analógico. Por supuesto, es un dispositivo receptor, deberá procederse de modo inverso para extraer las señales ui(t) y deshacer todos y cada uno de los procesos ejecutados en la fase de multiplexacion. A este proceso inverso se reconoce con el nombre de desmultiplexacion. Por lo general, en una multiplexacion TDM que se emplea para multiplexar n dispositivos conectados, donde todos y cada uno de ellos necesita enviar la misma tasa de datos, se emplea n ranuras de tiempo. De este modo, se asigna una ranura a cada dispositivo. Si la duración en tiempo de la trama de datos que componen los datos entremezclados es T, entonces la duración de cada ranura de tiempo será de T/n.

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En el caso en que los n dispositivos conectados, necesiten enviar distinta tasa de datos, la multiplexacion TDM, tiene que emplear una de estas tres posibles estrategias. Estas estrategias se emplearan en función del tipo de tasa de datos que se necesita enviar:  

Tasa de datos distintas en los dispositivos, pero la tasa de un dispositivo sea múltiplo de la de los otros. Tasa de datos distintos en los dispositivos, y esas tasas no correspondan a valores múltiplos enteros unos de otros.

Para el primer caso se puede utilizar las estrategias TDM de: 

Asignación de múltiples ranuras: Esta estrategia consiste en asignar más de una ranura en una trama a un mismo dispositivo de entrada. Por ejemplo, supóngase que se tienen enviar datos de tres dispositivos A, B y C. Además, se sabe que los dispositivos A y B tienen una tasa de 10Kbps y el dispositivo C una tasa del doble, es decir, 20 Kpbs. Se puede asignar una ranura a A, otra ranura a B y dos ranuras a C. De este modo, en vez de emplear 3 ranuras que correspondan a los 3 dispositivos, se emplean 4 ranuras, para conseguir múltiplos de 10Kpbs.

Multiplexacion multinivel: Esta estrategia consiste en multiplexar en varios niveles. Por ejemplo, se tienen que enviar datos a 3 dispositivos A, B y C. Además, se sabe que los dispositivos A y B tienen una tasa de 10 Kpbs y el dispositivo C una tasa del doble es decir, 20Kpbs. Entonces, se puede multiplexar A y B y posteriormente, como si formasen una única fuente AB, luego multiplexar C con la fuente AB que se obtiene como resultado de la multiplexacion anterior.

Para el segundo de los casos se puede emplear la estrategia TDM de inserción de pulsos, también llamada inserción de bits. En estos casos se opta por comprobar que dispositivo tiene la tasa de bits más grande, y se añaden bits de relleno a las tasa de bits del reto de dispositivos para que todos tengan la misma tasa de datos. Esta tercera técnica se combina con una de las dos estrategias anteriores para no emplear demasiados bits de relleno.

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Multiplexacion TDM estadística La multiplexacion sincrónica tiene algunas inconvenientes y no es tan eficiente como cabría pensar, a pesar de las estrategias adoptadas cuando la tasa de datos no es la misma en todos los dispositivos. Un ejemplo de esta ineficiencia es como se aprovechan ranuras temporales de la trama a transmitir cuando un dispositivo de entrada no tiene datos para carga en la ranura, porque no está en disposición de enviar datos. Esto es asi, porque TDM síncrona siempre asigna ranuras temporales a los dispositivos conectados al enlace tenga o no que transmitir datos en ese momento. Este problema puede ser solucionado haciendo que el sistema de multiplexacion asigne ranuras dinámicamente, basándose en la demanda. Es decir, solo cuando el dispositivo de entrada tenga datos que transmitir recibe la asignación de una ranura. A esta estrategia de multiplexacion se le conoce con el nombre de DTM estadística. Generalmente, cuando el número de dispositivos conectados, n, es mayor que el número de ranuras de tiempo, m, es decir m<n, se suele emplear multiplexacion estadística, así el sistema multiplexor comprueba cada dispositivo de entrada cíclicamente para determinar si es necesario signare una ranura. Si el dispositivo tiene datos para enviar se asigna ranura y sino pasa el siguiente dispositivo y realiza el mismo proceso, y así sucesivamente. La multiplexacion estadística requiere de un procedimiento de direccionamiento, ya que al no haber ranuras reservadas y preasignadas a cada dispositivo de entrada, no se sabe en qué orden van los datos, y que ranura corresponde a cada dispositivo de entrada. Este hecho obliga a insertar bits adicionales en la cabecera de cada ranura, que permitan identificar el dispositivo.

