Comunicaciones Capitulo Vi

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COMUNICACIONES I COMUNICACIONES DIGITALES Ing. Carlos Bosquez Ing. Carlos Bosquez - UPS Guayaquil

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Comunicaciones

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  • COMUNICACIONES I

    COMUNICACIONES

    DIGITALESIng. Carlos Bosquez

    Ing. Carlos Bosquez - UPS Guayaquil

  • CAPITULO 6

    MULTIPLEXACION

    ACCESO MULTIPLE

    Ing. Carlos Bosquez - UPS Guayaquil

  • CONTENIDO

    Multiplexacin y Demultiplexacin.

    TDM, FDM, WDM, CDM, OFDM

    Acceso Mltiple

    TDMA, FDMA, WDMA, CDMA, OFDMA, CSMA,

    SDMA

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  • MULTIPLEXACION

    En telecomunicacin, la multiplexacin es la

    combinacin de dos o ms canales de informacin en un solo

    medio de transmisin usando un dispositivo

    llamado multiplexor

    Ing. Carlos Bosquez - UPS Guayaquil

  • Existen muchas estrategias de multiplexacin segn el protocolo

    de comunicacin empleado, que puede combinarlas para alcanzar

    el uso ms eficiente; los ms utilizados son:

    la multiplexacin por divisin de tiempo oTDM (Time division

    multiplexing );

    la multiplexacin por divisin de frecuencia o FDM (Frequency-

    division multiplexing) y su equivalente para medios pticos, por

    divisin de longitud de onda oWDM (de Wavelength);

    la multiplexacin por divisin en cdigo o CDM (Code division

    multiplexing);

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  • EJEMPLO

    Para transmitir los canales de televisin por aire, vamos a

    tener un ancho de frecuencia x, el cual habr que multiplexar

    para que entren la mayor cantidad posible de canales de tv.

    Entonces se dividen los canales en un ancho de banda de

    6Mhz (en gran parte de Europa y Latinoamrica, mientras

    que en otros pases o regiones el ancho de banda es de 8

    Mhz). En este caso se utiliza una multiplexacin por divisin

    de frecuencia FDM

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  • Demultiplexacin

    En telecomunicacin, la demultiplexacin es la

    recuperacin de dos o ms canales de informacin en un solo

    medio de transmisin usando un dispositivo llamado

    demultiplexor.

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  • ACCESO MULTIPLE

    Cuando existe un esquema o protocolo de multiplexacin

    pensado para que mltiples usuarios compartan un medio

    comn, como por ejemplo en telefona mvil oWiFi, suele

    denominarse control de acceso al medio o mtodo de acceso

    mltiple.

    el acceso mltiple por divisin de frecuencia o FDMA;

    el acceso mltiple por divisin de tiempo o TDMA;

    el acceso mltiple por divisin de cdigo o CDMA

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  • control de acceso al medio

    Uno de los problemas que resolver en comunicaciones de

    datos es cmo repartir entre varios usuarios el uso de un

    nico canal de comunicacin o medio de transmisin, para

    que puedan gestionarse varias comunicaciones al mismo

    tiempo. Sin un mtodo de organizacin, apareceran

    interferencias que podran bien resultar molestas, o bien

    directamente impedir la comunicacin. Este concepto se

    denomina multiplexado o control de acceso al medio, segn

    el contexto.

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  • Se aplica el nombre "multiplexado" para los casos en que unslo dispositivo determina el reparto del canal entre distintascomunicaciones, como por ejemplo un concentrador situadoal extremo de un cable de fibra ptica; para los terminales delos usuarios finales, el multiplexado es transparente. Seemplea en cambio el trmino "control de acceso al medio"cuando son los terminales de los usuarios, en comunicacincon un dispositivo que hace de modo de red, los que debenusar un cierto esquema de comunicacin para evitarinterferencias entre ellos, como por ejemplo un grupo detelfonos mviles en comunicacin con una antena deloperador.

