Acceso multiple by Luis Camacho

TEMA IV

Técnicas de Acceso Múltiple El concepto de múltiple acceso, involucra sistemas que hacen posible que múltiples estaciones terrenas, interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un simple transponder. Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o canales múltiples, los cuales incluyen señales de voz, datos o video.

Clasificación según la Asignación de Canal El canal utilizado por un sistema satelital puede estarle asignado de forma permanente (fijo) o por el contrario, mediante un sistema de control, ir asignando los canales dinámicamente según los requerimientos que se presenten (asignación por demanda). Dependiendo de las características de la red y del tráfico, se emplea una u otra técnica de ASIGNACION DE CANAL de comunicación.

Clasificación según la Asignación de Canal Esta clasificación contempla: 1. PAMA (Permanently Assigned Multiple Access ): Cada canal de cada estación tiene asignada permanentemente una parte de la capacidad en frecuencia del transpondedor para FDMA o TDMA 2. DAMA (Demand Assigned Multiple Access): Las estaciones no tienen asignadas en forma permanente una frecuencia de FDMA o una ráfaga de TDMA. Se asigna según la demanda.

Clasificación según la Asignación de Canal Esta clasificación contempla: 3. RMA (Random Multiple Access): en el momento en que una estación requiere comunicarse utiliza un intervalo de tiempo de transmisión cualquiera en una portadora.

Comparación entre Asignación de Canal FIJA y DINAMICA ASIGNACIÓN FIJA a) Aspectos positivos: 1.Al no necesitar control, es mucho más SIMPLE. 2.Al no existir el bloqueo (del canal), la DISPONIBILIDAD es absoluta: cada vez que desee transmitir, podrá hacerlo. b) Aspectos negativos: 1. Este tipo de asignación desperdicia ANCHO DE BANDA, lo que en comunicación vía satélite, no se puede permitir.

Comparación entre Asignación de Canal FIJA y DINAMICA ASIGNACIÓN DINAMICA a) Aspectos positivos: 1.Optimiza la utilización del ANCHO DE BANDA, lo cual es primordial en el tipo de comunicaciones que se estudian. b) Aspectos negativos: 1.Ahora aparece el concepto de BLOQUEO, pudiendo encontrarse una estación con información para enviar y no encontrar un canal libre para transmitir.

Comparación entre Asignación de Canal FIJA y DINAMICA ASIGNACIÓN DINAMICA b) Aspectos negativos: 2)Se necesita un canal de control de las asignaciones de frecuencias, lo que se traduce en un AUMENTO de la COMPLEJIDAD.

Técnicas de Acceso Múltiple Existen muchas implementaciones específicas de sistemas de múltiple acceso, pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales: a) Frecuency-Division Multiple Access (FDMA): Acceso Múltiple por División de Frecuencias. b) Time-Division Multiple Access (TDMA): Acceso Múltiple por División de Tiempo c) Code-Division Multiple Access (CDMA): Acceso Múltiple por División de Código

Comparación entre las Técnicas de Acceso Múltiple

MÉTODO

DESCRIPCIÓN

VENTAJAS

DESVENTAJAS

FDMA

Asignación de Frecuencias, acceso -Requiere backoff de intermodulación continuo y controlado del canal. Se -Disponibilidad fija del canal (bandas de guarda), esto reduce el recomienda cuando existen pocos nodos -No se requiere control centralizado caudal eficaz del transponder. con mucho tráfico, con poco ancho de -Terminales de bajo costo. -Sistema muy rígido, cambios en la red banda a velocidades bajas (menores que -Usuarios con diferentes capacidades hace difícil el reasignamiento. 128 Kbps). SCPC/FDMA tiene una pueden ser acomodados. -El ancho de banda se incrementa capacidad del 100% (cero retardos) conforme el numero de nodos aumenta.

TDMA

Asignación de ranuras de tiempo. Cada -Tiempos de guarda y encabezados portadora ocupa diferente ranura. Se el caudal eficaz. recomienda para muchos nodos con -Optimización del ancho de banda reducen -La potencia y ancho de banda del -Requiere de sincronización trafico moderado. DAMA se recomienda para muchos nodos con transpondedor es totalmente utilizado. centralizada. -Terminales de alto costo poco tráfico. TDMA tiene una capacidad del 60% al 80%.

