c(t) - PoliformaT

Sistemas de Telecomunicación Privados
Técnicas de Acceso Múltiple al Medio
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
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1
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 eficiente (poco retardo, medio
utilizado al máximo)
– Flexible (distintos tipos de tráfico y de servicios)
– Robusto (frente a efectos de propagación, ruido, interferencias,
etc.)
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2
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
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3
FDMA
Código
• Se asigna una única frecuencia o
canal a cada usuario. Estos canales
se asignan bajo demanda a medida
que solicitan servicio (DAMA) o bien
pueden estar asignados de modo
Frecuencia
permanente (PAMA)
Tiempo
• Durante la duración de la llamada o intercambio de
información, ningún otro usuario puede compartir esta misma
frecuencia
• 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)
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FDMA
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5
FDMA-Ventajas e Inconvenientes
• Ventajas
–
–
–
–
Equipamiento sencillo de traslación en frecuencia
No precisa sincronización temporal del sistema
El receptor es básicamente un filtro “pasa-banda”
No se precisa coordinación o sincronización entre
usuarios
• Inconvenientes
– Los filtros en recepción deben ser precisos y de
banda estrecha
– Se precisan bandas de guarda
– Poco eficiente en entornos multi-camino
– Se consume mucha potencia
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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.
Código
Frecuencia
Tiempo
• TDMA comparte una única frecuencia 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 ráfagas, 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 información de control
• Dado que se utilizan distintos slots para transmisión y
recepción, no se precisan duplexores
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TDMA
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TDMA-Ventajas e Inconvenientes
• Ventajas
– Se evitan procesos de filtrado 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
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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
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SSMA
• Se reparte la señal en un rango amplio de frecuencia,
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 difíciles de detectar y de
decodificar. De hecho, a un observador externo le
parecerá “ruido”
• Poco sensibles a las interferencias procedentes de otros
usuarios
• Dos modalidades
– Espectro ensanchado por saltos de frecuencia (FHSS)
– Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS)  CDMA
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SSMA
• Esquema general de un sistema spread spectrum
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FHSS
• La frecuencia del canal cambia
cada cierto tiempo (Tsalto) siguiendo
una determinada secuencia
• Esta secuencia constituye el código
del Sistema
• Para la transmisión en cada una de
las distintas frecuencias, 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
frecuencia en cada salto. Por tanto,
debe conocer y compartir el mismo
código
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FHSS
• Esquema básico transmisor - receptor
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FHSS - Modalidades
• Salto en frecuencia lento (SFH)
– Tsalto >> Tbit
• Salto en frecuencia rápido (FFH)
– Tsalto << Tbit  ofrece mejor rendimiento ante
el ruido pero es más complejo
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FHSS – Ancho de Banda
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FHSS
• Ventajas
– Resistente al multi-camino ya que cada salto se ve
afectado de modo distinto por este efecto
– Muy resistente a interferencias de banda estrecha
– Permite un número de usuarios mayor que los
canales disponibles
– La banda de frecuencias asignada no tiene por qué
ser continua
• Inconvenientes
– Se precisa un sintetizador de frecuencia muy
sofisticado y caro
– Combina los problemas de FDMA y TDMA
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CDMA
Tb
Transmisor DS-CDMA:
BIT
+1
MODULADOR s1(t)
d(t)
BPSK
d1(t)
-1
CHIP
c1(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
Tb
Gp 
Tc
+1
c1(t)
-1
+1
Ensanchamiento
espectral
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s1(t)
-1
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Tc
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CDMA
Transmisor DS-CDMA:
d(t)
s(t)
d(t)
MODULADOR
BPSK
SEÑAL DE
DATOS
f
0 1/Tb
c(t)
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
c(t)
SECUENCIA
CÓDIGO
f
0
1/Tc
s(t)
SEÑAL
TRANSMITIDA
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f
0
1/Tc
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CDMA
+1
Receptor DS-CDMA:
Tb
s(t)
Tb
s(t)

c(t)
-1
(. ) dt
0
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
+1
c(t)
-1
+4
.
d(t)
-4
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. .
.
20
CDMA
Receptor DS-CDMA:
Tb
Tb
s(t)

c(t)
(. ) dt
s(t)
SEÑAL
RECIBIDA
f
0
1/Tc
0
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
c(t)
SECUENCIA
CÓDIGO
f
0
1/Tc
r(t)
SEÑAL
RECUPERADA
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f
0 1/Tb
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CDMA
• Cada usuario transmite su señal SS con una secuencia código distinta, en
principio ORTOGONALES entre sí
TRANSMISOR
CDMA
0
1/Tc
TRANSMISOR
CDMA
0
1/Tc
TRANSMISOR
CDMA
0
1/Tc
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f
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CDMA
Receptor DS-CDMA:
d1(t)+d2(t)c2(t)c1(t)+d3(t)c3(t)c1(t)
Tb
Tb
s1(t)+s2(t)+s3(t)

