Departamento de TelecomunicacionesFIET – Universidad del Cauca

DocenteALEJANDRO TOLEDO TOVAR

Sistemas de TelecomunicacionesSistemas de Telecomunicaciones

Introducción a los Sistemas de Introducción a los Sistemas de TelecomunicacionesTelecomunicaciones

IIII

1

Transmisión de Pulsos

2

…Transmisión de Pulsos

Si la forma de la onda es periódica, se puede representar con una precisión arbitraria, mediante la superposición de un número suficientemente grande de ondas senoidales que forman una serie armónica.

Toda función f(t) periódica de periodo P, se puede representar en forma de una suma infinita de funciones armónicas, es decir,

donde el periodo P=2p/w, y a0 a1 ...ai ... y b1 b2 .... bi .... son los denominados coeficientes de Fourier.

3

…Transmisión de Pulsos

Por ejemplo, para el pulso rectangular simétrico de anchura 1, y periodo 2 se obtienen los siguientes coeficientes.

4

 

orden a b

0 1  

1 0.6366 0

2 0 0

3 -0.2122 0

4 0 0

5 0.1273 0

6 0 0

7 -0.09097 0

8 0 0

9 0.07078 0

…Transmisión de Pulsos

5

…Transmisión de Pulsos

6

…Transmisión de Pulsos

7

…Transmisión de Pulsos

Diagrama del Ojo

La BER y la SNR (ESNR y OSNR) son parámetros de medición que proporcionan información acerca de la calidad del enlace y del desempeño de la transmisión, involucrándose el funcionamiento de los equipos de recepción, transmisión, cable y demás.

Pero en determinados casos y para diversos inconvenientes muchos de estos parámetros de medición no son apropiados para encontrar el origen del problema.

Por esto se hace necesario e indispensable el uso del diagrama de ojo ya que permite el análisis de las formas de onda de los pulsos que se propagan en el canal de transmisión y del cual se pueden deducir parámetros de medición como la BER y el factor Q

8

…Transmisión de Pulsos

Diagrama del Ojo

9

…Transmisión de Pulsos

El diagrama de ojo, muestra en un rango de tiempo la superposición de las distintas combinaciones posibles de unos y ceros.

Dichas señales transmitidas por el enlace, permiten obtener las características de los pulsos que se propagan.

Por ejemplo, en una secuencia de 3 bits tenemos una cantidad total de 8 combinaciones posibles,

10

…Transmisión de Pulsos

El diagrama de ojo permite observar los parámetros que determinan la calidad de la señal.

Así, la apertura del ojo en cuanto al eje Y (eje de amplitudes) muestra

El nivel de amplitud de la señal (atenuación), La distorsión producida por la ISI y el margen del ruido; por tanto, entre menor sea esta apertura, se

compromete más el desempeño del sistema.

Por su parte, en el eje X (eje de tiempos) se observa la incidencia del:

Sincronismo y del jitter

11

…Transmisión de Pulsos

En el diagrama del ojo se pueden identificar claramente dos tipos de cruces (eye crossing): cruce de tiempo y cruce de amplitud

12

El cruce de tiempo indica el tiempo en el cual se produce la apertura del ojo y su posterior cierre.

El cruce amplitud indica en qué nivel de voltaje se produce la apertura y cierre del ojo definiéndose de este modo el periodo de bit

…Transmisión de Pulsos

Diagrama del Ojo

13

…Transmisión de Pulsos

Mascaras del diagrama del Ojo: Son regiones específicas en las cuales no se debe introducir la

señal, ya que si la señal entra en estas zonas se deduce claramente que se han presentado errores o problemas en la transmisión.

Estas regiones son de especial utilidad con el fin de observar el desempeño de la señal y de esa manera realizar un óptimo diseño del enlace de transmisión.

14

La línea roja corresponde a la variación del factor Q en función del período de bit

El diagrama del ojo es un instrumento de gran uso en las Telco., ya que puede brindar información importante sobre el desempeño de un sistema, que de otra manera sería muy complicado o hasta improbable obtener

…Transmisión de Pulsos

15

…Transmisión de Pulsos

16

Binary-PAM

…Transmisión de Pulsos

17

Binary-PAM

…Transmisión de Pulsos

18

Binary-PAM

…Transmisión de Pulsos

19

Binary-PAM

Con ISI

…Transmisión de Pulsos

20

Binary-PAM

Con ISI

…Transmisión de Pulsos

21

Binary-PAM

Con ISI

…Transmisión de Pulsos

22

Acceso y Multiplexación

23

Multiplexación

24

…Multiplexación

25

FDM (Frequency Division Multiplexing)

En FDM el ancho de banda disponible se divide en un número determinado de slots o segmentos independientes (sin solapamientos).

Cada segmento lleva una señal de información, como por ejemplo un canal de voz.

26

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

27

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

28

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

29

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

30

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

Los dos principales problemas a los que FDM tiene que hacer frente son:   

Crosstalk: ocurre cuando los espectros de dos señales adyacentes se solapan significativamente. Por ejemplo en caso de señales de voz, cuyo ancho de banda significativo está en torno a los 3100Hz, un ancho de canal de 4KHz es suficiente. 

