INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICOSCONCEPTOS GENERALES

TEMARIO1. INTRODUCCIÓN

1. Historia de las comunicaciones inalámbricas.

2. CONCEPTOS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN1. Codificación de fuente.2. Codificación de canal.3. Modulación.4. Canal.

3. ESPECTRO ENSANCHADO1. DS.2. FH.

4. TÉCNICAS DE MULTIACCESO1. FDMA.2. TDMA.3. CDMA.

OBJETIVO• Describir un sistema de comunicación con sus elementos y funciones.

•Conocer el medio inalámbrico.

•Conocer las técnicas de espectro ensanchado utilizadas.

•Aplicar las técnicas de multiacceso utilizadas para acceder al medio inalámbrico.

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN Un poco de historia. Lo más notorio.

Historia de la telecomunicaciones

IntroducciónSistema de comunicación por bloque

INTRODUCCIÓN: Codificación de Fuente•Se utiliza para disminuir la cantidad de información que una fuente transmite.

•Los símbolos más utilizados son codificados con menos bits y los menos utilizados con un número mayor de bits. Conocida como entropía de la fuente

•El transmisor y el receptor entiende la misma codificación.

•Se utiliza la codificación de HUFFMAN basada en la probabilidad de ocurrencia.

•Ejemplo: Se tiene una fuente digital que transmite palabras de 3 bits con las siguientes probabilidades, determinar la codificación de los mismos.

000 =0.2 001 =0.01

010 =0.4 011 =0.04

100 =0.1101 =0.02

110 =0.07 111 =0.16.

INTRODUCCIÓN: Codificación de canal• Se utiliza para dar redundancia a la información que se transmite.

•Permite detectar errores y en algunos casos corregir errores.

•Ténicas: • ARQ: Automatic Repeat Request• FEC: Forward Error Correction Tipos de codificación: • Códigos de bloque: Toman los bits de entrada de k en k grupos, entregan a la salida n bits, ingresando

una redundancia de n-k bits y una relación R = k/n• Códigos convolucionales: Ingresan redundancia además tienen memoria ya que trabajan con registros

de memoria manteniendo una relación de redundancia R=k/n.

INTRODUCCIÓN: Codificación de canal•Ejemplo: Codifique la palabra de entrada 1010.

Compuerta xorIguales 0Diferentes 1

INTRODUCCIÓN: Modulación•Utilizada para adecuar al información para su transporte por el canal.

•Pasa la señal de banda base a una portadora que la ayude a viajar por el medio.

•Clasificación: • Analógica: AM, FM• Digital: FSK, PSK, QPSK

INTRODUCCIÓN: Canal•El canal se considera al medio por el cual se transmitirá la información.

•CLASIFICACIÓN DE LOS MEDIOS DE TRANSMISIÓN:

Medios de Transmisión

GUIADO utiliza un medio físico para transmitir

Par trenzado

Cable coaxial

Fibra Óptica

NO GUIADO utiliza el espectro radioeléctrico

Espectro radioeléctrico

01/05/2023 Ing. Ximena Trujillo

PAR TRENZADO Par de cables que se entrelazan para disminuir interferencias.

Diferentes categorías: ◦ UTP sin apantallamiento.◦ STP con apantallamiento.◦ FTP uniforme con apantallamiento global.

Las distancias que pueden cubrir varían según el tipo entre el orden de los metros hasta pocos kilómetros.

Aplicaciones:◦ Redes de área local◦ Telefonía◦ Líneas de control y alarmas

01/05/2023 Ing. Ximena Trujillo

CABLE COAXIAL Utilizado para transportar señales eléctricas de altas frecuencias.

En un inicio fue utilizado para enlaces extensos en redes de área amplia.

Tipos: grueso y fino

Su problema ha sido el grosor y el costo.

Menor grosor menor distancia.

01/05/2023 Ing. Ximena Trujillo

FIBRA ÓPTICA Capaz de transmitir pulsos eléctricos de un extremo a otro.

Utilizada para enlaces extensos incluso transocéanicos.

Alta transmisión de datos.

Tipo: ◦ Monomodo un rayo.◦ Multimodo: Múltiples rayos.

Disminución de costos.

Unión por empalmes o fusión.

01/05/2023 Ing. Ximena Trujillo

ESPECTRO RADIOELÉCTRICO Recurso ”Limitado”.

Actualmente se encuentra saturado.

Costo alto por adquisición de frecuencias.

Afectado por el clima, obstáculos, atmósfera.

Clasificación del Espectro radioeléctrico

ESPECTRO DE UNA SEÑAL SENOIDEAL

Conceptos espectrales La anchura temporal de una señal medida en segundos es inversamente proporcional a la anchura de la señal de la transformada de Fourier medida en hertz.

