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Unidad II. Técnicas de Acceso Multiple

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Fausto Octavio García Ovilla

on 29 November 2014

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Transcript of Unidad II. Técnicas de Acceso Multiple

Justificación del acceso múltiple
Los avances en la tecnología mantienen el interés por los sistemas de comunicaciones por satélite usando estaciones terrenas pequeñas, tanto fijas en sistemas VSAT como móviles en sistemas MSAT
Técnicas FDMA
Frequency Division Multiplex Access
Multiplexación por división en frecuencia
Técnicas TDMA
Time Division Multiplex Access
multiplexación por tiempo
Técnicas CDMA
Code Division Multiplex Access
Multiplexación por división en Código
Unidad II. Técnicas de Acceso Multiple
Maestria en Telecomunicaciones
ASIGNACIÓN DINAMICA

a) Aspectos positivos:
Optimiza la utilización del ANCHO DE BANDA, lo cual es primordial en el tipo de comunicaciones que se estudian.

b) Aspectos negativos:
Ahora aparece el concepto de BLOQUEO, pudiendo encontrarse una estación con información para enviar y no encontrar un canal libre para transmitir.

Esta clasificación contempla:

RMA (Random Multiple Access): en el momento en que una estación requiere comunicarse utiliza un intervalo de tiempo de transmisión cualquiera en una portadora.


Asignación
de canales



ASIGNACIÓN FIJA

a) Aspectos positivos:
Al no necesitar control, es mucho más SIMPLE.
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

Las Redes de Conmutación de Circuitos Digitales por Satélite optimizan el uso de los segmentos espaciales del satélite mediante los Sistemas de Acceso Múltiple de Asignación bajo Demanda (D.A.M.A.).
En estos sistemas, un conjunto de estaciones pueden disponer de un conjunto de portadoras digitales, a las cuales tienen acceso, así, cuando una de estas estaciones necesite un circuito con cualquier otra estación en la red, pide el establecimiento de un enlace, del cual se dispone inmediatamente. Una vez que la comunicación se termina, las portadoras utilizadas se liberan y pueden ser usadas en cualquier otro enlace.

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.


Esta clasificación contempla:

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

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

Estos se planifican
para proporcionar
servicios de Datos
Baja Velocidad: Txt, Mensajeria.
Alta Velocidad: Voz, imangenes, videos.
El acceso Múltiple:
es una variante del Multiplexado y describe el procedimiento a usar para compartir los recursos de comunicaciones entre un gran número de usuarios.
En los sistemas MSAT y VSAT es especialmente importante el uso eficiente de los recursos limitados de potencia y ancho de banda que deben ser compartidos por un gran número de usuarios no coordinados que acceden al sistema de forma corta e impulsiva (a ráfagas).
características de los Servicios
La tarea fundamental de una Red de Comunicaciones por Satélite es permitir que un gran número de estaciones terrenas puedan interconectar simultáneamente sus servicios de voz, datos, fax y vídeo por medio del satélite. Para el diseño del sistema es preciso establecer los servicios que deben cursarse por la red y la naturaleza de los circuitos necesarios para transportar dichos servicios.

Los sistemas típicos VSAT y MSAT suelen proporcionar los siguientes tipos de servicios:

– Servicio continuo de Voz
– Servicio continuo de Datos
– Servicio de Paquetes de Datos

Los servicios continuos se basan en la conexión mediante circuitos conmutados que se establecen para uso dedicado durante cada llamada.
Los datos pueden enviarse con un cierto retardo pero deben recibirse esencialmente libres de errores.
El tráfico de voz y vídeo es más tolerante a errores pero más estricto en cuanto a requisitos de retardo

El protocolo de Acceso Múltiple que se use afecta a todos los
elementos del sistema, determina su capacidad y flexibilidad
y tiene una gran incidencia en los costes.
Suelen dividirse en 3 tipos básicos:
– De Asignación Fija(FDMA, TDMA, CDMA y SDMA).
– De Acceso Aleatorio.
– Técnicas de Acceso Controlado (Asignación Bajo Demanda DAMA).