Si las fuentes C y D han incrementado su tasa hasta 50Kpbs, la tasa de datos de salida después de multiplexar los cuatro dispositivos de entrada es de 200kpbs, ya que hay 4 fuentes de 50kpbs. Las tasas de C y D se han incrementado en 5kpbs y 10kpbs respectivamente.

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Multiplexacion por división de tiempo sincrónica Cuando se utiliza esta técnica de multiplexacion, en cada intervalo temporal T, el multiplexor ofrece a cada una de las fuentes la posibilidad de transmitir la unidad de información que género en la ranura temporal anterior, para lo cual cada una de las fuentes dispone de un pequeño buffer. En este escenario de multiplexacion, cada una de las fuentes tiene preasignada una ranura (slot), de forma que si una de las fuentes no utiliza su ranura, esta se perderá, es decir, no podrá ser aprovechada por una fuente para transferir más unidades de información. El dimensionado del enlace se realiza para el caso peor, que corresponde al caso en el que todas las fuentes desean transferir una unidad de información en cada intervalo T. Por tanto, C= Nx(L/T), donde C es la capacidad del enlace, N es el número de fuentes que se multiplexan y L es el tamaño de bits de las unidades de información y T es el intervalo de tiempo.

Es claro que la utilizacion optima de la calidad del enlace solo puede producirse cuando las fuentes generan unidades de informacion a tasa constante y a razon de una unidad de informacion por intervalo T. Este es el caso tipico en las redes telefonicas, en las que se usa codificadores de fuente de tasa constante que generan un octeto cada 120s, es decir, generan informacion a una tasa constante de 64Kbit/s. Tambien es claro que las unidades de informacion sufren un retardo constante, puesto que siempre se tranfieren al enlace un numero constante, puesto que siempre se transfieren al enlace un numero constante de intervalos T posteriores al que fueron generadas. En el ejemplo de la figura 1.2 el retardo es de 4T.

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Multiplexacion por división de tiempo asincrónica El objetivo de la multiplexacion asincrona es maximizar la utilizacion de la capacidad de enlace, especialmente cuando es atacado por fuentes que generan informacion a tasa variable. En este caso no hay presasignacion de renuras temporales, por lo que las unidades de informacion generadas por cada una de las fuentes debe de identificarse mediante una etiqueta y asi, en el otro extremo del enlace puede conocerse a que fuente pertenece. El conjunto etiqueta mas unidad de informacion se denominan en muchos casos paquete. El multiplexor explora de forma continuada los buffers asociados a cada una de las fuentes en busca de paquetes que transferir al enlace. En el ejemplo se hace de forma secuencial, pero otros tipos de exploracion son posibles. El algoritmo de exploracion que se sigue en el multiplexor, es decir, la regla que permite seleccionar la siguiente unidad de informacion que se transmitira, se denomina “disciplina de servicio”.

Comparación de multiplexaciones TDM síncrona y estadística En la figura 3.23, se compara los métodos de multiplexacion sincrónica y estadística cuando algunos de los dispositivos no tiene datos para enviar. En tal caso, en el TDM síncrono aparecen ranuras vacías que muestran la ineficiencia de este método. Sin embargo, el TDM estadístico como se observa es mucho más eficiente con el medio físico, enviando los datos en menos tiempo.

