Maestr

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Maestría en Ingeniería Electrónica
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica
Sistemas de Información Satelitales
Marzo 2014
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Técnicas de Acceso Múltiple
TEMA IV
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SUMARIO

1. Visión Previa
2. Recordatorio
3. Multiplexación y Acceso Múltiple
4. Técnicas de Acceso FDMA, TDMA, CDMA
5. Tabla comparativa entre las técnicas

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Visión Previa
Consideremos algunas alternativa para comunicarse
haciendo uso de un sistema de comunicación
satelital.
1er caso UN transmisor y UN receptor
Cómo es el proceso de comunicación?
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Visión Previa
2do caso UN transmisor y DOS receptores
Cómo es el proceso de comunicación?
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Visión Previa
3er caso Múltiples Transreceptores UN satélite
Cómo es el proceso de comunicación?
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Visión Previa
4to caso Múltiples Transreceptores DOS satélite
Cómo es el proceso de comunicación?
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Recordatorio ... Transponder o Transpondedor
Es un tipo de dispositivo utilizado en
telecomunicaciones cuyo nombre viene de la fusión
de las palabras inglesas Transmiten (Transmisor)
y Responder (Contestador/Respondedor). Son
equipos que realizan la función de a)
Recepción, amplificación y reemisión en una banda
distinta de una señal. b) Respuesta automática de
un mensaje (predeterminado o no) a la recepción
de una señal concreta de interrogación.
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Introducción a Multiplexión y Acceso Múltiple
La capacidad de comunicación de un satélite es
considerable La gran mayoría de las estaciones
terrenas no requieren la capacidad total de
potencia ni ancho de banda del transpondedor,
teniendo la posibilidad o flexibilidad de
admitir portadoras de una amplia gama de
capacidades. Las técnicas de acceso múltiple
hacen posible que distintas estaciones terrenas
transmisoras utilicen un mismo transpondedor de
satélite.
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Multiplexión y Acceso Múltiple
Las técnicas MULTIPLEXACIÓN y ACCESO MÚLTIPLE
apuntan a la compartición de un recurso de
comunicación determinado.
En ellas un número de señales independientes se
combinan en una única señal compuesta para ser
transmitida por un canal común.
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Técnicas de Acceso Múltiple
Múltiple Acceso está definido como una técnica
donde más de un par de estaciones terrenas pueden
simultáneamente usar un transponder del satélite.
La mayoría de las aplicaciones de comunicaciones
por satélite involucran un número grande de
estaciones terrenas comunicándose una con la otra
a través de un canal satelital (de voz, datos o
video).
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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.
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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.
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Clasificación según la Asignación de Canal

• 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
• 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.

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Clasificación según la Asignación de Canal

• 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.

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Comparación entre Asignación de Canal FIJA y
DINAMICA

• 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.

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Comparación entre Asignación de Canal FIJA y
DINAMICA

• 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.

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Comparación entre Asignación de Canal FIJA y
DINAMICA

• ASIGNACIÓN DINAMICA
• b) Aspectos negativos
• Se necesita un canal de control de las
  asignaciones de frecuencias, lo que se traduce en
  un AUMENTO de la COMPLEJIDAD.

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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
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Comparación entre las Técnicas de Acceso Múltiple
MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS
FDMA Asignación de Frecuencias, acceso continuo y controlado del canal. Se recomienda cuando existen pocos nodos con mucho tráfico, con poco ancho de banda a velocidades bajas (menores que 128 Kbps). SCPC/FDMA tiene una capacidad del 100 (cero retardos) -Disponibilidad fija del canal-No se requiere control centralizado-Terminales de bajo costo.-Usuarios con diferentes capacidades pueden ser acomodados. -Requiere backoff de intermodulación (bandas de guarda), esto reduce el caudal eficaz del transponder.-Sistema muy rígido, cambios en la red hace difícil el reasignamiento.-El ancho de banda se incrementa conforme el numero de nodos aumenta.
TDMA Asignación de ranuras de tiempo. Cada portadora ocupa diferente ranura. Se recomienda para muchos nodos con trafico moderado. DAMA se recomienda para muchos nodos con poco tráfico. TDMA tiene una capacidad del 60 al 80. -Optimización del ancho de banda-La potencia y ancho de banda del transpondedor es totalmente utilizado. -Tiempos de guarda y encabezados reducen el caudal eficaz.-Requiere de sincronización centralizada. -Terminales de alto costo
CDMA Asignación de códigos a cada usuario. CDMA Capacidad del canal del 10. -Se trasmite a baja potencia-Control no centralizado, canales fijos.-Inmune a la interferencia. - Requiere de gran ancho de banda.- Existe un número limitado de códigos ortogonales.- Trabajan solo eficientemente con velocidades preseleccionadas.
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Taller de Actividades

• Realizar un algoritmo que permita generar las
  frecuencias de un sistema SPADE.
• Condiciones
• Dato de Entrada IF
• Debe mostrar las bandas de frecuencia de SUBIDA
• Debe mostrar las bandas de frecuencia de BAJADA
• Debe mostrar las frecuencias de PORTADORA DE CADA
  CANAL

