Curso Telecom III - 2009-1 Multiplex Ado

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Curso: Telecomunicaciones III

Cdigo: IT 515 M Ing. Luis Degregori C.6to Bloque - Multiplexado 1

TECNICAS DE MULTIPLEXADOINTRODUCCION Recordemos que todos los enlaces tienen un ancho de banda limitado. Por esta razn el objetivo de todo sistema es aprovechar el Ancho de Banda que disponemos al mximo. Una de las formas de lograr lo anterior se obtiene mediante el MULTIPLEXADO

2

TECNICAS DE MULTIPLEXADOINTRODUCCION En muchas ocasiones se requiere transmitir varios canales de un bajo ancho de banda, a travs de un canal comn con mayor ancho de banda. Justamente el MULTIPLEXADO es el conjunto de tcnicas que permiten la transmisin simultanea de mltiples seales a travs de un nico enlace de datos.3

TECNICAS DE MULTIPLEXADOCONCEPTOS GENERALES En un sistema de multiplexado n lneas comparte el ancho de banda que posee un enlace (medio fsico).Multiplexor: MUX

DEMUX

MUX

n lneas de entrada

. . . . . .

1 ENLACE, n CANALES Demultiplexor: DEMUX

. . .

n canales de salida

Fig. 1.- Esquema bsico de un sistema del Multiplexado.4

TECNICAS DE MULTIPLEXADOCONCEPTOS GENERALES Existen 03 tipos de Multiplexado.Multiplexado por ANALOG Divisin en Frecuencia Multiplexado por ANALOG Divisin de longitud de onda. Multiplexado por Divisin de Tiempo Fig. 2.- Tipos de Multiplexado

MULTIPLEXADO

DIGITAL5

TECNICAS DE MULTIPLEXADOMultiplexado por divisin de la frecuencia (FDM).

Es una tcnica que se puede aplicar cuando el ancho de banda de un enlace (en Hz) es mayor que el ancho de banda que ocupan cada una de las n seales a transmitir. Aqu las seales de entrada (analgicas) se modulan usando distintas frecuencias portadoras. Estn seales moduladas se combinan en una nica seal compuesta que ser transmitida por el enlace.6

TECNICAS DE MULTIPLEXADOMultiplexado por divisin de la frecuencia (FDM).

DEMUX

MUX

CANAL 01 CANAL 02 CANAL 03

Lneas de entrada

. . . . . .

. . .

Lneas de salida

Fig. 3.- Esquema del Multiplexado por Divisin de Frecuencia.7

FDM - Multiplexacin por Divisin de FrecuenciaLas frecuencias de las portadoras estn adecuadamente separadas por un ancho de banda adecuado que permita ubicar la seal modulada de un canal sin que se lleguen a traslapar con la seal de otro canal. Para lo anterior adicionalmente, entre canal y canal deber existir una porcin de ancho de banda sin utilizar (bandas de guarda).

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FDM - Multiplexacin por Divisin de Frecuencia

Fig. 4.- Proceso de Multiplexado FDM

9

FDM - Multiplexacin por Divisin de FrecuenciaCh 010 ~ 4 KHz

Ch 02

fc = 20 fc = 16 KHz fc = 12 KHz KHz

fc = 56 KHz

0 ~ 4 KHz

Ch 030 ~ 4 KHz

12

16

20

24

56

60

f (Khz)

Ch 120 ~ 4 KHz

Fig. 5.- Se muestra la distribucion de canales en este proceso FDM, 10

Aplicaciones del FDM en Radiodifusin.Por ejemplo en la banda de frecuencias, asignada a la radio AM entre 530 y 1,700 KHz. Aqu cada estacin AM tiene asignada un ancho de banda de 10 KHz. Entonces los receptores de AM recepcionan todas las seales pero mediante la sintonizacin (filtro pasabanda) recepcionan solamente la seal deseada y eliminan el resto de seales.11