CDMA

Asignación de códigos a cada usuario. CDMA Capacidad del canal del 10%.

- Requiere de gran ancho de banda. - Existe un número limitado de códigos -Se trasmite a baja potencia ortogonales. -Control no centralizado, canales fijos. - Trabajan solo eficientemente con -Inmune a la interferencia. velocidades preseleccionadas.

Multiplexi贸n Los requerimientos de los usuarios son fijos o var铆an muy lentamente en el tiempo. La distribuci贸n de los recursos es asignada a priori y se lleva a cabo entre sitios no muy lejanos (por ejemplo, dentro de un circuito). En este caso el recurso de comunicaci贸n es suficiente para todos los usuarios.

Acceso Múltiple La distribución de recursos se lleva a cabo entre sitios remotos (por ejemplo, satélites). La asignación de recursos se realiza en forma dinámica, en función de las necesidades de los usuarios, consiguiéndose una distribución de recursos más eficiente. Existe la pérdida de una pequeña fracción de tiempo y/o ancho de banda, para que el controlador reciba la información sobre las necesidades de los usuarios.

Acceso Múltiple Es posible que el recurso de comunicación no alcance a satisfacer las necesidades de comunicación de todos los usuarios simultáneamente, produciéndose una disputa por la utilización del recurso. Por este motivo, se deben acordar y cumplir ciertas reglas que pongan un equilibrio en el sistema.

Frecuency-Division Multiple Access Este tipo de (FDMA) sistemas canalizan

el transpondedor usando múltiples portadoras, donde a cada portadora se le asigna un par de frecuencias. El ancho de banda total utilizado dependerá del número total de portadoras. Existen dos variantes de esta técnica: SCPC (Single Channel Per Carrier) y MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA) Ejemplo para un Sistema Satelital

Ejemplo para un sistema de comunicaci贸n de voz

Frecuency-Division Multiple Access En banda C, (FDMA) cada satélite tiene permitido el uso de un ancho de banda de 500 MHz. Típicamente cada satélite tiene 12 transponders de 36 MHz cada uno y los restantes 68 MHz del ancho de banda del satélite, se usan para control. El más común de los transponders opera en el modo multidestino en FDM/FM/FDMA. La mayor ventaja que tiene FDMA sobre TDMA es su simplicidad. FDMA no requiere sincronización y cada canal es casi independiente de los restantes.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)

FDM/FM/FDMA

FDM: Señales como las de teléfono (SSB) se les hace FDM para formar una señal “compuesta”. FM: Con esta señal compuesta se produce modulación en frecuencia y luego es transmitida al satélite. FDMA: Se asignan subdivisiones del ancho de banda de 36 MHz a distintos usuarios.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)

Distribuci贸n de potencia en FDMA

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA) Esquema de generaci贸n de FDM

Frecuency-Division Multiple Access FDMA-SPADE

Desarrollado por Comsat y permite asignación por demanda de FDMA. Se empleó en el Intelsat IV. La técnica se llamó SPADE (Single Chanel per carrier PCM Multiple Access Demand Assignment Equipment) Utilizado para dar servicios de comunicación a países que tienen poco trafico entre sí, pero que por supuesto necesitan comunicarse ocasionalmente.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

Consiste en un transpondedor de 36 MHz ranurado en 800 secciones capaces de conducir simultáneamente 400 conversaciones telefónicas (400 ranuras se emplean para los canales de ida y 400 para los de retorno). Cada una de las ranuras tiene su frecuencia portadora y puede ser utilizada temporal o indistintamente por cualquiera de los países que integran al sistema, sincronizándose con el banco central de frecuencias mediante un canal digital de solicitudes.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

Los canales de voz poseen dos frecuencia, una para subir (ida) y otra para bajar (regreso). La portadora para CSC es de 51.965 MHz

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE 51.885MHz+80KHz=51.965 MHz