Ruido de intermodulación: en un enlace largo, los efectos no lineales de los amplificadores sobre la señal pueden producir componentes de frecuencia en otros canales.

31

…FDM (Frequency Division Multiplexing)

32

FDM con banda de Guarda

33

FDM es posible sólo cuando el ancho de banda disponible del medio de transmisión es superior que el ancho requerido por las señales a transmitir. 

Para prevenir problemas de interferencias los canales están separados por bandas de guarda, que son porciones de espectro que no se usan

El mezclador

34

Formación de un Grupo

35

…Formación de un Grupo

36

…Formación de un Grupo

37

…Formación de un Grupo

38

Formación de un Supergrupo

39

…Formación de un Supergrupo

40

Formación de un Mastergrupo

41

…Formación de un Mastergrupo

42

Formación de un Supermastergrupo

43

FDM

44

FDM-Mastergrupo

45

FDM

46

TDM (Time Division Multiplexing)

47

…TDM (Time Division Multiplexing)

48

…TDM (Time Division Multiplexing)

49

…TDM (Time Division Multiplexing)

50

…TDM (Time Division Multiplexing)

51

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Sincrónico El multiplexor asigna el mismo intervalo de tiempo

(IT) a cada dispositivo Se pueden ajustar distintas velocidades asignando

varios slots al mismo dispositivo.

52

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Sincrónico

53

…TDM (Time Division Multiplexing)

Demultiplexación TDM Sincrónico

54

…TDM (Time Division Multiplexing)

Bits de alineación de trama: utilizados para asegurar la sincronización.

Típicamente se usa un bit de control/trama a modo de “canal de control”, se usa una combinación predefinida (p.e. 010101)

Relleno de bits: para resolver los problemas de deriva en las frecuencias de los afluentes/enlace.

55

…TDM (Time Division Multiplexing)

56

…TDM - Ejemplo

Ejemplo: 4 dispositivos quieren transmitir caracteres de 8 bits

con un TDM síncrono, utilizando un bit de sincronización por trama:

AAAAAAA BBBB CCC DDDDD

¿Cuál es la secuencia de mensajes enviados?

¿Cuántos bits se transmiten?

¿Cuántos bits útiles se transmiten?

57

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Asincrónico El multiplexor asigna los intervalos de tiempo en

función de la demanda (más flexible).

58

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Asincrónico

59

Tres líneas enviando datos

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Asincrónico

60

4 líneas enviando datos

…TDM (Time Division Multiplexing)

TDM Asincrónico

61

Todas las líneas enviando datos

Delimitación de tramas

No hay delimitadores ni SYN entre tramas, por lo que hay que proveer un método de sincronización en la lectura de las tramas

Delimitación por dígitos añadidos

Bit de control en cada trama TDM: Fx

Es como si fuera otro canal: canal de control

Se usa un modelo identificable de patrón

Patrón de bits alternantes: 01010101…:poco probable en canales de datos

Una vez realizada la sincronización se continúa monitorizando el canal.

Si se pierde el patrón, se vuelve a buscar la sincronización.

62

…TDM (Time Division Multiplexing)

Multiplexación Estadística: En situaciones reales, ningún canal de comunicaciones permanece

continuamente transmitiendo, de forma que, si se reserva automáticamente una porción del tiempo de transmisión para cada canal, existirán momentos en los que, a falta de datos del canal correspondiente, no se transmita nada y, en cambio, otros canales esperen innecesariamente. La idea de esta multiplexación consiste en transmitir los datos de aquellos canales que, en cada instante, tengan información para transmitir.

Los multiplexores estadísticos asignan dinámicamente los intervalos de tiempo entre los terminales activos y, por tanto, no se desaprovecha la capacidad de la línea durante los tiempos de inactividad de los terminales.

63

…TDM (Time Division Multiplexing)

Relleno:

Para manejar pequeñas tasas de transmisión - variaciones de los usuarios, se puede emplear un poco de relleno...

La sucesión de datos de cada usuario se alimenta en un buffer elástico a una tasa de R1 bits por segundo.

El contenido de este buffer se incorpora después a la entrada del multiplexor a una tasa más elevada, y el multiplexor supervisa el contenido del buffer.

Si la tasa de entrada R1 comienza a disminuir con relación a la tasa de R'1 del reloj, el contenido del buffer decrementa.

Cuando el número de bits en el buffer cae por debajo de un umbral predefinido, el multiplexor desactiva la lectura de este buffer por la señal de stuff, un poco después se rellena.

Cuando el contenido del buffer está por encima del umbral, las muestras de los contenidos del buffer se reanuda.

64

…TDM (Time Division Multiplexing)

Relleno: EJEMPLO Bits están “metidos” (stuffed) en el flujo de datos

multiplexados: En el tiempo t = 3 cuando la tasa de entrada del

usuario 1 cae por debajo del nivel umbral y en el tiempo t = 6, cuando la tasa de entrada

del usuario 2 cae por debajo del nivel de umbral.