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FDM División de frecuencia Permite compartir la banda de frecuencia disponible en el canal de alta velocidad, al dividirla en una serie de canales de banda más angostos, de manera que se puedan enviar continuamente señales provenientes de diferentes canales de baja velocidad sobre el canal de alta velocidad. Multiplexación por división de frecuencia o longitud de onda: esta técnica emplea determinadas características de la señal y el medio por el que se transmite. Si se utilizan señales eléctricas o electromagnéticas, a cada comunicación se le asigna una frecuencia diferente, de forma que éstas no se mezclan ni se interfieren. Si se utiliza la luz como señal de transmisión, a cada comunicación se le puede asignar una longitud de onda distinta. Este proceso se utiliza, en especial, en líneas telefónicas y en conexiones físicas de pares trenzados para incrementar la velocidad de los datos. En el extremo de la línea, el multiplexor encargado de recibir los datos realiza la demodulación la señal, obteniendo separadamente cada uno de los subcanales. Esta operación se realiza de manera transparente a los usuarios de la línea. Se emplea este tipo de multiplexación para usuarios telefónicos, radio, TV que requieren el uso continuo del canal. Este proceso es posible cuando la anchura de banda del medio de transmisión excede de la anchura de banda de las señales a transmitir. Se pueden transmitir varias señales simultáneamente si cada una se modula con una portadora de frecuencia diferente, y las frecuencias de las portadoras están lo suficientemente separadas como para que no se produzcan interferencias. Cada subcanal se separa por unas bandas de guarda para prevenir posibles interferencias por solapamiento. La señal que se transmite a través del medio es analógica, aunque las señales de entrada pueden ser analógicas o digitales. En el primer caso se utilizan las modulaciones AM, FM y PM para producir una señal analógica centrada en la frecuencia deseada. En el caso de señales digitales se utilizan ASK, FSK, PSK y DPSK. En el extremo receptor, la señal compuesta se pasa a través de filtros, cada uno centrado en una de las diferentes portadoras. De este modo la señal se divide otra vez y cada componente se demodula para recuperar la señal. La técnica de FDM presenta cierto grado de normalización. Una norma de gran uso es la correspondiente a 12 canales de voz, cada uno de 4.000 Hz (3.100 para el usuario y el resto para la banda de guarda) multiplexado en la banda de 60-108 Khz. A esta unidad se 13


le llama grupo. Muchos proveedores de servicios portadores ofrecen a sus clientes una línea alquilada de 48 a 56 Kbps, basada en un grupo. Ventajas de FDM 1. Aquí el usuario puede ser añadido al sistema por simplemente añadiendo otro par de modulador de transmisor y receptor demoduladores. 2. El sistema de FDM apoya el flujo de dúplex total de información que es requerido por la mayor parte de la aplicación. 3. El problema del ruido para la comunicación análoga tiene menos el efecto. Desventajas de FDM 1. En el sistema FDM, el coste inicial es alto. Este puede incluir el cable entre los dos finales y los conectores asociados para el cable. 2. En el sistema FDM, un problema para un usuario puede afectar a veces a otros. 3. En el sistema FDM, cada usuario requiere una frecuencia de portador precisa. Debemos suponer que la línea de transmisión posee un ancho de banda mayor que el que requerirá la conexión para una sola información. Por ejemplo, si tuviéramos que enviar tres informaciones X, Y y Z cada una de ellas con un ancho de banda B, entonces un medio de transmisión único para enviar estas informaciones requeriría al menos un ancho de banda equivalente a 3B. El grafico a continuación explica el anterior ejemplo:

En resumen, es posible utilizar tecnología FDM cuando el ancho de banda útil del medio de transmisión supera el ancho de banda requerido por las señales a transmitir. Es posible transmitir información de manera simultánea si cada una de ellas se modula con una frecuencia portadora diferente y estas portadoras se encuentran lo suficientemente separadas para que los anchos de banda de estas no solapen de manera significativa. Gráficamente lo podemos expresar como sigue:

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La grafica considera la entrada de n líneas a un multiplexor, el cual modula a una frecuencia diferente (f1, f2, f3,…, fn). Cada función modulada precisa un cierto ancho de banda centrado alrededor de su frecuencia portadora, denominado canal. Para evitar interacción entre ellos, los canales se separan mediante bandas de guarda o de seguridad, que constituyen espacios del espectro no utilizados. La señal combinada (o compuesta) transmitida a través del medio de transmisión es analógica. Ello independientemente de que las señales de entradas sean analógicas o digitales. En el caso de señales digitales, estas se deben pasar por un dispositivo MODEM (modulador-demodulador) para ser convertidas en señales analógicas. En el caso de analógicas se deben modular para trasladarlas a la banda de frecuencia apropiada.

