Sistemas de Telecomunicación Privados Técnicas de Acceso Múltiple al Medio Actividad (1h 40’) • 3 grupos • Grupos – TDMA/FDMA – FHSS – CDMA • 1h (trabajo en casa) para preparar la presentación • 30’ grupo de expertos para preparar la presentación • 3x20’ para presentar cada parte Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 1 Introducción • Las técnicas de acceso múltiple son el método de dividir el espectro disponible de modo que pueda ser utilizado simultáneamente por varios usuarios • La asignación del recurso se realiza por medio de unas “reglas del juego” • Las características deseables en un esquema de acceso múltiple son: – Compartir el medio de modo eficiente (poco retardo, medio utilizado al máximo) – Flexible (distintos tipos de tráfico y de servicios) – Robusto (frente a efectos de propagación, ruido, interferencias, etc.) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 2 Métodos más comunes de acceso • FDMA: Frequency Division Multiple Access • TDMA: Time Division Multiple Access • SSMA: Spread Spectrum Multiple Access – FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum – DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 3 FDMA Código • Se asigna una única frecuencia o canal a cada usuario. Estos canales se asignan bajo demanda a medida que solicitan servicio (DAMA) o bien pueden estar asignados de modo Frecuencia permanente (PAMA) Tiempo • Durante la duración de la llamada o intercambio de información, ningún otro usuario puede compartir esta misma frecuencia • Si el canal FDMA no está en uso, no existe posibilidad de que sea utilizado por otros usuarios para aumentar la capacidad de su canal, esto es, el canal no utilizado se “desperdicia” • El ancho de banda de los canales FDMA suele ser estrecho (30 KHz) con objeto de dar cabida a diversos usuarios (a mayor ancho de canal, menor capacidad de usuarios simultáneos) Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 4 FDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 5 FDMA-Ventajas e Inconvenientes • Ventajas – – – – Equipamiento sencillo de traslación en frecuencia No precisa sincronización temporal del sistema El receptor es básicamente un filtro “pasa-banda” No se precisa coordinación o sincronización entre usuarios • Inconvenientes – Los filtros en recepción deben ser precisos y de banda estrecha – Se precisan bandas de guarda – Poco eficiente en entornos multi-camino – Se consume mucha potencia Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 6 TDMA • Se divide el radioespectro en slots temporales. Cada usuario puede tanto transmitir como recibir en dichos slots • Cada usuario ocupa un slot temporal que se repite de modo cíclico. TDMA permite distinto número de slots temporales para cada usuario. Código Frecuencia Tiempo • TDMA comparte una única frecuencia entre varios usuarios, haciendo uso cada uno de ellos del recurso en slots temporales que no se solapan • La transmisión de datos se realiza a ráfagas, lo cual deriva en un consumo muy bajo de batería • Se pueden aprovechar los instantes en que no se precisa el envío de datos para transmitir información de control • Dado que se utilizan distintos slots para transmisión y recepción, no se precisan duplexores Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 7 TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 8 TDMA-Ventajas e Inconvenientes • Ventajas – Se evitan procesos de filtrado de banda estrecha – Muy adecuado para comunicaciones digitales – La reserva de slots temporales se realiza de modo dinámico (un usuario puede disponer de más de uno) • Inconvenientes – – – – Se precisa una muy buena sincronización temporal Se introduce una elevada carga de señalización Espacio temporal de guarda entre slots temporales Muy complejo Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 9 Híbrido TDMA/FDMA • TDMA normalmente se usa conjuntamente con FDMA – Reducir el número de usuarios por canal – Reducir el delay spread • Este híbrido se utiliza en muchos sistemas de comunicaciones móviles como GSM o TETRA • GSM – Ancho de banda de 25MHz dividido en 125 canales de 200kHz – Cada canal se subdivide en 8 slots utilizando TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 