28.11.15

Acceso Múltiple y Duplexión en Redes Móviles

A las personas les gusta comunicarse incluso más que navegar en Internet, esto ha hecho a las redes móviles la red más exitosa a nivel mundial. Actualmente se cuenta con más de siete mil millones de suscriptores a nivel mundial (ITU, 2015).

El hecho de ser redes móviles implica que se tiene que tener como medio de transmisión el aire, por este motivo se requiere diversas técnicas de ordenamiento y separación para que varios usuarios puedan compartir este medio.

ACCESO MÚLTIPLE:

FDMA: Frequency Division Multiple Access
Toma la ventaja de una transmisión pasabanda, es decir, divide el espectro en bandas de frecuencia y se le asigna a cada usuario una banda en la cual es transmitida la información.


La evidente desventaja es su poca eficiencia espectral ya que los filtros limitan el ancho de banda a aproximadamente 30kHz por canal de voz, cuando varios canales son multiplexados se designa 40kHz por canal, este exceso es llamado banda de guarda cuya función es mantener a los canales bien separados a fin de evitar interferencias.

TDMA: Time Division Multiple Access
En este tipo de acceso, los usuarios toman turnos periódicamente y así se dividen todo el ancho de banda. Cada espacio destinado a cada usuario es llamado time slot y están separados por pequeñas bandas de guarda a fin de sincronizar las variaciones de tiempo en la transmisión. 


CDMA: Code Division Multiple Access
En este acceso se canaliza las distintas comunicaciones asignando un código diferente por cada comunicación. Este tipo de acceso es una forma de comunicación de espectro ensanchado en la cual una señal es extendida sobre una banda de frecuencia extensa. Esto la hace más tolerante a la interferencia y ademas permite a múltiples señales compartir el mismo ancho de banda.


Para ver como es que funciona este tipo de acceso tomaré el ejemplo del libro Computer Networks 5th Edition by Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall. pag 136.

Cada bit esta subdividido en m intervalos llamados chips, generalmente hay 64 o 128 chips por bit pero por razones pedagógicas usaremos 8 chips por bit.

Notese que con en FDM la cantidad de información enviada es b bits/sec, ahora si asumimos que no se cambia la modulación o codificación, la cantidad de información enviada es m*b bits/sec.

Ahora asignaremos una secuencia de chips para cada estación y así representaremos los bits 1 y 0:

Estación Verde Oscuro:
+1 = Bit 1 = -1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1
-1 = Bit 0 = +1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 -1

Estación Roja:
+1 = Bit 1 = -1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1
-1 = Bit 0 = +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1

Estación Azul:
+1 = Bit 1 = -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1
-1 = Bit 0 = +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1

Estación Verde Claro:
+1 = Bit 1 = -1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1
-1 = Bit 0 = +1 -1 +1 +1 +1 +1 -1 +1

Hay que mencionar que estas secuencias dadas a cada estación deben ser ortogonales entre sí, como veremos más adelante esto es una condición clave para este tipo de acceso móvil.

Recordemos las propiedades de ortogonalidad donde S y T son ortogonales.


Durante el tiempo de cada bit la estación puede enviar un bit 1, un bit 0 o estar en silencio, asumiremos que todas las estaciones están sincronizadas y envían su información al mismo tiempo. Por ejemplo si tres estaciones mandan +1 y una manda -1, la recepción será +2 (+1 +1 +1 -1 = +2)

Resumiendo tenemos lo siguiente:


Se tienen las siguientes secuencias recibidas:


Ahora deseamos decodificar todo lo que la estación azul envió en cada secuencia:


Para ver como decodifico correctamente recordemos el principio de ortogonalidad:


OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access
Cuando se envía información es posible dividir el espectro eficientemente sin usar bandas de guarda, el ancho de banda del canal es dividido en varias subportadoras que independientemente envían datos, estas subportadoras están muy pegadas entre si de tal modo que estas se solapan parcialmente.


La idea del OFDM fue derivada hace ya bastante tiempo pero es el la ultima decada que a sido adoptada viendo que es posible implementar el OFDM eficientemente en términos de la Transformada de Fourier en datos digitales sobre todas las subportadoras en vez de modular cada subportadora separadamente.


DUPLEXIÓN:
Técnica que permite la existencia de comunicación Full Duplex organizada en el canal de comunicaciones, pueden ser de dos formas.

FDD: Frequency Division Duplexing
Duplexion basada en la frecuencia, una frecuencia para el uplink (carga) el cual esta ubicada en la frecuencia mas alta y otra para el downlink (descarga) la cual esta ubicada en la frecuencia más baja.

TDD: Time Division Duplexing
Duplexión basada en Time Slots o espacios de tiempo para transmitir en la misma frecuencia el uplink como el downlink.



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