c1(t)
(. ) dt
0
GENERADOR
SECUENCIA
CODIGO
Por ejemplo:
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c1(t)= (+1 –1 +1 –1)
c2(t)=(+1 –1 –1 +1)
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CDMA
+1
+1
s2(t)
s1(t)
-1
-1
+1
+1
c1(t)
c1(t)
-1
-1
+4
d1(t)
-4
.
. .
.
+4
-4
. . . .
• Si los códigos fuesen ortogonales y los usuarios estuvieran perfectamente
sincronizados el receptor rechazaría totalmente la señal de los demás usuarios
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24
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
+1
s2(t)
-1
+1
c1(t)
-1
1
Ejemplo: diferencia Tc
c1(t)= (+1 –1 +1 –1)
c2(t)=(+1 –1 –1 +1)
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+4
. . . .
-4
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CDMA
• En la práctica los códigos no son ortogonales, por lo que los usuarios
simultáneos se originan un cierto nivel de interferencia, que puede
asimilarse a ruido
TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMA
TRANSMISOR
CDMA
0
0
0
RECEPTOR
CDMA
1/Tc
RECEPTOR
CDMA
1/Tc
1/Tc
Sistemas de Telecomunicación Privados
f
0 1/Tb
1/Tc
0 1/Tb
1/Tc
0 1/Tb
1/Tc
f
f
RECEPTOR
CDMA
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f
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CDMA
 C  Pu
  
 I i Pi
 C  PuTb
  
 I o PiTc
RECEPTOR
CDMA
C 
    Gp
 I i
La ganancia de procesado es
una medida del grado de protección
que se tiene frente a interferencias
Gp
f
0
1/ T
1/ T
b
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c
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CDMA
Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
SF=2 chips/bit
+1
d1(t)
-1
+1
c1(t)
-1
+1
Velocidad de chip fija
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ss1(t)
-1
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Tc
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CDMA
Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
SF=4 chips/bit
+1
d1(t)
-1
+1
c1(t)
-1
+1
Velocidad de chip fija
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ss1(t)
-1
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Tc
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CDMA
Capacidad de un sistema CDMA :
• La tasa de chip (salida del
transmisor CDMA) suele ser
constante y lo que varía en los
sistemas CDMA es la tasa de
información transmitida (bits/s), lo
que se traduce en distintos factores
de ensanchado para distintas
velocidades de transmisión de
información.
SF=8 chips/bit
+1
d1(t)
-1
+1
c1(t)
-1
+1
Velocidad de chip fija
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ss1(t)
-1
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Tc
30
CDMA
SF=2 chips/bit
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
d(t)
SEÑAL DE
DATOS
0
1/ T
f
b
c(t)
SECUENCIA
CÓDIGO
f
0
1/Tc
0
1/ T
s(t)
SEÑAL
TRANSMITIDA
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f
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c
31
CDMA
SF=4 chips/bit
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
d(t)
SEÑAL DE
DATOS
0
f
1/ T b
c(t)
SECUENCIA
CÓDIGO
f
0
1/Tc
0
1/ T
s(t)
SEÑAL
TRANSMITIDA
Sistemas de Telecomunicación Privados
f
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c
32
CDMA
SF=8 chips/bit
Los servicios de mayor velocidad binaria
(mayor ancho de banda) generan más
potencia interferente reduciendo la capacidad
d(t)
SEÑAL DE
DATOS
f
0 1/ T b
c(t)
SECUENCIA
CÓDIGO
f
0
1/Tc
0
1/ T
s(t)
SEÑAL
TRANSMITIDA
Sistemas de Telecomunicación Privados
f
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c
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CDMA
• Ventajas
– Muy difícil de detectar, y por tanto de “escuchar”
– Protección contra multi-camino (el espectro ensanchado implica
diversidad en frecuencia)
– Flexible, resulta sencillo cambiar tanto la tasa de transferencia
como el código de ensanchado
– Protección contra interferencias
– No existe un límite en cuanto al número de usuarios
• Inconvenientes
– Se precisa sincronización entre emisor y receptor
– Equipos caros
– Auto-interferencias si los códigos de los usuarios no son
totalmente ortogonales
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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 full-duplex
• Se emplean dos métodos principalmente:
– FDD: Frequency Division Duplexing
– TDD: Time Division Duplexing
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Duplexado de las comunicaciones
FDD
BW
DL
Banda
guarda
UL
UE
tiempo
ESTACIÓN BASE
TDD
Tiempo de
guarda
DL
UL
DL
tiempo
BW
UE
ESTACIÓN BASE
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¿Preguntas, Sugerencias?