10 SSMA • Se reparte la señal en un rango amplio de frecuencia, evitando concentrar la potencial en una única banda estrecha • El ensanchado se consigue empleado un código de pseudo-ruido que convierte la señal de banda estrecha en un ruido de banda ancha, que es lo que se transmite • Permite transmisiones más difíciles de detectar y de decodificar. De hecho, a un observador externo le parecerá “ruido” • Poco sensibles a las interferencias procedentes de otros usuarios • Dos modalidades – Espectro ensanchado por saltos de frecuencia (FHSS) – Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) CDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 11 SSMA • Esquema general de un sistema spread spectrum Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 12 FHSS • La frecuencia del canal cambia cada cierto tiempo (Tsalto) siguiendo una determinada secuencia • Esta secuencia constituye el código del Sistema • Para la transmisión en cada una de las distintas frecuencias, se emplean técnicas de modulación convencionales • El conjunto de posibles secuencias a las cuales se puede saltar se denomina “hopset” • Transmisor y receptor deben estar sintonizados en la misma frecuencia en cada salto. Por tanto, debe conocer y compartir el mismo código Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 13 FHSS • Esquema básico transmisor - receptor Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 14 FHSS - Modalidades • Salto en frecuencia lento (SFH) – Tsalto >> Tbit • Salto en frecuencia rápido (FFH) – Tsalto << Tbit ofrece mejor rendimiento ante el ruido pero es más complejo Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 15 FHSS – Ancho de Banda Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 16 FHSS • Ventajas – Resistente al multi-camino ya que cada salto se ve afectado de modo distinto por este efecto – Muy resistente a interferencias de banda estrecha – Permite un número de usuarios mayor que los canales disponibles – La banda de frecuencias asignada no tiene por qué ser continua • Inconvenientes – Se precisa un sintetizador de frecuencia muy sofisticado y caro – Combina los problemas de FDMA y TDMA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 17 CDMA Tb Transmisor DS-CDMA: BIT +1 MODULADOR s1(t) d(t) BPSK d1(t) -1 CHIP c1(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO Tb Gp Tc +1 c1(t) -1 +1 Ensanchamiento espectral Sistemas de Telecomunicación Privados s1(t) -1 Jose Fco. Monserrat del Río Tc 18 CDMA Transmisor DS-CDMA: d(t) s(t) d(t) MODULADOR BPSK SEÑAL DE DATOS f 0 1/Tb c(t) GENERADOR SECUENCIA CODIGO c(t) SECUENCIA CÓDIGO f 0 1/Tc s(t) SEÑAL TRANSMITIDA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río f 0 1/Tc 19 CDMA +1 Receptor DS-CDMA: Tb s(t) Tb s(t) c(t) -1 (. ) dt 0 GENERADOR SECUENCIA CODIGO +1 c(t) -1 +4 . d(t) -4 Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río . . . 20 CDMA Receptor DS-CDMA: Tb Tb s(t) c(t) (. ) dt s(t) SEÑAL RECIBIDA f 0 1/Tc 0 GENERADOR SECUENCIA CODIGO c(t) SECUENCIA CÓDIGO f 0 1/Tc r(t) SEÑAL RECUPERADA Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río f 0 1/Tb 21 CDMA • Cada usuario transmite su señal SS con una secuencia código distinta, en principio ORTOGONALES entre sí TRANSMISOR CDMA 0 1/Tc TRANSMISOR CDMA 0 1/Tc TRANSMISOR CDMA 0 1/Tc Sistemas de Telecomunicación Privados f Jose Fco. Monserrat del Río 22 CDMA Receptor DS-CDMA: d1(t)+d2(t)c2(t)c1(t)+d3(t)c3(t)c1(t) Tb Tb s1(t)+s2(t)+s3(t) c1(t) (. ) dt 0 GENERADOR SECUENCIA CODIGO Por ejemplo: Sistemas de Telecomunicación Privados c1(t)= (+1 –1 +1 –1) c2(t)=(+1 –1 –1 +1) Jose Fco. Monserrat del Río 23 CDMA +1 +1 s2(t) s1(t) -1 -1 +1 +1 c1(t) c1(t) -1 -1 +4 d1(t) -4 . . . . +4 -4 . . . . • Si los códigos fuesen ortogonales y los usuarios estuvieran perfectamente sincronizados el receptor rechazaría totalmente la señal de los demás usuarios Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 24 CDMA Secuencias código : • En principio se desearían ortogonales, pero .... • El número de secuencias es limitado • La transmisión en un entorno radio hace que puedan perder su ortogonalidad: • No sincronismo • Propagación multicamino 2 +1 s2(t) -1 +1 c1(t) -1 1 Ejemplo: diferencia Tc c1(t)= (+1 –1 +1 –1) c2(t)=(+1 –1 –1 +1) Sistemas de Telecomunicación Privados +4 . . . . -4 Jose Fco. Monserrat del Río 25 CDMA • En la práctica los códigos no son ortogonales, por lo que los usuarios simultáneos se originan un cierto nivel de interferencia, que puede asimilarse a ruido TRANSMISOR CDMA TRANSMISOR CDMA TRANSMISOR CDMA 0 0 0 RECEPTOR CDMA 1/Tc RECEPTOR CDMA 1/Tc 1/Tc Sistemas de Telecomunicación Privados f 0 1/Tb 1/Tc 0 1/Tb 1/Tc 0 1/Tb 1/Tc f f RECEPTOR CDMA Jose Fco. Monserrat del Río f 26 CDMA C Pu I i Pi C PuTb I o PiTc RECEPTOR CDMA C Gp I i La ganancia de procesado es una medida del grado de protección que se tiene frente a interferencias Gp f 0 1/ T 1/ T b Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río c 27 CDMA Capacidad de un sistema CDMA : • La tasa de chip (salida del transmisor CDMA) suele ser constante y lo que varía en los sistemas CDMA es la tasa de información transmitida (bits/s), lo que se traduce en distintos factores de ensanchado para distintas velocidades de transmisión de información. SF=2 chips/bit +1 d1(t) -1 +1 c1(t) -1 +1 Velocidad de chip fija Sistemas de Telecomunicación Privados ss1(t) -1 Jose Fco. Monserrat del Río Tc 28 CDMA Capacidad de un sistema CDMA : • La tasa de chip (salida del transmisor CDMA) suele ser constante y lo que varía en los sistemas CDMA es la tasa de información transmitida (bits/s), lo que se traduce en distintos factores de ensanchado para distintas velocidades de transmisión de información. SF=4 chips/bit +1 d1(t) -1 +1 c1(t) -1 +1 Velocidad de chip fija Sistemas de Telecomunicación Privados ss1(t) -1 Jose Fco. Monserrat del Río Tc 29 CDMA Capacidad de un sistema CDMA : • La tasa de chip (salida del transmisor CDMA) suele ser constante y lo que varía en los sistemas CDMA es la tasa de información transmitida (bits/s), lo que se traduce en distintos factores de ensanchado para distintas velocidades de transmisión de información. SF=8 chips/bit +1 d1(t) -1 +1 c1(t) -1 +1 Velocidad de chip fija Sistemas de Telecomunicación Privados ss1(t) -1 Jose Fco. Monserrat del Río Tc 30 CDMA SF=2 chips/bit Los servicios de mayor velocidad binaria (mayor ancho de banda) generan más potencia interferente reduciendo la capacidad d(t) SEÑAL DE DATOS 0 1/ T f b c(t) SECUENCIA CÓDIGO f 0 1/Tc 0 1/ T s(t) SEÑAL TRANSMITIDA Sistemas de Telecomunicación Privados f Jose Fco. Monserrat del Río c 31 CDMA SF=4 chips/bit Los servicios de mayor velocidad binaria (mayor ancho de banda) generan más potencia interferente reduciendo la capacidad d(t) SEÑAL DE DATOS 0 f 1/ T b c(t) SECUENCIA CÓDIGO f 0 1/Tc 0 1/ T s(t) SEÑAL TRANSMITIDA Sistemas de Telecomunicación Privados f Jose Fco. Monserrat del Río c 32 CDMA SF=8 chips/bit Los servicios de mayor velocidad binaria (mayor ancho de banda) generan más potencia interferente reduciendo la capacidad d(t) SEÑAL DE DATOS f 0 1/ T b c(t) SECUENCIA CÓDIGO f 0 1/Tc 0 1/ T s(t) SEÑAL TRANSMITIDA Sistemas de Telecomunicación Privados f Jose Fco. Monserrat del Río c 33 CDMA • Ventajas – Muy difícil de detectar, y por tanto de “escuchar” – Protección contra multi-camino (el espectro ensanchado implica diversidad en frecuencia) – Flexible, resulta sencillo cambiar tanto la tasa de transferencia como el código de ensanchado – Protección contra interferencias – No existe un límite en cuanto al número de usuarios • Inconvenientes – Se precisa sincronización entre emisor y receptor – Equipos caros – Auto-interferencias si los códigos de los usuarios no son totalmente ortogonales Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 34 Duplexado de las comunicaciones • Objeto: Determinar el modo en que se van a establecer tanto el canal de subida como el canal de retorno • Se precisa duplexación únicamente en los sistemas de tipo full-duplex • Se emplean dos métodos principalmente: – FDD: Frequency Division Duplexing – TDD: Time Division Duplexing Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 35 Duplexado de las comunicaciones FDD BW DL Banda guarda UL UE tiempo ESTACIÓN BASE TDD Tiempo de guarda DL UL DL tiempo BW UE ESTACIÓN BASE Sistemas de Telecomunicación Privados Jose Fco. Monserrat del Río 36 ¿Preguntas, Sugerencias?