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  • TDM

    La multiplexacin por divisin de tiempo (Time

    Division Multiple Access o TDMA) es una tcnica que permite

    la transmisin de seales digitales y cuya idea consiste en

    ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de

    trasmisin a partir de distintas fuentes, de esta manera se

    logra un mejor aprovechamiento del medio de trasmisin

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  • La multiplexacin por divisin de tiempo (MDT) o (TDM), del

    ingls Time Division Multiplexing, es el tipo

    de multiplexacin ms utilizado en la actualidad,

    especialmente en los sistemas de transmisin digitales. En

    ella, el ancho de banda total del medio de transmisin es

    asignado a cada canal durante una fraccin del tiempo total

    (intervalo de tiempo).

    En la figura 1 siguiente se representa, esquematizada de

    forma muy simple, un conjunto multiplexor-

    demultiplexor para ilustrar como se realiza la

    multiplexacin-desmultiplexacin por divisin de tiempo.

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  • En este circuito, las entradas de seis canales llegan a los

    denominados interruptores de canal, los cuales se cierran de

    forma secuencial, controlados por una seal de reloj, de

    manera que cada canal es conectado al medio de transmisin

    durante un tiempo determinado por la duracin de los

    impulsos de reloj.

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  • En el extremo distante, el desmultiplexor realiza la funcin

    inversa, esto es, conecta el medio de transmisin,

    secuencialmente, con la salida de cada uno de los seis canales

    mediante interruptores controlados por el reloj del

    demultiplexor. Este reloj del extremo receptor funciona de

    forma sincronizada con el del multiplexor del extremo

    emisor mediante seales de temporizacin que son

    transmitidas a travs del propio medio de transmisin o por

    un camino.

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  • Tambin se podra decir que es un proceso digital que se

    puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la

    transmisin es mayor que la tasa de datos necesaria requerida

    por los dispositivos emisores y receptores. En este caso,

    mltiples transmisiones pueden ocupar un nico enlace

    subdividindole y entrelazndose las porciones.

    Esta tcnica de multiplexacin se emplea en infinidad de

    protocolos, sola o en combinacin de otras, pero en lenguaje

    popular el trmino suele referirse al estndar D-

    AMPS detelefona celular empleado en Amrica.

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  • Caractersticas

    Se utiliza con modulaciones digitales.

    Tecnologa simple y muy probada e implementada.

    Adecuada para la conmutacin de paquetes.

    Requiere una sincronizacin estricta entre emisor y receptor.

    Requiere el Time advance. (El Avance temporal (o Time

    Advance) es un sistema de sincronizacin entre la estacin

    base (BS) y la estacin mvil (MS) necesario en las redes

    celulares que utilizan TDMAcomo mtodo de acceso al

    medio y tienen una gran cobertura.)

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  • Acceso mltiple por divisin de tiempo

    El Acceso mltiple por divisin de tiempo (Time Division Multiple

    Access o TDMA, del ingls) es una tcnica de mltiplexacin que

    distribuye las unidades de informacin en ranuras ("slots")

    alternas de tiempo, proveyendo acceso mltiple a un reducido

    nmero de frecuencias.

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  • Uso en telefona celular Mediante el uso de TDMA se divide un nico canal de frecuencia

    de radio en varias ranuras de tiempo (seis en D-AMPS y PCS,ocho en GSM). A cada persona que hace una llamada se le asignauna ranura de tiempo especfica para la transmisin, lo que haceposible que varios usuarios utilicen un mismo canalsimultneamente sin interferir entre s.

    Existen varios estndares digitales basados en TDMA, tal comoTDMA D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone System),TDMA D-AMPS-1900, PCS-1900 (Personal CommunicationServices), GSM (Global System for Mobile Communication, en el que seemplea junto con saltos en frecuencia o frequency hopping ), DCS-1800 (Digital Communications System) y PDC (Personal DigitalCellular).

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  • Multiplexacin por divisin de

    frecuencia FDM

    La multiplexacin por divisin de frecuencia (MDF)

    o (FDM), del ingls Frequency Division Multiplexing, es un tipo

    de multiplexacin utilizada generalmente en sistemas de

    transmisin analgicos. La forma de funcionamiento es la

    siguiente: se convierte cada fuente de varias que

    originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a

    una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma

    simultnea por un solo medio de transmisin. As se pueden

    transmitir muchos canales de banda relativamente angosta

    por un solo sistema de transmisin de banda ancha.