Aplicaciones del FDM en Radiodifusin.La banda, asignada a la radio FM es mayor, se ubica entre 88 y 108 MHz. Aqu cada estacin FM tiene asignada, tpicamente un ancho de banda de 200 KHz. Para la difusin de TV anloga, cada canal tiene asignado un ancho de banda de 6 MHz. Los celulares 1G, tambin usaban FDM. Cada abonado tiene 02 canales de 30 KHz cada uno, uno para transmisin y otro para recepcin. En este caso la seal de voz se modula en FM, por lo tanto cuando se establece una conversacin a cada abonado se le asignan 60 KHz.12

Jerarqua de Multicanalizacin en FDMEtapa de Traslacin Canal Grupo Super Grupo Master Grupo Super Master Grupo Nombre de la Banda Grupo Super Grupo Master Grupo Super Master Grupo Banda de 12 Mhz Banda de Frecuencia (Khz) 60 a 108 312 a 552 812 a 2044 8516 a 12388 312 a 12388 Cantidad de Canales 12 60 300 900 270013

WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de OndaEs una tcnica similar al FDM, que se desarrollo para transmitir recepcionar altas tasas de transferencia de datos en medios que tienen gran ancho de banda como la fibra ptica. Un cable de fibra ptica concebido para una sola lnea desperdiciara gran parte del ancho de banda disponible. Este multiplexado WDM permite combinar la informacin que llevan varias lneas pticas en una.14

WDM - Multiplexacin por Divisin de Longitud de OndaEs una tcnica similar al FDM, que combina seales OPTICAS de diferente .

Fig. 6

15

WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda1 1+2+ 3Cable de fibra ptica

1 2 3

23

Multiplexor(a) Fig. 7.- Multiplexado WDM.

Demultiplexor(b)16

TDM

Multiplexacin por Divisin de Tiempo

En lugar de compartir una porcin del ancho de banda como en el FDM, se comparte el tiempo.

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TDM

Multiplexacin por Divisin de Tiempo Es el proceso mediante el cual, se utiliza un mismo medio de transmisin (de un canal comn con una alta tasa) para transportar la baja tasa (de transmisin de datos) procedente de varios canales a la vez y el tiempo disponible se distribuye entre el nmero de canales que se estn transmitiendo.

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TDM Multiplexacin por Divisin de Tiempo1 2

Flujo de datos

1 2

DEMUX

MUX

3

4 3

2

1

4

3

2

1

3

4

4

Fig. 8.- Esquema del Multiplexado TDM.19

TDM

Multiplexado por Divisin de Tiempo Esta tcnica de multiplexado se aplica a seales digitales. El multiplexado TDM se clasifica en 02 tipos diferentes como son: El Multiplexado Sncrono y El Multiplexado Estadstico.

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TDM SINCRONA

En este proceso, cada conexin de entrada tiene asignado (siempre) un tiempo en la salida, as no se estn enviando datos. El flujo de datos se divide en unidades, donde cada unidad tiene asignado un tiempo de entrada. La unidad puede ser un bit, un carcter o un bloque de datos.21

TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.

Aqu cada unidad de entrada se convierte en una unidad de salida y ocupa una ranura (porcion) de tiempo en la salida. Sin embargo la duracion de esta porcion de tiempo en la salida es n veces mas corta que la duracion de una ranura de tiempo en la entrada. Una Ranura de tiempo en la SALIDA, es igual a T/n segundos. Donde n es el Numero de conexiones a la entrada. T es la Ranura de tiempo que ocupa una Unidad de entrada.22

TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.TTA1C3 B3 Trama 3 A3 C2 B2 Trama 2 A2 C1 B1 Trama 1T/3

n=3TA3

TA2

A1

B3

B2

B1

MUX

C3

C2

C1

EN EL ENLACE Cada trama tiene 3 ranuras de tiempo. Cada ranura de tiempo tiene una duracin de T/3 segundos

EN LA ENTRADA: Los datos son tomados de cada lnea cada T segundos

Fig 09.- Formacion de las tramas.

23

TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.

En el TDM sincrona, la tasa de datos en el ENLACE es n veces mas rapida, y la duracion de la UNIDAD es n veces mas corta.Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama consta de un ciclo completo de ranuras de tiempo, con una ranura dedicada a cada dispositivo de entrada.

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TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.