65

Fuentes analógicas y digitales en TDM

4 ksamples/s

4 ksamples/s

8 ksamples/s

1 muestra canal 1

2 muestras canal 2

1 muestra canal 3

32 bits =

16 PCM + 8x2 digital

4 kHz

4 bits/muestra

2 bits/scan7,2 kbps / 4 kHz = 1,8 bits/scan

FDM Vs TDM

Sistema FDM Sistema TDM

Recepción por medio de filtros Recepción por medio de detectores sincrónicos

Ruido de Intermodulación Ruido de cuantificación

Calidad de voz depende del canal

Calidad de voz igual para todos los canales

Potencia alta/banda estrecha Potencia baja/banda ancha

Acceso digital a bajo costo (transmisión de datos)

Fácil conmutación.

Circuitos analógicos Circuitos binarios

Fácil mantenimiento

Ruido aumenta con la distancia Independiente de la longitud del sistema

No protección contra interferencias

Insensible a interferencia

67

CDM (Code Division Multiplexing)

La principal ventaja de las técnicas anteriores es el fácil enrutamiento de los datos.

Pero el problema de éstas es que cada usuario tiene preasignados de forma estática unos intervalos de tiempo, canales, en los que puede hacer uso de la red.

Esto supone un uso ineficaz del ancho de banda.

Este inconveniente puede solventarse empleando técnicas de multiplexación que permitan a los usuario acceder a cualquier canal de forma aleatoria en cualquier instante de tiempo.

La multiplexación por división de codigo (CDM, code division multiplexing ), cumple este requisito.

68

CDM (Code Division Multiplexing)

Esta técnica permite a los usuarios utilizar todo el espectro disponible en cualquier instante tiempo.

Normalmente se emplea en lugar de CDM el término CDMA (Code Division Multiplexing ) que recalca su naturaleza asíncronica. Basada en la tecnología de espectro ensanchado (spread spectrum).

Habitualmente se emplea en comunicaciones inalámbricas (radiofrecuencia), aunque también puede usarse en sistemas de fibra óptica o de cable

69

…CDM (Code Division Multiplexing)

El codificador ensancha el espectro, de forma que se emplea una región espectral mayor de la mínima necesaria para la tx de la señal de información original.

Este ensanchamiento se consigue mediante el empleo de un código único e independiente de la señal que es asignado a cada usuario.

Chip

Codificación Directa Codificación espectral Consultar

70

…CDM (Code Division Multiplexing)

El espectro ensanchado (también llamado espectro esparcido, espectro disperso, spread spectrum o SS) es una técnica por la cual la señal transmitida se ensancha a lo largo de una banda muy ancha de frecuencias, mucho más amplia, de hecho, que el ancho de banda mínimo requerido para transmitir la información que se quiere enviar.

Todos los sistemas de espectro ensanchado satisfacen dos criterios:

El ancho de banda de la señal que se va a transmitir es mucho mayor que el ancho de banda de la señal original.

El ancho de banda transmitido se determina mediante alguna función independiente del mensaje y conocida por el receptor.

Un sistema de espectro ensanchado, se define como un sistema en el cual la energía media de la señal transmitida se reparte sobre una anchura de banda mucho mayor que la de la información.

71

…CDM (Code Division Multiplexing)

Estos sistemas esencialmente intercambian una mayor anchura de banda de transmisión con una densidad espectral de potencia mas baja y un mayor rechazo de las señales interferentes que se dan en la misma banda de frecuencias.

Técnicas de ensanchado del espectro: Consultar

72

…CDM (Code Division Multiplexing)

73

…CDM (Code Division Multiplexing)

74

…CDM (Code Division Multiplexing). DSSS. Espectro Ensanchado por Secuencia Directa

75

…CDM (Code Division Multiplexing). FHSS. Por Salto en Frecuencia.

76

Consultar

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Cada tono es ortogonal con los otros tonos Las subportadoras se pueden traslapar Los picos de las subportadoras anulan las

siguientes. Si estos picos no se anulan, o la onda no está en

ortogonalidad, aparece ICI, Interferencia Interportadora.

77

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - Simbolo

78

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - Tiempo de Guarda

79

…OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

80

Ejemplo…

81

WDM (Wave Division Multiplexing)

82

…WDM (Wave Division Multiplexing)

83

…WDM (Wave Division Multiplexing)

84

…WDM (Wave Division Multiplexing)

85

…WDM (Wave Division Multiplexing)

86

…WDM (Wave Division Multiplexing)

87

…WDM (Wave Division Multiplexing)

88

…WDM (Wave Division Multiplexing)

89

Evolución de WDM

90

WDM y TDM

91

…WDM y TDM

92

Un sistema inalámbrico óptico

93

Crecimiento de la Capacidad de la Fibra

94

Curva de atenuación

95

…Curva de Atenuación

96

Departamento de TelecomunicacionesFIET – Universidad del Cauca

DocenteALEJANDRO TOLEDO TOVAR

Sistemas de TelecomunicacionesSistemas de Telecomunicaciones

Introducción a los Sistemas de Introducción a los Sistemas de TelecomunicacionesTelecomunicaciones

IIII

97