Señal banda base: Es una señal que se encuentra en su frecuencia original sin modificaciones, solo en su lado positivo.

ENSACHAMIENTO DE ESPECTRO•Mejora la utilización del espectro radioeléctrico.

•Permite una mayor transmisión de datos con una menor potencia.

•Se define como : ”Un sistema en el cual la energía media de la señal se transmite se reparte sobre la anchura de banda mucho mayor a que la de la información.” (Recomendación UIT-R SM.1055)

•Tienen una mayor fiabilidad para el momento de la transmisión.

•Tipos de ensanchamiento:• Espectro ensanchado por secuencia directa(DS): Utiliza una frecuencia para transmisión, con una

velocidad superior de bits (Ts) en relación a la original basada en un código pseudoaleatorio, de conocimiento del transmisor y del receptor. Así la secuencia transmitida es un tren de bits codificados.

ENSACHAMIENTO DE ESPECTRO• Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia (FH).- Transmite la señal realizando saltos de una frecuencia a otro según un código pseudoaletoria. Los saltos se realizan sobre frecuencias contiguas que cubren una banda más ancha que la banda de la señal original.

•

TÉCNICAS DE MULTIACCESO• Permiten acceder al medio de forma eficiente.

•Aprovecha mejor el espectro radio eléctrico.

•Entre las principales técnicas se tiene:• FDMA• TDMA• CDMA

FDMA•Fue la primera técnica de acceso múltiple utilizada en satélites

•Es simple y flexible, sigue siendo usada

FDMA: Ejemplo: Plan de frecuencias para un transponder de satélite de 45KHz

Ejemplos1. Considere un Sistema Mobile que es FDMA/FDD, que utiliza 25 MHz para enlaces directos

que se divide en canales de radio de 20 KHz, si 8 canales son soportados en un solo canal de radio y si no hay banda de guarda . Encuentre el número de usuarios que pueden ser acomodados en el sistema.

2. Si el ancho total del sistema es 12.5MHz y se necesita 10KHz como banda de guarda para canales que ocupan 30KHz, encuentre el número de canales válidos en el sistema FDMA.

TDMA

Es una técnica digital de acceso que permite la transmisión de cada estación para ser recibida en otra por ranuras.

Son recibidas por división de tiempo sin que se superpongan

Para ello cada estación debe sincronizarse con la otra para que las transmisiones lleguen a tiempo

TDMA

Cada estación se ingresa a través de módulos de interfaz terrestre, creándose flujos de bits.

Cada uno de estos flujos es enviado desde una estación para que las otras estaciones puedan demodularlos.

Cada trasmisión contribuye con una rafa de bits para formar el buffer TDMA

La estación TDMA se debe asegurar que de no exista superposición en el envío de los datos

Debe estar sincronizada las estaciones

En un inicio se envía un mensaje en blanco para poder sincronizarse con la estación

Una rafa de TDMA debe contener: la secuencia, el patrón, bit de transporte, bits de control

Se puede ampliar la característica de TDMA.

PROCESO DE TDMA

Terminal de transmisión de TDMA simplificado

Terminal de recepción de TDMA simplificado

TRAMA TDMA

La ráfaga de inicio de transmisión tiene una trama que se sub dividide en varios intervalos con diferentes funciones:• Tiempo de parada (G)◦ Portadora y bit de tiempo de recuperación (CBR)◦ Palabra clave (BCW)◦ Identificación de código (SIC)Cada ráfaga de bits debe tener esta trama para poder recuperar la información.

TRAMA TDMA

Se necesita recuperar el reloj para la demodulación

Ocurren fallas en la trasmisión de cada estación terrena en cuanto al tiempo de llegada, lo que se corrige con una rafa de sincronización, así cada envió tiene su propio reloj.

Para la sincronización se tiene varios métodos:

◦ Haz global de sincronización.- el error de tiempo de transmisión se detecta en cada transmisión mediante el examen de secuencia

◦ Sincronización de información.-la detección del error de sincronización se lleva a cabo en cada estación y está se vuelve a enviar al transmisor a través del canal de control

◦ Sincronización de circuito abierto.- el tiempo de transmisión es determinado al calcular el rango de cada estación l satélite

Sincronización en sistemas TDMA

TDMA - Eficiencia Eficiencia: es la medida del porcentaje de datos transmitidos que contiene información, los bits en la trama que contienen información.

El número de bits en la cabecera de la trama está dado por:

br= número de bits en la cabecera referente a la ráfagabp= número de bits en la cabecera para el preámbulo de tiempobg= número de bits de guarda

TDMA - Eficiencia El número total de bits de la trama es:

Siendo Tf el tiempo de la trama y R la tasa de bit.