1 Mbps

1

1

1

1

1

1 Mbps 1 Mbps 1 Mbps

0

0

0

0

0

Tramas

1

0

1

0

1

MUX

0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1

Tasa de datos = 4 Mbps.0 0 1 0 0

Fig 10.- Detalle de las Ranuras de tiempo.

25

TDM SINCRONA Entrelazado

Para lograr el entrelazado, podemos entenderlo como la operacin de un par de conmutadores de muy alta velocidad. Uno de los conmutadores estar en el lado del equipo de multiplexado y uno en el lado del equipo de demultiplexado. Los conmutadores deben actuar a la misma velocidad, en forma sincronizada, pero en sentidos de rotacin diferentes.

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EntrelazadoSincronizacinA3 A2 A1Trama 3 Trama 2 A3 C2 B2 A2 C1 Trama 1 B1 A1

A3

A2

A1

B3

B2

B1

C3

B3

B3

B2

B1

C3

C2

C1

C3

C2

C1

Fig. 11.- Esquema del Proceso de Entrelazado.27

TDM SINCRONA - EjemploVeamos un ejemplo , donde se multiplexan 08 canales utilizando TDM. Si cada canal enva 100 bytes y se multiplexa 1 byte por canal , se muestra la trama que viaja por el enlace, la duracin de la trama, la tasa de tramas y la tasa de bits del enlace. 1 2 3 MUX100 tramas/s 6,400 bpsTrama de 8 bytes, 64 bits Trama de 8 bytes, 64 bits

8

100 bytes/s

Duracin de la trama =

1 100

s

Fig. 12.- Se muestra el proceso TDM en este ejercicio

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TDM SINCRONA Ranuras vacas

Existe un problema de eficiencia en el Multiplexado Sincrono TDM. Si no existen datos que transmitir en un emisor, la ranura correspondiente en la trama de salida estar vaca. Este problema se soluciona mediante el uso de los Multiplexores TDM estadsticos.

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Ranuras vacas

Ranuras Vacas en las Tramas

MUX

Fig. 13.- Se observa la deficiencia en la optimizacin del BW30

TDM SINCRONA Gestin de la Tasa de entrada.

Existe otro problema consistente en la posibilidad de tener diferencias en la tasa de datos en las entradas. Para solucionar este inconveniente existen 03 alternativas de solucin:- El Multiplexado Multinivel. - La Asignacin de Mltiples Ranuras. - La Insercin de Pulsos.31

Multiplexado Multinivel.

Este tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: La tasa de datos de algunas lneas de entrada son un MULTIPLO de las tasas de otras lneas de entrada.

En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.32

Multiplexado Multinivel

100 kbps 50 kbps 50 kbps 100 kbps 100 kbps 100 kbps 400 kbps

MUX

Fig. 14.- Ejemplo de un Multiplexado Multinivel33

Multiplexado con Mltiples Ranuras

Este tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: Se requiera mas de una ranura en una trama a una nica lnea de entrada. Se requiere la implementacin de un conversor SERIE-PARALELO en la lnea que requiere de 02 entradas.En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.34

Multiplexado con mltiples ranurasConverter25 kbps

50 kbps25 kbps 25 kbps

25 kbps

MUX

La entrada con datos a 50 KHz tiene dos ranuras en cada trama

125 kbps

25 kbps

Fig. 15.- Ejemplo de un Multiplexado con Mltiples Ranuras35

Multiplexado con Insercin de pulsos

Este tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: la tasa de bits de los emisores de entrada no son mltiplos enteros de unos. Lo que se hace es Estandarizar todas las tasas a la mayor tasa de datos existente.En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.36

Insercin de pulsos

50 kbps 50 kbps

150 kbps Insercin de pulsos 50 kbps

MUX

46 kbps

Fig. 16.- Ejemplo de un Multiplexado por Insercin de pulsos37

MultiplexadoSincronizacion de Tramas

Para la operacin del TDM es indispensable contar con una adecuada sincronizacion. Una mala sincronizacion puede derivar los bits a un canal que no le corresponde. Para subsanar este inconveniente se insertan uno o mas bits de sincronismo al comienzo de cada trama. Estos bits de tramado siguen generalmente un patron entre trama y trama.38

Bits de tramado1 0 1 Patrn de sincronizacin

Trama 31C3 B3 A3

Trama 2 0B2 A2

Trama 1 1C1 A1

Fig. 17.- Se muestras los bits de tramado.39

Servicio de Seal Digital (DS).