Un tipo de multiplexación bastante compleja, basada en el uso de distintas codificaciones para cada canal, que pueden ser transmitidos compartiendo tiempo y frecuencia simultáneamente. Hacen uso de complejos algoritmos de codificación. Utilizado en medios digitales complejos.
En los sistemas CDMA todos los usuarios transmiten en el mismo ancho de banda simultáneamente, a los sistemas que utilizan este concepto se les denomina "sistemas de espectro disperso".

En esta técnica de transmisión, el espectro de frecuencias de una señal de datos es esparcido usando un código no relacionado con dicha señal. Como resultado el ancho de banda
es mucho mayor. En vez de utilizar las ranuras de tiempo o frecuencias, como lo hacen las tecnologías tradicionales, usa códigos matemáticos para transmitir y distinguir entre
conversaciones inalámbricas múltiples. Los códigos usados para el esparcimiento tienen valores pequeños de correlación y son únicos para cada usuario.

Esta es la razón por la que el receptor de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada. Uno de los problemas más importantes en el diseño de un sistema de comunicaciones inalámbricas consiste en proveer facilidades de comunicación a diferentes usuarios, de tal forma que el espectro de radiofrecuencias sea aprovechado de una forma óptima y a un costo razonable. Teniendo en cuenta que el espectro de frecuencias es un recurso limitado es necesario diseñar estrategias de acceso múltiple, de tal forma que se puedan asignar, dentro de las debidas restricciones económicas de un ancho de banda previamente asignado.

Ventajas
-Resiste la interferencia intencional y no intencional, una cualidad muy importante cuando se transmite en áreas congestionadas.

-Tiene la habilidad de eliminar o atenuar el efecto de la propagación multicamino, la cual es un gran obstáculo en las comunicaciones urbanas.

-Puede compartir la misma banda de frecuencia (como un traslapamiento) con otros usuarios, debido a su similitud con una señal de ruido.

-Operación limitada de interferencia, en cualquier situación todo el ancho de banda es usado.

-Privacidad debido a los códigos aleatorios desconocidos, los códigos aplicados con - en principio - desconocidos para un usuario no deseado.

-Posibilidad de acceso aleatorio, los usuarios pueden iniciar su transmisión a cualquier instante de tiempo.

-Los sistemas basados en CDMA presentan una reducción de la potencia de transmisión incrementando la vida de las baterías y reduciendo el tamaño de los transmisores
y receptores

Funcionamiento
-CDMA se basa en la separación del espectro, que en los medios de la transmisión digital es cuando la señal ocupa una banda de frecuencia que sea considerablemente más amplia que el mínimo requerido para la transmisión de datos por otras técnicas

-Los usuarios comparten la misma banda de frecuencia y cada señal es identificada por un código especial, que actúa como una clave reconocida por el transmisor y el receptor. La señal recibida es la suma de todas las señales "combinadas", y cada receptor debe
clasificar e identificar las señales que le corresponden de las demás señales. Para hacer esto utiliza un código que corresponde con el código transmitido.

-La primera operación implica encontrar del código correcto, y así sincronizar el código local con el código entrante. Una vez ha ocurrido la sincronización, la correlación del código local y
del código entrante permite a la información apropiada ser extraída y las otras señales ser rechazadas.

Si queremos enviar 3 canales por un mismo medio físico haciendo uso de TDMA, simplemente le asignaremos una duración temporal a cada canal, y se les cederá el medio físico a cada canal durante ese
espacio de tiempo determinado. Muy usado en transmisiones digitales por cable, como en redes de computadores. Requiere métodos de sincronismo eficaces

Otros usuarios pueden compartir el mismo canal durante los periodos en que éste no se utiliza. Los usuarios comparten un canal físico en un sistema TDMA, donde están asignado unos slots de tiempo. A todos los usuarios que comparten la misma frecuencia se les asigna un slot de tiempo, que se repite dentro de un grupo de slots que se llama trama. Un slot GSM es de 577 µs, y cada usuario tiene uso del canal (mediante su slot) cada 4.615 ms
(577 µs 8 = 4.615 ms), ya que en GSM tenemos 8 slots de tiempo