Y la eficiencia:

Canales en TDMA Número de canales en TDMA:

m representa el mayor número de usuarios que puede soportar el canal

Ejemplo1. Si GSM utiliza una estructura macro donde cada cuadro se compone de segmentos de

tiempo S y cada uno contiene 156.25 bits y los datos se transmiten a 270,833 Kbps en el canal, encuentre:

◦ El tiempo de duración de bit◦ El tiempo de duración de una ranura◦ La duración de tiempo de una trama ◦ El tiempo que un usuario tiene que esperar entre una y otra transmisión simultánea

2. Un slot en GSM consiste en 6 bits de control, 8.25 bits de guarda, 26 bits de sincronización y dos ráfagas de datos de 58 bits. Encuentre la eficiencia de la trama (Una trama de GSM esta compuesta por 8 slots)

CDMA

CDMA Las señales operan en la misma frecuencia nominal pero con un mayor ancho de banda para la codificación.

Múltiples usuarios transmiten de forma simultánea en una mismo canal.

A cada usuario se le asigna un código propio, el cual se mezcla con la información y se modula.

El receptor debe encontrar el código que le corresponde y demodular la señal.

Puede ser combinado con FDMA y TDMA.

Existen dos técnicas en las que se basa CDMA:◦ Secuencia directa DS◦ Salto de frecuencia HF

Es necesario la coordinación entre los transmisores

El número de usuarios que se puede asignar es muy grande puesto que no existe compartición de tiempo ni de frecuencia, solo degrada la señal el ruido, las señales que no le corresponde al receptor se convierten en ruido.

Baja probabilidad de intercepción

Anti jamming

CARACTERÍSTICAS

CDMA𝑉𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑙𝑎𝑝𝑎𝑛𝑑𝑜𝑠𝑒𝑢𝑛𝑜𝑠𝑑𝑒𝑐𝑜𝑛𝑜𝑡𝑟𝑜𝑠 ,

Mayor capacidad. (espectro extendido)

Seguridad y privacidad.

Control de nivel de potencia. (procesamiento de señales)

Mayor cobertura.

Reducción del ruido e interferencia.

CDMA- Ventajas

Los dos parámetros que definen CDMA son:

Ganancia ( Gp).- Es el ancho de banda ampliado para el ancho de banda de información o tasa de bit.

Expresa la relación señal a ruido a la salida con respecto a la señal a ruido a la entrada del receptor. Normalmente varía entre los 20 a 60 dB

CDMA - Parámetros

Margen de interferencia (Mj)- Es la tolerancia máxima de interferencia en la relación señal a ruido. Es decir el grado de tolerancia que un sistema CDMA puede aceptar para una calidad de transmisión

L: representa pérdidas entre (1 a 3dB) de demodulación y espectro ensanchado.

Esto da una idea de la capacidad del sistema (número de usuarios) aunque no tan real.

CDMA - Parámetros

La secuencia directa DSS es aplicada a sistemas asíncronos CDMA, es aplicado especialmente cuando el sincronismo no se puede lograr entre las diferentes señales generadas por los diferentes usuarios.

Utilizado en los enlaces de retorno de estaciones terrenas pequeñas

Por ejemplo en sistemas móviles por satélite

CDMA ASINCRONO (A-CDMA)

Es un sistema CDMA síncrono cuando todas las señales de los usuarios se generan o pueden coordinarse en una sola estación.

Que puede ser más adecuado para sincronizar las distintas señales.

Una ventaja de S-CDMA es que la interferencia de acceso múltiple se puede evitar

Se lo ha adoptado para enlaces de ida.

CDMA SÍNCRONO (S-CDMA)

TECNICAS DE ESPECTRO ENSANCHADO HÍBRIDAS

• FDMA• CDMA

FCDMA

• Frecuencia directa• Múltiple Acceso por salto de frecuenciaDS/FHMA

• División por tiempo• CDMATCDMA

• División por tiempo• Salto de frecuenciaTDFH

Se divide el ancho de banda en sub-bandas.

Cada uno es un sistema CDMA de banda estrecha. (menor ganancia).

Ventaja ancho de banda no contiguo.

Los usuarios pueden utilizar anchos de banda diferentes.

FCDMA

Una señal ensanchada con secuencia directa.

Su frecuencia central va saltando con código pseudoaletorio.

Ventaja: ayuda a evitar el efecto cerca-lejos.

No es fácil de utilizar en handoff.

DS/FHMA

Se dan códigos de ensanchamiento de espectro diferentes a celdas diferentes.

Dentro de la celda se asigna a un usuario en particular.