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La nueva estrella en el cielo venezolano. El
Satélite Simón Bolívar Venesat 1
Gracias
23
Multiplexión
Los requerimientos de los usuarios son fijos o
varían muy lentamente en el tiempo. La
distribución 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 comunicación es suficiente
para todos los usuarios.
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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.
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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.
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
Este tipo de 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)
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
Ejemplo para un Sistema Satelital
Ejemplo para un sistema de comunicación de voz
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
En banda C, 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.
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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.
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
Distribución de potencia en FDMA
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
Esquema de generación de FDM
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)
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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.
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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.
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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
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE
51.885MHz80KHz51.965 MHz
52MHz22.5KHz52.0225 kHz
Portadora Canal 3
36 MHz
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE
Estructura de la trama TDM para CSC
Cada estación terrestre transmite en el canal
CSC solo durante su ranura de tiempo de 1 ms que
le fue pre-asignada. El código CSC se usa para
establecer y desconectar enlaces de banda de voz
entre dos estaciones terrestres usuarias, cuando
se usa asignación de canal por demanda.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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).
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

• Ventajas de SCPC (Single Channel per Carrier)
• Enlaces satelitales nacionales e
  internacionales con velocidades desde 9.6 Kbps
  hasta 2.048 Mbps, con posibilidad de utilizar
  Frame Relay.
• Enlaces punto a punto entre las ciudades por
  medio de estaciones terrenas ubicadas
  estratégicamente.

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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE

• Ventajas de SCPC (Single Channel per Carrier)
• Administración de la capacidad del canal de
  acuerdo a sus características de tráfico.
• Alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad de
  la información transmitida.

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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.
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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.
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Frecuency-Division Multiple Access (FDMA)-SPADE
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
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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.
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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 demás estaciones y debe seleccionar de
entre ellas el trafico destinado a ella.
La ráfaga de cada estación se sincroniza de tal
modo que llegue al satélite transpondedor en
distinto momento.
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA
La estructura básica de una trama de TDMA tiene
la forma siguiente
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Ráfaga de referencia dentro de preámbulo de un
canal
Trama básica de TDMA
Ráfaga de referencia separada
Todas las ráfagas se sincronizan a una ráfaga de
referencia según se muestra a continuación.
Tiempo de espera entre ráfagas adyacentes
Pico de correlación momento exacto en que
termina la secuencia UW
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA Ráfaga de Referencia
Permite la recuperación de portadora de
frecuencia y fase coherentes para demodular PSK
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA Ráfaga de Referencia
Secuencia binaria para recuperación de
sincronización de bits o señal de reloj.
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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.
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA Preámbulo de la Estación
Ráfaga de referencia como preámbulo de un canal
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.
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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.
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA Ráfaga de Referencia
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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.
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Aplicación de TDMA Trama de CEPT
Se analiza a continuación la trama TDMA de la
conferencia de Telecomunicaciones y
Administraciones Postales Europeas
(CEPT). Emplea la estrategia de procesar y
almacenar (temporalmente) las señales de banda
de voz antes de transmitirlas. Las estaciones
terrestres solo pueden transmitir durante su
ranura de tiempo especifica.
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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.

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

• Las 16 entradas de 128 Kbps se multiplexan por
  división de tiempo en una sub-trama.

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

• Se transmite a una velocidad de 2.048 Mbps
• Un ciclo de muestreo tiene 8 bits X 16 canales
  128 bits
• Los 128 bits se acumulan en 62.5 us si R2.048
  Mbps

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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.

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

• El registro de memoria de entrada pasa los datos
  la conversor paralelo serie.
• Se transmiten los datos a una velocidad de
  120.832 Mbps hacia el modulador en la etapa
  siguiente.

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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
  sub-tramas la duración de la trama será 2 ms (32
  X 62.5 32us)

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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Primera Muestra del Primer Canal de 8 bits
Primera Muestra del Canal 16 de 8 bits
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Primera Sub-trama de 128 bits (16 canales X 8
bits/canal)
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
La duración del canal es 62.5 us
La transferencia se realiza a 2,048 Mbps
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Sub-trama 1
Sub-trama 32
Arreglo de las 32 sub-tramas 4096 bits
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Duración de Sub-trama 2 ms
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Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Velocidad de Transmisión de (4096 bits/33.9 us)
120.832 Mbps
Tiempo de Transmisión de Bloque primario 33.9 us
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Code-Division Multiple Access (CDMA)
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Code-Division Multiple Access (CDMA)
El CDMA mejor conocido como Spread Spectrum
(Espectro esparcido) es una técnica de modulación
que convierten la señal en banda base en una
señal modulada con un espectro de ancho de banda
que cubre o se esparce sobre una banda de
magnitud más grande que la que normalmente se
necesita para transmitir la señal en banda base
por si misma.
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Code-Division Multiple Access (CDMA)
Es una técnica muy robusta en contra de la
interferencia en el espectro común de radio y ha
sido usado muy ampliamente en aplicaciones
militares. Esta técnica se aplica en
comunicaciones vía satélite particularmente para
transmisión de datos a bajas velocidades.