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transmisión como en recepción:

El ancho de banda total para un sistema de tecnologia FDM será el ancho de banda correspondiente a la señal i-esima.

donde Bi es

Un sistema FDM como el mostrado en la grafica pone de manifiesto dos problemas que seria presentes: a) La Diafonia que apareceria cuando los espectros de señales componentes adyacentes se traslapen de manera significativa. b) El ruido de intermodulacion que se produce por la no linealidad en el transmisor, en el receptor o el sistema de transmision.

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WDM División de longitud Esta tecnología es conceptualmente la misma FDM, exceptuando que la MUX y DEMUX involucran señales luminosas transmitidas a través de canales de fibra óptica. La idea es la misma: se combinan distintas señales sobre frecuencias diferentes, con la diferencia que estas son valores altos (rango de la luz). La siguiente grafica muestra el proceso MUXDEMUX WDM:

Las señales resultantes son combinadas y transmitidas simultáneamente a través de la misma fibra óptica. La tecnología conocida como Multicanalización por División de Longitud de Onda (WDM, por sus siglas en inglés), a pesar de existir desde hace varios años, es hoy en día uno de los temas de mayor interés dentro del área de la infraestructura de redes ópticas. En los Estados Unidos, en donde las redes de fibra óptica han evolucionado considerablemente, WDM se ha consolidado como una de las tecnologías favoritas, debido a las enormes ventajas que ofrece en la optimización del uso del ancho de banda. Su implementación en los mercados de Europa, Asia y América Latina crece día con día, y son cada vez más las redes de cable que la utilizan para ofrecer multi-servicios. Los enlaces de comunicación óptica permiten el envío simultáneo de diferentes longitudes de onda a través de una sola fibra dentro de la banda espectral que abarca los 1300 y los 1600nm. Ésta es una importante característica, posible gracias a la tecnología WDM, que consiste en combinar varias longitudes de onda dentro de la misma fibra. Conceptualmente, esta forma de multicanalización es similar a FDM (Multicanalización por división de frecuencia, por sus siglas en inglés), utilizada en sistemas satelitales y de microondas. Mientras que FDM consiste en transmitir varias señales al mismo tiempo a través de un solo canal de banda ancha, modulando primero cada una de ellas en una subportadora distinta y, posteriormente, reuniéndolas para formar una sola señal, WDM 17


reúne diferentes longitudes de onda para formar la señal que se transmitirá. De manera similar a otras formas de multicanalización, WDM requiere que cada longitud de onda sea debidamente espaciada de las demás, con el objeto de evitar la interferencia intercanal. A pesar de que esta técnica de multicanalización, utilizada principalmente en redes de fibra óptica, se denomina de manera amplia WDM, es más común escuchar el término convencional DWDM (Multicanalización Densa por División de Longitud de Onda, por sus siglas en inglés), el cual, aunque no denota ninguna región de operación o condición de implementación adicional, toma su nombre a partir de una designación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y se refiere únicamente al espaciamiento requerido en la especificación UIT-T G.692. Actualmente, DWDM no es vista tan solo como una técnica para ampliar la capacidad de una red de fibra óptica, sino más bien, como una tecnología robusta en el "backbone" de redes multi-servicios y redes de acceso móvil, que permite satisfacer el crecimiento en volumen y complejidad que presentan los servicios de telecomunicaciones. Las principales ventajas que ofrece DWDM se enlistan a continuación: • Aumenta dramáticamente la capacidad de un punto a otro de la red de fibra óptica, lo cual es considerado la aplicación clásica de DWDM. Esto se debe principalmente a la posibilidad de transmitir varias señales dentro de una sola señal y a las altas tasas de transmisión que soporta. • Permite transportar cualquier formato de transmisión en cada canal óptico. Así, sin necesidad de utilizar una estructura común para la transmisión de señales, es posible utilizar diferentes longitudes de onda para enviar información síncrona o asíncrona, analógica o digital, a través de la misma fibra. • Permite utilizar la longitud de onda como una nueva dimensión, además del tiempo y el espacio, en el diseño de redes de comunicación.