La tecnología de radio digital que usa el estándar de DECT es TDMA - Time Division Multiple Access. El principio de TDMA es crear los canales múltiples del discurso dentro del mismo portador de radio dividiéndolo en el dominio de tiempo. La tecnología de radio de TDMA es también la base de los principales estándares celulares digitales del mundo - el GSM (y DCS1800), DAMPS y PDC

Haciendo uso de modulaciones enviamos cada canal en una banda de frecuencias distinta. Luego en cada receptor se debe demodular para devolver la transmisión a banda base, o a su banda natural. Ampliamente usada en radiocomunicaciones...
Los canales de frecuencia son muy preciados, y son asignados a los sistemas por la ATT. Cuantas más frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto significa que tiene que
pasar más señalización a través del canal de control. Los sistemas muy grandes FDMA frecuentemente tienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso.
Una característica importante de los sistemas FDMA es que una vez que se asigna una frecuencia a un usuario, ésta es usada exclusivamente por ese usuario hasta que éste no
necesite el recurso

-Se utiliza exclusivamente en todos los sistemas celulares analogicos.

-En sistemas analogicos actuales de la célula, cada canal es 30 kHz. Cuando un teléfono de la célula de FDMA establece una llamada, reserva el canal de frecuencia para la duración entera de la llamada. Los datos de la voz se modulan en esta banda de frecuencia de los canles (que usa la modulación de la frecuencia)
En el receptor, se recupera la información usando un filtro band-pass. El teléfono utiliza un canal común del control numérico para adquirir los canales. Los sistemas de FDMA no son
eficientes puesto que cada canal analogico se puede utilizar solamente por un usuario al mismo tiempo..

-Está no sólo la compresión de voz digital moderna que necesitaría para estos canales, sino que también se pierden siempre que haya silencio durante la conversación de
teléfono de la célula.

-Las señales analogicas son también especialmente susceptibles al ruido? y no hay manera de filtrarla hacia fuera. Dado la naturaleza de la señal, los teléfonos analogicos de la célula
deben utilizar una potencia más alta (entre 1 y 3 vatios) de conseguir calidad aceptable de la llamada. Dado estos defectos, es fácil ver porqué FDMA está siendo substituido por más nuevas técnicas digitales.

También permite que dos señales idénticas que vienen de diversas fuentes, sean demoduladas y combinadas, de modo tal que se mejore la calidad de la conexión, por lo que es también una ventaja el uso simultáneo de varios satélites (diversidad). Igualmente, una de las principales características de la tecnología CDMA es que hace prácticamente imposible que sea objeto de interferencias e interceptaciones, ofreciendo gran seguridad en las comunicaciones.

Duplica la capacidad del sistema ALOHA
Divide el tiempo continuo en ranuras de tiempo discreto
Cada trama está asociada a un intervalo de tiempo
Solo se transmite al inicio del intervalo
Las estaciones tienen que espera cada ranura de tiempo y no pueden transmitir cuando quieran
Tiene una eficacia del 37% para intervalos vacios y del 26% para colisiones
No integra voz, datos y video
No soporta tráfico con prioridad
No particional el ancho de banda
Su rendimiento sigue siendo bajo Usuario A B C D E Tiempo

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

• Supóngase que los datos a transmitir se empaquetan.

• Además de los datos, el paquete debe contener un encabezado de sincronismo (número de orden del paquete dentro de la transmisión),
la dirección de la fuente y un campo final que permite la detección de errores.

• El campo de detección de errores se genera con un código cíclico de chequeo de redundancia CRC.

• El transmisor usa un algoritmo de codificación para generar los bits en función de los bits contenidos en el paquete.

• El receptor usa un algoritmo de detección para determinar si ha habido errores en la transmisión.