52MHz+22.5KHz=52.0225 kHz

Portadora Canal 3

36 MHz

128 BCSC = = 64 kHz 2 Bguarda CSC = 160 kHz − 64 kHz = 96 kHz Bguarda CSC L ,H

96 = kHz = 48 kHz 2

BCH VOZ =

64 bps( QPSK )

BCH voz nominal

2 =45 kHz

=32 kHz

Bguarda CH voz =45 kHz −32 kHz =13 kHz 13 kHz Baporte de cada CH voz = =6,5 kHz 2

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE Estructura de la trama TDM para CSC

Cada estaci贸n terrestre transmite en el canal CSC solo durante su ranura de tiempo de 1 ms que le fue pre-asignada. El c贸digo CSC se usa para establecer y desconectar enlaces de banda de voz entre dos estaciones terrestres usuarias, cuando se usa asignaci贸n de canal por demanda.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE Ejemplo de aplicación: Según el esquema anterior, una estación terrena de usuario ubicada en el Auyantepuy, Estado Bolívar (Estación 1), desea establecer un enlace de banda de voz, entre ella y Carora, Estado Lara (Estación 2).

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE Mecanismo de Establecimiento del enlace La Estación 1 selecciona aleatoriamente un canal de voz que no esté trabajando. Entonces transmite un mensaje en código binario a estación 2, en el canal CSC durante su ranura de tiempo respectiva, solicitando que se establezca un enlace en el canal seleccionado aleatoriamente. La Estación 2 responde en el canal CSC durante su ranura de tiempo con un código binario ya sea confirmando o negando el establecimiento de la conexión. El proceso de desconexión es similar.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE SCPC (Single Channel per Carrier) Como en el sistema SPADE, cada ranura tiene su propia frecuencia portadora y su ancho de banda es ocupado por un solo canal telefónico modulado, esta forma de transmisión se le llama canal único por portadora o SCPC, y aún cuando en este caso la asignación es por demanda, es fácil comprender que puede haber otros sistemas domésticos o internacionales con SCPC, pero de asignación fija.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE SCPC (Single Channel per Carrier) Así mismo, e independientemente de sí se tenga asignación fija o por demanda, un canal SCPC no necesariamente debe conducir telefonía análoga, sino que puede contener un canal telefónico digitalizado o un canal de datos de baja velocidad transmitido con modulación digital, de la cual hay varias ocupaciones utilizadas a la vez en la práctica.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE SCPC (Single Channel per Carrier) El servicio establece una portadora por cada enlace (a manera de un canal dedicado), el cual por lo general, es de naturaleza Point to Point (punto a punto).

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE Ventajas de SCPC Carrier)

(Single Channel per

1. Enlaces satelitales nacionales e internacionales con velocidades desde 9.6 Kbps hasta 2.048 Mbps, con posibilidad de utilizar Frame Relay. 2.Enlaces punto a punto entre las ciudades por medio de estaciones terrenas ubicadas estratĂŠgicamente.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE Ventajas de SCPC Carrier)

(Single Channel per

3.Administraci贸n de la capacidad del canal de acuerdo a sus caracter铆sticas de tr谩fico. 4.Alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad de la informaci贸n transmitida.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)

MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

Este sistema FDMA se basa en la asignación de una portadora por estación conectada, teniendo una capacidad de N portadoras. Además, el ancho de banda es asignado según tráfico y la demanda que se cursa en el satélite. El acceso al medio puede ser FDM/FDMA o TDM/FDMA.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)

MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

Así los terminales adquieren un canal dentro de la portadora según una disciplina FDM o TDM, estos una vez multiplexados en banda base, se modulan analógica o digitalmente y son transmitidos mediante una disciplina FDMA desde y hacia el satélite. El sistema asigna una portadora por enlace, así hay N·(N-1) portadoras en transmisión. El ancho de banda es asignado según el tráfico que se demanda.

Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

Time-Division Multiple Access

Time-Division Multiple Access (TDMA) El TDMA es un método de multiplexado por división de tiempo que multiplexa portadoras moduladas digitalmente entre las estaciones terrestres participantes en la red satelital, empleando un satélite transpondedor común. Existen otras variantes a este método, el más conocido es DAMA (Demand Access Multiple Access), el cual asigna ranuras de tiempo de acuerdo a la demanda del canal.