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Los canales WDM se comportan como filtros que únicamente permiten el paso de las señales ópticas especificadas para cada canal, de tal forma que transmitir una señal de 1310nm a través de un canal de 1550nm no funcionaría. A pesar de que actualmente se desarrollan técnicas para alojar más de 2000 canales en una sola fibra, los multicanalizadores más comunes que existen cuentan con 2, 4, 8, 16, 32 ó 64 canales. Aquéllos que integran dos canales cuyas longitudes de onda se localizan entre las bandas de 1310 y 1550nm se conocen como WDMs de banda amplia. Un multicanalizador WDM de banda angosta es aquél que integra dos o cuatro canales dentro de la banda de los 1550nm. DWDM pertenece a esta categoría WDM de banda angosta y está diseñado para un espaciamiento entre canales de 100GHz (~0.8nm). Debido a este espaciamiento, DWDM puede acoplar ocho o más canales dentro de la banda de los 1550nm (Ver figura 1). Al momento de implementar tecnologías WDM, es muy importante que los multicanalizadores utilicen fuentes láser con diferentes longitudes de onda, y que estas fuentes se sintonicen de acuerdo a las longitudes de onda o bandas específicas del multicanalizador. De no utilizar las longitudes de onda correctas, el sistema podría no funcionar adecuadamente. Valdría la pena señalar que antes de implementar tecnología WDM eran necesarias dos fibras en un sistema de comunicación. Una de ellas estaría conectada al transmisor óptico, mientras que la otra provendría del receptor, permitiendo una comunicación bidireccional, conocida como "full-duplex". Con la llegada de WDM, sólo se requiere de una fibra para proporcionar comunicación "full-duplex", sin importar el número de canales que se tengan. Por ejemplo, en un sistema WDM de cuatro canales se tienen dos sistemas de comunicación a través de una sola fibra; para ocho canales WDM se mantendrían cuatro sistemas de comunicación en la misma fibra. En consecuencia, es muy notable la reducción de fibra óptica de la planta (Ver figura 2).

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CDM división de código El esquema de espectro expandido constituye una forma de codificación cada vez más importante en comunicaciones inalámbricas. Esta técnica no se puede encuadrar dentro delas técnicas de modulación y codificación definidas en el Capítulo 2, puesto que puede utilizarse para transmitir tanto datos analógicos como digitales, haciendo uso de una señal analógica. La técnica de espectro expandido fue originalmente desarrollada con objetivos militares y de inteligencia. La idea esencial subyacente en este tipo de esquema es la expansión de la señal de información en un ancho de banda superior con objeto de dificultar las interferencias y la intercepción. La primera variante de espectro expandido desarrollada fue la denominada por salto de frecuencias. Una forma más reciente de espectro expandido es la de secuencia directa. Ambas variantes se utilizan en numerosos estándares y productos en comunicaciones inalámbricas. Se describirá brevemente ambos tipos de esquemas de espectro expandido y seguidamente se estudiará una técnica de multiplexación de código para acceso múltiple basada en el esquema de espectro expandido.

Figura 3.43 Modelo general de un sistema de comunicación digital de espectro expandido El concepto de espectro expandido La figura 3.43 destaca las características principales de un sistema de espectro expandido. La entrada va a un codificador de canal que produce una señal analógica con un ancho debanda relativamente estrecho centrado en una frecuencia dada. Esta señal se modula posteriormente haciendo uso de una secuencia de dígitos conocida como código o secuencia de expansión. Generalmente, que no siempre, el código expansor se genera 21