Estructura del Paquete


Diferencia entre Aloha puro y ranurado

• A diferencia del ALOHA puro, en el ALOHA ranurado las estaciones sólo pueden transmitir dentro de unos intervalos de tiempo. Aunque tengan los datos disponibles, las estaciones deben esperar al comienzo del siguiente intervalo para transmitir.

• De esta forma, si se produce colisión entre dos paquetes estos se superponen totalmente.

En 1972 se publicó un método para duplicar la capacidad de un sistema Aloha. La propuesta fue dividir el tiempo en intervalos discretos, correspondientes cada uno a una trama. Este enfoque requiere que los usuarios acuerden límites de ranura. Una manera de lograr la sincronización sería tener una estación especial que emitiera una señal al comienzo de cada intervalo, como un reloj.

Esta técnica de utilización del canal de comunicaciones divide el tiempo en intervalos discretos, cada uno de los cuales corresponde a una trama, previo acuerdo, las estaciones definen límites para cada ranura. Para ello se requiere que una estación se encargue de transmitir una señal de reloj al comienzo de cada intervalo.

ALOHA ranurado se usó en algunas aplicaciones experimentales, “después casi se olvidó por completo. Cuando se inventó el acceso a Internet a través de cable, de repente surgió el problema de cómo asignar un canal compartido entre varios usuarios competidores”. Por esta razón nuevamente se utiliza esta técnica.


ALOHA ranurado

• Cada estación transmite cuando tiene los datos disponibles.
• La estación receptora detecta la presencia de errores. Si no hay
errores, transmite una señal de reconocimiento ACK.
• Cuando la estación transmisora recibe el ACK, puede seguir transmitiendo más datos.


Creado por Norman Abramson en 1970

Diseñado para coordinar las ondas de radio Terrestre

La idea principal es que se transmitan las tramas de cualquier usuario en cualquier tiempo generando colisión

Las tramas se destruyen en caso de colisión aun cuando se traslape el primer bit de cualquier trama y el emisor espera un tiempo aleatorio para retransmitir

Una estación puede saber si hay colisión, censando el canal

El receptor acepta el mensaje si no hay colisión

Se verifica la entrega de un mensaje mediante ACK 8.Tiene una eficacia del 18,4% Usuario A B C D E Tiempo

Principales características ALOHA Puro


Estas técnicas de acceso son descentralizadas, cada usuario puede transmitir sólo cuando desee y con algunas restricciones de acuerdo con la técnica implementada. Entre estas técnicas tenemos el ALOHA en la que la estación transmite siempre que tenga un mensaje.

ALOHA

La idea básica de un sistema Aloha es sencilla: permitir que los usuarios transmitan cuando tengan datos por enviar. Por supuesto habrá colisiones y las tramas en colisión se destruirán. Sin embargo, debido a la propiedad de retroalimentación de la difusión, un transmisor siempre puede saber si la trama fue destruida o no escuchando el canal, de la misma manera que los demás usuarios. L os sistemas e n I os que v arios usuarios comparten un canal común de modo tal que puede dar pie a conflicto se conocen como sistemas de contención.

Técnicas de acceso aleatorio

• Si se produce colisión la estación receptora detecta la presencia de errores.

• No envía un ACK.

• Después de un tiempo de no recibir ACK las estaciones retransmiten,
pero dando un retardo adicional aleatorio para intentar evitar el seguir colisionando.

ALOHA con Colisión



Cada estación envía una trama cuando tiene una trama para enviar.
Aunque solo un bit de una trama coexista en el canal con un bit de otra trama, hay una colisión y ambas tramas serán destruidas.
Cuando una estación envía una trama, espera a que el receptor envíe una confirmación. Si la confirmación no llega después de un periodo de espera, la estación asume que la trama ha sido destruida y reenvía la trama.
ALOHA puro dicta que cuando el periodo de espera ha pasado, cada estación implicada en la colisión, espera un tiempo aleatorio, denominado tiempo de espera aleatorio, con el fin de evitar más colisiones.

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