Así solo un usuario esta transmitiendo por celda

En un hadoff se cambia el código del usuario.

Evita el efecto cerca-lejos.

TCDMA

Utilizado cuando existe interferencias co-canal.

El usuario salta a una nueva frecuencia cada vez que inicia una trama TDMA.

Utilizado en GSM con salto de frecuencia pre definido en frecuencias de su celda.

TDFH

Una técnica de acceso.

Varios usuarios acceden manteniendo un orden mínimo.

No utilizado para altas ráfagas de datos.

No escucha el medio para poder transmitir.

Pueden existir colisiones las cuales se controlan con ACK Y NACK.

Funciona muy bien aún cuando existen colisiones.

Espectralmente es poco eficiente◦ Troughput (T): Mensajes exitosos en un intervalo de tiempo.◦ Average delay (D): Retardo de una ráfaga

PACKET RADIO

PROTOCOLOS UTILIZADOS◦ ALOHA:

PACKET RADIO

R= λt Tráfico generado

R>1, paquete excede máxima tasa del canal

0<R>1, tasa aceptable

𝑇=𝑅∗𝑃𝑟 [𝑛𝑜𝑐𝑜𝑙𝑖𝑠𝑖ó𝑛 ]

𝑃𝑟=𝑅𝑛𝑒−𝑅𝑛 !

ALOHA RANURADO El tiempo se divide en ranuras de tiempos iguales

De longitud mayor que la duración del tiempo de paquetes

Los relojes han sido sincronizados

Cada paquete transmite solo al inicio del tiempo de la ranura

Distribución discreta de paquetes

Previene colisiones de paquetes por porciones

Incrementa el retraso

𝑇=𝑅∗𝑒−𝑅

RESERVA ALOHA Es un sistema de acceso de paquetes basado en multiplexación por división de tiempo.

Algunas ranuras se asignan con prioridad.

Se pueden realizar reserva de ranuras por parte usuarios

PRMA combina la estructura de trama TDMA permitiendo a cada ranura de tiempo de voz o datos, dando prioridad a la voz , la trama tiene un número fijo de intervalos de tiempo.

CSMA Carrier Sense Multiple Access Protocols

Cada terminal es capaz de escuchar el canal antes de la transmisión

Parámetros importantes:◦ Retardo de detección: tiempo en que se decide si esta o no ocupado el canal◦ Retardo de propagación: medida relativa de la velocidad para un paquete desde la

base hasta el receptor

El retardo de propagación es una medida importante para evitar colisiones

𝑡𝑑=𝑡𝑝𝑅𝑏

𝑚

tp= tiempo de propagación

Rb= tasa de bit

m= número de bits esperados

Asignamiento por demanda.- Asignación de tiempo, frecuencia o código en forma instantánea durante la duración de cada transmisión o sesión.

VENTAJAS:◦ Economiza la utilización de recursos de transmisión, en enlaces no utilizados no consume recursos, solo

en función del tráfico existente.◦ Economiza en el dimensionamiento de la estación.◦ Mejora la conectividad de la red, permite que los enlaces directos que se crean en la demanda entre

todas las estaciones de acuerdo al alcance.

DEMANDA DE ASIGNACIÓN DE ACCESO MULTIPLE DAMA

SEÑALIZACIÓN DE CONTROL.- Detecta una petición de comunicación, registrando el número de destino e información adicional, luego de detectar una señal clara para liberar el enlace, se la realiza por la terminal de tráfico con software.

COMUNICACIÓN DE ENRUTAMIENTO.- Consiste en determinar el acceso de destino de la comunicación de acuerdo con la información de señalización registrada, similar a un centro de conmutación.

RECURSOS PARA LA ADMINISTRACIÓN.- Determina los recursos de transmisión que se utilizaran para una nueva comunicación, en el satélite y estación terrena

ASIGNACIÓN DE RECURSOS.- Implica la configuración de varias estaciones de transito, la supervisión del establecimiento y la liberación de la conexión después de la configuración.

FUNCIONALIDAD DE DAMA

Esquema de funcionamiento

Servicios de suscripción por demanda

Enlaces telefónicos entre centrales

Transmisión de datos en modo conectado

Videoconferencia

Servicios de un modem DAMA

Los recursos se asignan previamente

Un circuito esta asignado a un cliente, lo utilice este o no.

Existe un desperdicio de recursos

PREASIGNACIÓN DE DEMANDA PAMA

TIPO DE TRÁFICO TÉCNICA DE MULTIACCESO

Ráfagas, mensajes cortos

Ráfagas, mensajes largos, alto número de usuarios

Ráfagas, mensajes largos, bajo número de usuarios

Stream o voz

RETROALIMENTACIÓN