Las operadoras de Telecomunicaciones implementan estos sistemas de multiplexado TDM, respetando una Jerarqua que en esencia establece lo siguiente:01 DS-0 equiv. a 01 CH de 64 Kbps. 01 DS-1 equiv. a 24 CH de 64 Kbps + 08 Kbps. 01 DS-2 equiv. a 96 CH de 64 Kbps + 168 Kbps. 01 DS-3 equiv. a 672 CH de 64 Kbps + 1,368 Kbps. 01 DS-4 equiv. a 4,032 CH de 64 Kbps + 16,128 Kbps.40

Jerarqua digitalDS-0 6, 312 Mbps 4 DS-1 T D MDS-1

24

. . .

44, 376 Mbps 7 DS-2 T D MDS-2

274, 176 Mbps 6 DS-3 T D MDS-3

64 kbps1,544 Mbps 24 DS-0

T D M

DS-4

Fig. 18.- Se muestra la jerarquia de seales digitales.

41

Lneas T.

Las lineas T son lineas digitales, diseadas para transmision de datos digitales, voz seales de audio. Tambien se puede usar para trasnmision analogica (conexiones telefonicas) asumiendo que las seales analogicas son muestreadas y despues multiplexadas por division en el tiempo (TDM).42

Lneas T.

Las operadoras de Telecomunicaciones usan estas lineas T (T-1 a T-4). Estas lineas poseen capacidades coincidentes con la tasa de datos de los servicios. Esto es:01 T-1 equiv. a 01 DS-1. (24 CH voz) 01 T-2 equiv. a 01 DS-2. (96 CH voz) 01 T-3 equiv. a 01 DS-3. (672 CH voz) 01 T-4 equiv. a 01 DS-4. (4,032 CH voz)43

Servicio DS y lineas T.

Este esquema refleja la correspondencia entre las tasas del servicio DS y la Linea T.

ServicioDS-1 DS-2 DS-3 DS-4

LineaT-1 T-2 T-3 T-4

Tasa (Mbps) 1,5446,312 44,736 274,176

CH de Voz. 2496 672 403244

Lneas T para Transmisin Analgica.

La posibilidad de usar lineas T como portadoras analogicas ha permitido una innovacion en los servicios brindados por las compaias de telefono.Antes cuando una empresa queria 24 lineas telefonicas , requeria 24 pares telefonicos, ahora se requiere solamente usar una linea T.45

Lnea T-1 para multiplexar lneas telefnicasMuestreo a 8000 muestras/s usando 8 bits por muestra

Fig. 19.- Se muestra la aplicacin de una linea T-1

PCM 24 canales de vozLnea T1 a 1, 544 Mbp 24 x 64 kbps + 8 kbps de sobre carga

PCM

. . .4 kHz

. . . PCM64, 000 bps

T D M

46

Lneas E.

Los europeos usan una version distinta, en las lineas E, que poseen diferentes capacidades.

Linea E-1

Tasa (Mbps) 2,048

CH de Voz. 30

E-2E-3 E-4

8,44834,368 139,264

120480 1,92047

Multiplexado Estadistico por Division de Tiempo. Si tuvieramos el caso de algunas lineas de entrada sin datos, estariamos desperdiciando ancho de banda en el Multiplexado sincrono. Esto se puede solucionar con la aplicacin del Multiplexado Estadistico.48

Multiplexado Estadistico por Division de Tiempo. En este caso las ranuras se asignan dinamicamente para mejorar la eficiencia del ancho de banda. Solamente cuando una linea de entrada contiene datos, se le asigna una ranura en la trama de salida.49

Multiplexado Estadistico Formatos de tramado

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Multiplexado Estadistica por Division de Tiempo. En este tipo de multiplexado el numero de ranuras en cada trama es menor que el numero de lineas de entrada. En la TDM estadistica, una ranura debe transportar datos asi como la direccion de destino.51