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  • El FDM es un esquema anlogo de multiplexado; la

    informacin que entra a un sistema FDM es analgica y

    permanece analgica durante toda su transmisin. Un

    ejemplo de FDM es la banda comercial de AM, que ocupa un

    espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera

    el audio de cada estacin con el espectro original de

    frecuencias, sera imposible separar una estacin de las

    dems. En lugar de ello, cada estacin modula por amplitud

    una frecuencia distinta de portadora, y produce una seal de

    doble banda lateral de 10KHz.

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  • Hay muchas aplicaciones de FDM, por ejemplo, la FM

    comercial y las emisoras de televisin, as como los sistemas

    de telecomunicaciones de alto volumen. Dentro de

    cualquiera de las bandas de transmisin comercial, las

    transmisiones de cada estacin son independientes de las

    dems.

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  • Acceso mltiple por divisin de

    frecuencia El Acceso mltiple por divisin de frecuencia

    (Frequency Division Multiple Access o FDMA, del ingls)es una tcnica de multiplexacin usada en mltiples protocolos decomunicaciones, tanto digitales como analgicos, principalmentede radiofrecuencia, y entre ellos en los telfonos mviles de redesGSM.

    En FDMA, el acceso al medio se realiza dividiendo el espectrodisponible en canales, que corresponden a distintos rangos defrecuencia, asignando estos canales a los distintos usuarios ycomunicaciones a realizar, sin interferirse entre s. Los usuariospueden compartir el acceso a estos distintos canales por diferentesmtodos como TDMA, CDMA o SDMA, siendo estos protocolosusados indistintamente en los diferentes niveles del modelo OSI.

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  • En algunos sistemas, como GSM, el FDMA se complementa

    con un mecanismo de cambio de canal segn las necesidades

    de la red lo precisen, conocido en ingls como frequency

    hopping o "saltos en frecuencia".

    Su primera aparicin en la telefona mvil fue en los equipos

    de telecomunicacin de Primera Generacin (aos 1980),

    siendo de baja calidad de transmisin y una psima

    seguridad.[cita requerida] La velocidad mxima de transferencia de

    datos fue 240 baudios.

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  • Caractersticas

    Tecnologa muy experimentada y fcil de implementar.

    Gestin de recursos rgida y poco apta para flujos de trnsito

    variable.

    Requiere duplexor de antena para transmisin dplex.

    Se asignan canales individuales a cada usuario.

    Los canales son asignados de acuerdo a la demanda.

    Normalmente FDMA se combina con multiplexing FDD

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  • Multiplexacin por divisin de longitud

    de onda En telecomunicacin, la multiplexacin por divisin de

    longitud de onda (WDM, del ingls Wavelength DivisionMultiplexing) es una tecnologa que multiplexa varias seales sobreuna sola fibra ptica mediante portadoras pticas de diferentelongitud de onda, usando luz procedente de un lser o un LED.

    Este trmino se refiere a una portadora ptica (descritatpicamente por su longitud de onda) mientras que lamultiplexacin por divisin de frecuencia generalmente se empleapara referirse a una portadora de radiofrecuencia (descritahabitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto que lalongitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales,y la radiofrecuencia y la luz son ambas formas de radiacinelectromagntica, la distincin resulta un tanto arbitraria.

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  • El dispositivo que une las seales se conoce como

    multiplexor mientras que el que las separa es un

    demultiplexor. Con el tipo adecuado de fibra puede

    disponerse un dispositivo que realice ambas funciones a la

    vez, actuando como un multiplexor ptico de insercin-

    extraccin.

    Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y

    combinaban tan slo dos seales. Los sistemas modernos

    pueden soportar hasta 160 seales y expandir un sistema de

    fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad total 25,6 Tb/s sobre

    un solo par de fibra.