Time-Division Multiple Access (TDMA) En el TDMA cada estación terrestre transmite una ráfaga corta de una portadora modulada digitalmente, durante una ranura precisa de tiempo dentro de una trama TDMA.

Cada estación terrestre recibe las ráfagas de todas las La ráfaga de cada estación se sincroniza de tal modo que demás estaciones y debe seleccionar de entre ellas el llegue al satélite transpondedor en distinto momento. trafico destinado a ella.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA La estructura básica de una trama de TDMA tiene la forma siguiente…

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA Ráfaga de Todas las ráfagasreferencia se sincronizan separada referencia según se muestra a

Ráfaga de referencia dentro de preámbulo de un canal

a una ráfaga de continuación.

Tiempo de espera entre ráfagas adyacentes

Pico de correlación: momento exacto en que termina la secuencia UW

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama bรกsica de TDMA: Rรกfaga de Referencia Permite la recuperaciรณn de portadora de frecuencia y fase coherentes para demodular PSK

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA: Ráfaga de Referencia Secuencia binaria para recuperación de sincronización de bits o señal de reloj.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA: Ráfaga de Referencia Palabra Única: empleada para establecer referencia precisa de tiempo. La emplea cada estación para sincronizar la transmisión de su ráfaga.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA: Preámbulo de la Estación En el proceso de transmisión, cada estación precede los datos a transmitir con un PREAMBULO Cada estación recibe la transmisión suya y la de las demás estaciones, por lo tanto, todas las estaciones deben recuperar la información de la portadora y del reloj, antes de demodular los datos.

Ráfaga de referencia como preámbulo de un canal

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA: Palabra Única Cada receptor de estación demodula e integra la secuencia UW. La UW es una secuencia de veinte “1” binarios sucesivos y terminada en un “0” lógico. El integrador y el detector de umbral se diseñan de tal forma que se alcance el voltaje umbral exactamente cuando se integre el último bit de la secuencia UW.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama bรกsica de TDMA: Rรกfaga de Referencia

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama básica de TDMA: Palabra Única

Cada estación espera distintas longitudes de tiempo para transmitir. NO hay dos estaciones que transmitan su información al mismo tiempo.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Aplicaci贸n de TDMA: Trama de CEPT Se analiza a continuaci贸n la trama TDMA de la conferencia de Telecomunicaciones y Administraciones Postales Europeas (CEPT). Emplea la estrategia de procesar y almacenar (temporalmente) las se帽ales de banda de voz antes de transmitirlas. Las estaciones terrestres solo pueden transmitir durante su ranura de tiempo especifica.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Diagrama de un transmisor de trama CEPT • Tiene 16 canales de entrada de ancho de banda 4 kHz c/u. • Muestreo a 16 kHz • Codificación de 8 bits.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Diagrama de un transmisor de trama CEPT โ ข Las 16 entradas de 128 Kbps se multiplexan por divisiรณn de tiempo en una sub-trama.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Diagrama de un transmisor de trama CEPT

• La salida del TDM se pasa al registro de memoria de entrada. • El proceso se repite 32 veces • Se almacenan 32 sub-tramas, dando 4096 bits. • Lleno el registro, se envía a la etapa siguiente.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Diagrama de un transmisor de trama CEPT â&#x20AC;˘ El registro de memoria de entrada pasa los datos la conversor paralelo serie. â&#x20AC;˘ Se transmiten los datos a una velocidad de 120.832 Mbps hacia el modulador en la etapa siguiente.

Time-Division Multiple Access (TDMA) Trama primaria del sistema CEPT La trama primaria del sistema CEPT se conforma de la siguiente manera • Son 32 sub-tramas de 8 bits cada una, de cada uno de los 16 canales de voz, produciendo así 4096 bits. • Cada sub-trama dura 62.5 us, al ser 32 subtramas la duración de la trama será 2 ms (32 X 62.5 32us)