Multiplexaciones de canales ( tdma, fdma, cdma)


FDMA ( Frequency Division Multiplex Access)



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FDMA ( Frequency Division Multiplex Access)

Multiplexación por división en frecuencia. 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... no os es familiar hablar del 107.4 de FM (FM es el tipo de modulación).


  • CDMA ( Code Division Multiplex Access)

Multiplexación por división en Código. 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.
A continuación ampliaremos más detalladamente cada uno de estos conceptos:

CDMA
CDMA significa - "Acceso Múltiple por División de Código. " -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.
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 que tiene conocimiento del código de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada.
CDMA de sistemas proveen operadores y suscriptores con ventajas importantes sobre TDMA analógico y convencional. Las ventajas principales de CDMA son como se indica a continuación:

  • 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.

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.


TDMA

TDMA ("Time Division Multiple Access") es común en los sistemas de telefonía fija. Las últimas tecnologías en los sistemas de radio son la codificación de la voz y la compresión de datos, que eliminan redundancia y periodos de silencio y decrementan el tiempo necesario en representar un periodo de voz. Los usuarios acceden a un canal de acuerdo con un esquema temporal. Aunque no hay ningún requerimiento técnico para ello, los sistemas celulares, que emplean técnicas TDMA, siempre usan TDMA sobre una estructura FDMA. Un sistema puro TDMA tendría sólo una frecuencia de operación, y no sería un sistema útil. TDMA es un concepto bastante antiguo en los sistemas de radio.



En los sistemas modernos celulares y digitales, TDMA implica el uso de técnicas de compresión de voz digitales, que permite a múltiples usuarios compartir un canal común utilizando un orden temporal. La codificación de voz moderna, reduce mucho el tiempo que se lleva en transmitir mensajes de voz, eliminando la mayoría de la redundancia y periodos de silencio en las comunicaciones de voz. 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.



Componentes de un sistema Celular AMPS, TDMA D-AMPS

La tecnología de radio digital que usa el estándar de DECT es TDMA - Time Division Multiple Access. Pues el nombre sugiere, el principio de base 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.

En el estándar de DECT, de 20MHz de espectro de radio se maneja como sigue. Hay 10 carriers o portadores (canales de radio), cada uno de 1.728MHz. que cada portador se divide en 12 timeslots a dos caras (24 en total), para permitir 12 llamadas simultáneas. Solamente un solo transmisor-receptor es necesario para cada portador. Con 10 portadores, la capacidad es 120 canales de radio.



Una característica importante de esta tecnología de división de tiempo, es que un teléfono individual es solamente envia o de recibe para dos de los timeslots disponibles. Por el tiempo restante, puede hacer otras cosas. Por ejemplo puede ser utilizada para llevar una señal de llamada en espera, y permite que el usuario cambie entre dos llamadas.


FDMA



FDMA ("Frecuency Division Multiple Access") es la manera más común de acceso truncado. Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de la frecuencia. Los canales de frecuencia son muy preciados, y son asignados a los sistemas por los cuerpos reguladores de los gobiernos de acuerdo con las necesidades comunes de la sociedad. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. 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.

FDMA está parado para " el acceso múltiple de la división de la frecuencia " y, aunque podría ser utilizado para los sistemas digitales, se utiliza exclusivamente en todos los sistemas celulares analógicos. Esencialmente, FDMA parte el espectro afectado un aparato en muchos canales. En sistemas analógicos 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) y se envían concluido los airwaves. 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 son el menos sistema celular eficiente puesto que cada canal analógico se puede utilizar solamente por un utilizador al mismo tiempo. Está no sólo la compresión de voz digital moderna dada más en gran parte que necesaria de estos canales, sino que también se pierden siempre que haya silencio durante la conversación de teléfono de la célula. Las señales analógicas son también especialmente susceptibles al ruido? y no hay manera de filtrarla hacia fuera. Dado la naturaleza de la señal, los teléfonos analógicos 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.

E
l primer punto a considerar es que en CDMA todos los usuarios, mientras duran sus comunicaciones, ocupan la totalidad del ancho de banda asignado a cada estación base, que puede ser de varios Mhz. Tanto en FDMA como en TDMA hay una separación de las señales de cada usuario, bien en frecuencia o bien en tiempo, mientras que en CDMA todos los usuarios en comunicación se están interfiriendo mutuamente, como grupos de parejas hablando en una recepción, en la que mientras todo el mundo está hablando a un determinado nivel de volumen, cada persona se concentra en lo que dice su interlocutor, al menos que sobrevenga alguna información excepcional.

Si cada pareja hablara y entendiera un único idioma, su capacidad de dialogar, con un alto nivel de interferencia, sería mucho mayor, debido a la exclusividad del lenguaje. Este es el principio de supresión de interferencias utilizado en CDMA, donde las comunicaciones de cada móvil con su estación base se producen con una particular codificación semejante al uso de un solo idioma. Si además la codificación fuera ortogonal y las comunicaciones sobre un canal ideal, los usuarios ignorarían totalmente cualquier interferencia intercelular.






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