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  • Tipos

    WDM puede ser de dos tipos:

    Densa (DWDM, Dense WDM): Muchas longitudes de onda

    y larga distancia

    Ligera (CWDM Coarse WDM): Pocas longitudes de onda y

    entornos metropolitanos

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  • Acceso mltiple por divisin de cdigo La multiplexacin por divisin de cdigo, acceso

    mltiple por divisin de cdigo o CDMA (del ingls CodeDivision Multiple Access) es un trmino genrico para varios mtodos de multiplexacin o control de acceso al medio basados en la tecnologa de espectro expandido.

    La traduccin del ingls spread spectrum se hace con distintos adjetivos segn las fuentes; pueden emplearse indistintamente espectro ensanchado, expandido, difuso o disperso para referirse en todos los casos al mismo concepto.

    Habitualmente se emplea en comunicaciones inalmbricas (por radiofrecuencia), aunque tambin puede usarse en sistemas de fibra ptica o de cable.

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  • Uso popular del trmino

    El trmino CDMA, sin embargo, suele utilizarse

    popularmente para referirse a una interfaz de aire

    inalmbrica de telefona mvil desarrollada por la empresa

    Qualcomm, y aceptada posteriormente como estndar por la

    TIA norteamericana bajo el nombre IS-95 (o, segn la marca

    registrada por Qualcomm, "cdmaONE" y su sucesora

    CDMA2000). En efecto, los sistemas desarrollados por

    Qualcomm emplean tecnologa CDMA, pero no son los

    nicos en hacerlo.

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  • CDMA2000 CDMA2000 es una familia de estndares de telecomunicaciones

    mviles de tercera generacin (3G) que utilizan CDMA, un

    esquema de acceso mltiple para redes digitales, para enviar voz,

    datos, y sealizacin (como un nmero telefnico marcado) entre

    telfonos celulares y estaciones base. sta es la segunda generacin

    de la telefona celular digital IS-95.

    CDMA (code division multiple access acceso mltiple por divisin

    de cdigo) es una estrategia de multiplexado digital que transmite

    flujos de bits. Bsicamente, CDMA permite que mltiples

    terminales compartan el mismo canal de frecuencia,

    identificndose el "canal" de cada usuario mediante (secuencias

    PN).

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  • CDMA2000 ha tenido relativamente un largo historial tcnico,[cita requerida]

    y an sigue siendo compatible con los antiguos estndares en telefonaCDMA (como cdmaOne) primero desarrollado por Qualcomm, unacompaa comercial, y propietario de varias patentes internacionalessobre la tecnologa.

    Los estndares CDMA2000 CDMA2000 1x, CDMA2000 1xEV-DO,y CDMA2000 1xEV-DV son interfaces aprobadas por el estndar ITUIMT-2000 y un sucesor directo de la 2G CDMA, IS-95 (cdmaOne).CDMA2000 es estandarizado por 3GPP2.

    CDMA2000 es una marca registrada de la Telecommunications IndustryAssociation (TIA-USA) en los Estados Unidos, no del trmino genricoCDMA. (Similarmente Qualcomm bautiz y registr el estndar 2Gbasado en CDMA, IS-95, como cdmaOne).

    CDMA2000 es un competidor incompatible con otros estndares 3Gcomo W-CDMA (UMTS).

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  • Multiplexacin por Divisin de

    Frecuencias Ortogonales La Multiplexacin por Divisin de Frecuencias Ortogonales,

    en ingls Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), o DiscreteMulti-tone Modulation (DMT) es una multiplexacin que consiste en enviarun conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cadauna transporta informacin, la cual es modulada en QAM o en PSK.

    Normalmente se realiza la multiplexacin OFDM tras pasar la seal porun codificador de canal con el objetivo de corregir los erroresproducidos en la transmisin, entonces esta multiplexacin se denominaCOFDM, del ingls Coded OFDM.

    Debido al problema tcnico que supone la generacin y la deteccin entiempo continuo de los cientos, o incluso miles de portadorasequiespaciadas que forma OFDM, los procesos de multiplexacin ydemultiplexacin se realizan en tiempo discreto mediante la IDFT y laDFT respectivamente.