mediante un generador de pseudoruido o números pseudoaleatorios. El efecto de esta modulación es un incremento significativo en el ancho de banda (expansión del espectro) de la señal a transmitir. El extremo receptor usa la misma secuencia pseudoaleatoria para demodular la señal de espectro expandido. Finalmente, la señal pasa a un decodificador de señal a fin de recuperar los datos. A través de este aparente desaprovechamiento de espectro se consigue: ·Más inmunidad ante diversos tipos de ruido y distorsión multitrayectoria. Las primeras aplicaciones del esquema de espectro expandido eran militares, donde se usaba por su inmunidad a interferencias. ·También puede utilizarse para ocultar y cifrar señales. Sólo un usuario que conozca el código expansor podrá recuperar la información codificada. ·Varios usuarios independientes pueden utilizar el mismo ancho de banda con muy pocas interferencias entre sí. Esta propiedad es usada en aplicaciones de telefonía celular a través del empleo de una técnica conocida como multiplexación por división de código (CDM,Cade División Multiplexing) o acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access). Conviene hacer comentario acerca de los números pseudoaleatorios. Estos números son generados por un algoritmo que utiliza un valor inicial llamado semilla. El algoritmo es determinista y, por tanto, genera secuencias de números que no son estadísticamente aleatorios; sin embargo, si el algoritmo es adecuado, dichas secuencias pueden superar diversas pruebas de aleatoriedad. Estos números se denominan a veces pseudoaleatorios y su principal característica radica en el hecho de que, a menos que se conozca el algoritmo y la semilla, es prácticamente imposible predecir la secuencia correspondiente. Por tanto, sólo un receptor que comparta esta información con el emisor está capacitado para decodificar correctamente la señal. Espectro expandido por Salto de Frecuencias En el esquema de espectro expandido por salto de frecuencias (FHSS, Frequency HoppingSpread Spectrum), la señal se emite sobre una serie de radiofrecuencias aparentemente aleatoria, saltando de frecuencia en frecuencia en intervalos fijos de tiempo. El receptor captará el mensaje saltando de frecuencia en frecuencia sincronizadamente con el transmisor. Por su parte, los receptores no autorizados escucharán una señal ininteligible. Sise intentase interceptar la señal, sólo se conseguiría para unos pocos bits. Espectro expandido por Secuencia Directa En el esquema de espectro expandido de secuencia directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum), cada bit de la señal original se representa mediante varios bits en la señal 22


transmitida, haciendo uso de un código de expansión. Este código expande la señal sobre una banda de frecuencias más ancha de forma directamente proporcional al número de bits considerados. Es decir, un código de expansión de 10 bits expande la señal a una banda de frecuencias de anchura 10 veces mayor que un código de expansión de 1 bit. Una técnica de espectro expandido de secuencia directa consiste en combinar la secuencia digital de entrada con el código expansor mediante la función XOR (Oexclusiva), De esta forma, un bit de información invierte los bits pseudoaleatorios, mientras que un bit de información igual a 0 hace que los bits pseudoaleatorios se transmitan sin ser invertidos. La cadena resultante tendrá la misma velocidad de transmisión que la secuencia original pseudoaleatoria, por lo que tendrá un ancho de banda mayor que la secuencia de información. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) CDMA es una técnica de multiplexación usada con el esquema de espectro expandido y que funciona como sigue. Supongamos una señal de datos de velocidad D, a la que llamaremos velocidad de bits. Se divide cada bit de la secuencia en k minibits («chips») de acuerdo a un patrón fijo específico para cada usuario, denominado código de usuario. El nuevo canal así obtenido tendrá una tasa de minibits igual a kD minibits/segundo. Para ilustrar esto, pensemos en un ejemplo sencillo con k = 6. Es sumamente simple caracterizar un código como una secuencia de valores 1 y -1. En la figura 3.44 se muestran los códigos correspondientes a tres usuarios, A, B y C, cada uno de los cuales se está comunicando con la misma estación base receptora, R. Así, el código para el usuario A es CA= <1, -1, -1, 1,-1, 1>. De forma análoga, el usuario B tiene el código CB= <1, 1, -1, -1, 1, 1>, y el usuario C el código CC = <1, 1, -1, 1, 1, -1>.

