REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
Maestría en
Ingeniería
Electrónica
Marzo 2014
TEMA IV
Técnicas de Acceso
Múltiple
SUMARIO
1. Visión Previa
2. Recordatorio
3. Multiplexación y Acceso Múltiple
4. Técnicas de Acceso: FDMA,
TDMA, CDMA
5. Tabla comparativa entre las
técnicas
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?
Visión Previa
2do caso: UN transmisor y DOS receptores
Rx 2
Rx 1
Fuente de Información
¿Cómo es el proceso de comunicación?
Visión Previa
3er caso: Múltiples Transreceptores UN satélite
¿Cómo es el proceso de comunicación?
Visión Previa
4to caso: Múltiples Transreceptores DOS satélite
¿Cómo es el proceso de comunicación?
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.
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.
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.
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).
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.
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
Esta clasificación contempla:
1. 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
2. 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.
Clasificación según la
Asignación de Canal
Esta clasificación contempla:
3. RMA (Random Multiple Access): en el
momento en que una estación requiere
comunicarse utiliza un intervalo de tiempo
de transmisión cualquiera en una portadora.
Comparación entre Asignación de Canal
FIJA y DINAMICA
ASIGNACIÓN FIJA
a) Aspectos positivos:
1. Al no necesitar control, es mucho más SIMPLE.
2. 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
ASIGNACIÓN DINAMICA
a) Aspectos positivos:
1. Optimiza la utilización del ANCHO DE BANDA, lo
cual es primordial en el tipo de comunicaciones que
se estudian.
b) Aspectos negativos:
1. Ahora aparece el concepto de BLOQUEO,
pudiendo encontrarse una estación con información
para enviar y no encontrar un canal libre para
transmitir.
Comparación entre Asignación de Canal
FIJA y DINAMICA
ASIGNACIÓN DINAMICA
b) Aspectos negativos:
2) Se necesita un canal de control de las asignaciones
de frecuencias, lo que se traduce en un AUMENTO
de la COMPLEJIDAD.
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
Comparación entre las Técnicas de
Acceso Múltiple
MÉTODO
FDMA
TDMA
DESCRIPCIÓN
VENTAJAS
DESVENTAJAS
-Requiere
backoff
de
Asignación de Frecuencias, acceso
-Disponibilidad
fija
del
canal intermodulación
(bandas
de
continuo y controlado del canal. Se
-No
se
requiere
control guarda), esto reduce el caudal
recomienda cuando existen pocos
centralizado
eficaz
del
transponder.
nodos con mucho tráfico, con poco
-Terminales
de
bajo
costo. -Sistema muy rígido, cambios en la
ancho de banda a velocidades
-Usuarios
con
diferentes red hace difícil el reasignamiento.
bajas (menores que 128 Kbps).
capacidades
pueden
ser -El ancho de banda se incrementa
SCPC/FDMA tiene una capacidad
acomodados.
conforme el numero de nodos
del 100% (cero retardos)
aumenta.
Asignación de ranuras de tiempo.
Cada portadora ocupa diferente
-Tiempos de guarda y encabezados
ranura.
Se
recomienda
para -Optimización del ancho de banda
reducen
el
caudal
eficaz.
muchos
nodos
con
trafico -La potencia y ancho de banda del
-Requiere
de
sincronización
moderado. DAMA se recomienda transpondedor
es
totalmente
centralizada.
para muchos nodos con poco utilizado.
-Terminales de alto costo
tráfico. TDMA tiene una capacidad
del 60% al 80%.
-
CDMA
Requiere
de gran ancho de
banda.
Asignación de códigos a cada -Se trasmite a baja potencia
- Existe un número limitado de
usuario.
-Control no centralizado, canales
códigos
ortogonales.
CDMA Capacidad del canal del
fijos.
- Trabajan solo eficientemente con
10%.
-Inmune a la interferencia.
velocidades
preseleccionadas.
Taller de Actividades
Realizar un algoritmo que permita generar las
frecuencias de un sistema SPADE.
Condiciones:
1. Dato de Entrada: IF
2. Debe mostrar las bandas de frecuencia de SUBIDA
3. Debe mostrar las bandas de frecuencia de
BAJADA
4. Debe mostrar las frecuencias de PORTADORA DE
CADA CANAL
La nueva estrella en el cielo
venezolano….
El Satélite Simón Bolívar
Venesat 1
Gracias
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.
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.
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.
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)
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)
Ejemplo para un Sistema Satelital
Ejemplo para un
sistema de
comunicación de voz
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.
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.
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)
Distribución de
potencia en
FDMA
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)
Esquema de generación de FDM
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)
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.
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.
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
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)-SPADE
51.885MHz+80KHz=51.965 MHz
52MHz+22.5KHz=52.0225 kHz
Portadora
Canal 3
36 MHz
B CSC 
B guarda
B guarda
128
 64 kHz
2
CSC
CSC
 160 kHz  64 kHz  96 kHz
L ,H

96
2
B CH VOZ 
B CH
64 bps
voz nominal
B guarda
CH voz
 32 kHz
2
 45 kHz
 45 kHz  32 kHz  13 kHz
kHz  48 kHz
B aporte
( QPSK )
de cada CH voz

13 kHz
2
 6 , 5 kHz
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.
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).
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.
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.
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.
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).
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)-SPADE
Ventajas de SCPC
Carrier)
1.
(Single Channel per
Enlaces
satelitales
nacionales
e
internacionales con velocidades desde 9.6 Kbps
hasta 2.048 Mbps, con posibilidad de utilizar
Frame Relay.
2. Enlaces punto a punto entre las ciudades por
medio de estaciones terrenas ubicadas
estratégicamente.
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)-SPADE
Ventajas de SCPC
Carrier)
(Single Channel per
3. Administración de la capacidad del canal de
acuerdo a sus características de tráfico.
4. Alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad de
la información transmitida.
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.
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.
Frecuency-Division Multiple Access
(FDMA)-SPADE
Time-Division
Multiple Access
(TDMA)
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.
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
La ráfaga de cada estación se sincroniza de tal modo que
demás estaciones y debe seleccionar de entre ellas el
llegue al satélite transpondedor en distinto momento.
trafico destinado a ella.
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA
La estructura básica de una trama de TDMA tiene
la forma siguiente…
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA
Ráfaga de
ráfagas
se sincronizan
referencia
separada
Ráfaga de
referencia dentro
de preámbulo de un
canal
Todas las
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
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
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA: Ráfaga de Referencia
Secuencia
binaria
para
recuperación
de
sincronización de bits o
señal de reloj.
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.
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA: Preámbulo de la
Estación
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.
Ráfaga de referencia
como preámbulo de un
canal
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.
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama básica de TDMA: Ráfaga de Referencia
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.
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.
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.
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.
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 R=2.048 Mbps
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.
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.
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 subtramas la duración de la trama será 2 ms (32 X
62.5 32us)
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
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
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Primera Sub-trama de 128 bits
(16 canales X 8 bits/canal)
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
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Sub-trama 32
Sub-trama 1
Arreglo de las 32 sub-tramas
4096 bits
Time-Division Multiple Access (TDMA)
Trama primaria del sistema CEPT
Duración de Sub-trama: 2 ms
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
Code-Division
Multiple Access
(CDMA)
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.
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.
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