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  • Caractersticas de la modulacin

    OFDM

    La multiplexacin de portadoras OFDM es muy robusta

    frente al multitrayecto (multi-path), que es muy habitual en

    los canales de radiodifusin, frente a las atenuaciones

    selectivas en frecuencia y frente a las interferencias de RF.

    Debido a las caractersticas de esta multiplexacin, es capaz

    de recuperar la informacin de entre las distintas seales con

    distintos retardos y amplitudes (fading) que llegan al receptor,

    por lo que existe la posibilidad de crear redes de

    radiodifusin de frecuencia nica sin que existan problemas

    de interferencia.

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  • OFDMA OFDMA, que proviene de Orthogonal Frecuency-Division Multiple Access es

    la versin multiusuario de la conocida OFDM, MultiplexacinFrecuency-Division Orthogonal. Se utiliza para conseguir que unconjunto de usuarios de un sistema de telecomunicaciones puedancompartir el espectro de un cierto canal para aplicaciones de bajavelocidad. El acceso mltiple se consigue dividiendo el canal en unconjunto de subportadoras (subcarriers) que se reparten en grupos enfuncin de la necesidad de cada uno de los usuarios.

    Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con lascondiciones del canal, adaptando continuamente el nmero desubportadoras asignadas al usuario en funcin de la velocidad que stenecesita y de las condiciones del canal. Si la asignacin se hacerpidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferenciasco-canal y los desvanecimientos rpidos, proporcionando una mejoreficiencia espectral del sistema que OFDM.

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  • Caractersticas y principios de

    operacin

    Este mtodo de acceso permite asignar un nmero diferentede subportadores a cada uno de los usuarios garantizando as,una diferente calidad de servicio (QoS) en funcin del anchode banda asignado. Es decir, OFDMA permite establecer unavelocidad de conexin y una probabilidad de errorindividualmente para cada usuario.

    OFDMA se parece al CDMA (acceso del mltiplo de ladivisin de cdigos) por emplear la tecnologa del espectroseparado, donde a cada transmisor se le asigna un cdigo. Losusuarios pueden alcanzar dife-rentes velocidades de conexingracias a un asignado factor que separa un cdigo o undiverso nmero de cdigos que se separan a cada usuario.

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  • Aplicaciones y usosActualmente OFDMA se usa en el modelo de movilidad del

    estndar IEEE 802.16, conocido comercial-mente como

    WiMAX. OFDMA tambin se est usando en un enlace de

    descarga mejorado para 3GPP que se llama HSOPA (High

    Speed OFDM Packet Access). Tambin es uno de los candidatos

    para proporcionar el acceso en el IEEE 802.22, las conocidas

    "Wireless Regional Area Networks" (WRAN), de ser as sera

    el primer diseo de un sistema cognitivo de radio en las bandas

    bajas de VHF y las de UHF, es decir las bandas que comnmente

    se usan para transmitir la televisin. El trmino "OFDMA" es

    una marca registrada por RuncomTechnologies Ltd.

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  • OFDMA se utiliza en:

    El modo de movilidad del estndar IEEE 802.16 Wireless MAN,comnmente contemplado comoWiMAX.

    El estndar IEEE 802.20 de hombre Wireless mvil, comnmenteconocida como MBWA.

    El descendente de la 3GPP LTE (Long Term Evolution) estndarde cuarta generacin para mviles. La interfaz de radio fuenombrada anteriormente HSOPA (High Speed OFDM PacketAccess), ahora llamado E-UTRA (Evolved UMTS Terrestrial RadioAcces).

    El Qualcomm FlarionTechnologies mvil Flash-OFDM.

    El ahora extinguido proyecto Qualcomm/3GPP2 Ultra MobileBroadband (UMB), concebido como un sucesor de CDMA2000,pero reemplazado por LTE.

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  • Ing. Carlos Bosquez - UPS Guayaquil

  • Acceso mltiple por divisin de espacio

    El Acceso mltiple por divisin de espacio (Space

    Division Multiple Access o SDMA, del ingls) es una

    tecnologa que segmenta el espacio en sectores utilizando

    antenas unidireccionales.