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Conclusi贸n

Para terminar con este tema vimos los diferentes tipos de multiplexacion, las cuales son TDM, FDM, WDM y CDM. Y como se lleva a cabo cada una de ellas en cuanto al env铆o de informaci贸n.

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1. Que es la multiplexacion? R= Es una técnica que permite que varias conexiones o múltiples flujos de información compartan un único medio de transmisión. Es por ello que el recurso de mayor interés es el ancho de banda que se mide en hertzios en los sistemas de comunicaciones analógicas, y en bits/seg en los sistemas de transmisión digital. 2. En donde se utiliza la tecnología del multiplexacion con mayor frecuencia? R= en redes de telefonía y en los servicios de difusión.

3. Cuál es la función de la multiplexacion? R= Si tiene n entradas en el lado del multiplexor (MUX) que se conectan a un demultiplexor (DEMUX) mediante un único enlace de datos. El enlace puede transportar n canales de datos independientes. La función del multiplexor es combinar (o multiplexar) los datos de las n líneas de entrada para su transmisión a través del enlace de datos de capacidad superior (ancho de banda). En el otro extremo, el demultiplexor (DEMUX) recibe la secuencia de los datos multiplexados e inicia el proceso de separación o demultiplexacion de acuerdo con el canal para luego enviarlos hacia las líneas de salida correspondientes. 4. Que es la multiplexacion TDM? R= Es cuando cada usuario del canal es asignado un pequeño intervalo de tiempo durante el cual se puede transmitir un mensaje. 5. Cuáles son las ventajas de la multiplexacion TDM?

R= Esto usa unos enlaces solos. Esto no requiere al portador preciso que empareja a ambo final de los enlaces. El uso de la capacidad es alto. Cada uno para ampliar el número de usuarios en un sistema en un coste bajo. No hay ninguna necesidad de incluir la identificación de la corriente de tráfico en cada paquete. 6. Cuáles son las desventajas de la multiplexacion TDM?

R= La sensibilidad frente a otro problema de usuario es alta. El coste inicial es alto. La complejidad técnica es más. El problema del ruido para la comunicación análoga tiene el mayor efecto.

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7. Por qué se le conoce a la multiplexacion TDM como TDM síncrona? R= porque el multiplexor asigna siempre la misma ranura de tiempo a cada dispositivo de manera exacta, tanto si el dispositivo tuviese datos que transmitir, como si no los tuviese. Cada vez que le toque su tiempo asignado, el dispositivo tiene la oportunidad de enviar una porción de sus datos. Si el dispositivo es incapaz de transmitir o no dispone de datos para enviar, la ranura de tiempo correspondiente permanecerá vacía. 8. Por qué el TDM asíncrona es más eficiente que el TDM síncrona? R= puesto que no se malgastaría la capacidad de la línea de transmisión con ranuras de tiempo que no llevan bits. 9. En que consiste la estrategia de TDM de asignación de múltiples ranuras?

R= Esta estrategia consiste en asignar más de una ranura en una trama a un mismo dispositivo de entrada.

10.En que consiste la multiplexacion multinivel? R= Esta estrategia consiste en multiplexar en varios niveles. Por ejemplo, se tienen que enviar datos a 3 dispositivos A, B y C. Ademas, se sabe que los dispositivos A y B tienen una tasa de 10 Kpbs y el dispositivo C una tasa del doble es decir, 20Kpbs. Entonces, se puede multiplexar A y B y posteriormente, como si formasen una única fuente AB, luego multiplexar C con la fuente AB que se obtiene como resultado de la multiplexacion anterior.

11.Cual es el objetivo de la multiplexacion asincrona? R= es maximizar la utilizacion de la capacidad de enlace, especialmente cuando es atacado por fuentes que generan informacion a tasa variable.

12.De qué trata la multiplexación por división de frecuencia o longitud de onda? R= esta técnica emplea determinadas características de la señal y el medio por el que se transmite. Si se utilizan señales eléctricas o electromagnéticas, a cada comunicación se le asigna una frecuencia diferente, de forma que éstas no se mezclan ni se interfieren.

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Unidad 5  

Multiplexación

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