    Se utiliza generalmente en comunicaciones por satlite, pero

    tambin en redes celulares para reducir el nmero de

    estaciones base.

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  • Caractersticas

    Permite mas de un usuario en cada celda o sector.

    En una estructura celular, se requieren antenas fijas

    direccionales.

    Incrementa la capacidad por kilmetro cuadrado.

    Es muy simple de implementar y slo es til en combinacin

    con FDMA, TDMA o CDMA.

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  • CSMA (Carrier sense multiple Access)

    En telecomunicaciones, se entiende por Acceso Mltiple

    por Deteccin de Portadora (Carrier Sense Multiple

    Access) el escuchar el medio para saber si existe presencia de

    portadora en los momentos en los que se ocupa el canal. El

    fin es evitar colisiones, es decir que dos host hablen al mismo

    tiempo. Por otro lado define el procedimiento que estos dos

    host deben seguir si llegasen a usar el mismo medio de forma

    simultnea.

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  • Distintos tipos de CSMA que podemos encontrarnos son:

    CSMA/CD (Collision Detection)

    CSMA/CA (Collision Avoidance)

    CSMA-NP (no persistente): si el medio est libre transmite,

    si no, espera un tiempo aleatorio. Este tiempo es distinto para

    dos estaciones lo que evitar las colisiones, pero esto deriva

    en una prdida de tiempo al final de cada transmisin.

    Ventaja: Es ms fcil de implementar. Inconveniente:

    introduce una mayor latencia.

    CSMA-P

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  • CSMA-pP(p-Persistente): Esta variacin de CSMA, es el casogeneral en el que cada estacin, si tiene el canal libre,transmite con probabilidad "p" y si detecta que existe alguientransmitiendo, espera un tiempo aleatorio con probabilidad"q=(1-p)". Escucha nuevamente el canal transmitiendo siest libre y si no espera hasta que se libere y repite elalgoritmo. Con este mtodo se pretende minimizar lascolisiones y el tiempo en el que el canal est desocupado. Lapersistencia de este tipo requiere un canal ranurado. Paratrficos moderados se comporta peor que el 1-Persistente,pero en situaciones de congestin evita el efecto de cola deespera.

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  • CSMA- 1P (1-Persistente): escucha el canal y transmite tan prontocomo ste est libre (enfoque codicioso, greedy approach). Si estocupado, contina escuchando el medio hasta que lo encuentre libre.Los tiempos de propagacin largos deben ser evitados, puesto que si no,aumenta la probabilidad de que varias estaciones intenten acceder almedio a la vez produciendo colisiones, al interpretar que el medio estlibre, cuando de hecho ya ha sido ocupado por la trama de otra estacin.El retardo impide que las dems se enteren a tiempo. Este protocolo sedenomina CSMA 1persistente porque hay una probabilidad 1 (es decircerteza) de que la trama se transmita cuando el canal est libre.

    CSMA/BA (Collision Sense Multiple Access/Bitwise Arbitration): Si dosnodos estn hablando al mismo tiempo, se les para y segn la direccinse determina quien transmite primero.

    CSMA/CD 1-Persistente.

    http://web.archive.org/web/20090219074248/http://211.65.48.150/pages/network/Networks_6.pdf

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  • SDMA (Acceso mltiple por divisin de

    espacio)

    El Acceso mltiple por divisin de espacio (Space

    Division Multiple Access o SDMA, del ingls) es una

    tecnologa que segmenta el espacio en sectores utilizando

    antenas unidireccionales.

    Se utiliza generalmente en comunicaciones por satlite, pero

    tambin en redes celulares para reducir el nmero de

    estaciones base.

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  • Caractersticas

    Permite mas de un usuario en cada celda o sector.

    En una estructura celular, se requieren antenas fijas

    direccionales.

    Incrementa la capacidad por kilmetro cuadrado.

    Es muy simple de implementar y slo es til en combinacin

    con FDMA, TDMA o CDMA.

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