6to Bloque - Multiplexado*Curso: Telecomunicaciones III Cdigo: IT 515 M Ing. Luis Degregori C.

6to Bloque - Multiplexado

* INTRODUCCIONRecordemos que todos los enlaces tienen un ancho de banda limitado.Por esta razn el objetivo de todo sistema es aprovechar el Ancho de Banda que disponemos al mximo.Una de las formas de lograr lo anterior se obtiene mediante el MULTIPLEXADOTECNICAS DE MULTIPLEXADO

* INTRODUCCIONEn muchas ocasiones se requiere transmitir varios canales de un bajo ancho de banda, a travs de un canal comn con mayor ancho de banda.Justamente el MULTIPLEXADO es el conjunto de tcnicas que permiten la transmisin simultanea de mltiples seales a travs de un nico enlace de datos. TECNICAS DE MULTIPLEXADO

* CONCEPTOS GENERALESEn un sistema de multiplexado n lneas comparte el ancho de banda que posee un enlace (medio fsico).TECNICAS DE MULTIPLEXADOMUXDEMUX

......n lneasde entrada...n canalesde salidaMultiplexor: MUXDemultiplexor: DEMUXFig. 1.- Esquema bsico de un sistema del Multiplexado.1 ENLACE, n CANALES

* CONCEPTOS GENERALESExisten 03 tipos de Multiplexado.TECNICAS DE MULTIPLEXADOMULTIPLEXADOMultiplexado por Divisin de TiempoMultiplexado por Divisin de longitud de onda.Multiplexado por Divisin en FrecuenciaANALOGANALOGDIGITALFig. 2.- Tipos de Multiplexado

*Multiplexado por divisin de la frecuencia (FDM).Es una tcnica que se puede aplicar cuando el ancho de banda de un enlace (en Hz) es mayor que el ancho de banda que ocupan cada una de las n seales a transmitir.Aqu las seales de entrada (analgicas) se modulan usando distintas frecuencias portadoras.Estn seales moduladas se combinan en una nica seal compuesta que ser transmitida por el enlace.TECNICAS DE MULTIPLEXADO

*Multiplexado por divisin de la frecuencia (FDM).TECNICAS DE MULTIPLEXADOMUXDEMUX

......Lneas de entrada...Lneasde salidaFig. 3.- Esquema del Multiplexado por Divisin de Frecuencia.

CANAL 01CANAL 02CANAL 03

*Las frecuencias de las portadoras estn adecuadamente separadas por un ancho de banda adecuado que permita ubicar la seal modulada de un canal sin que se lleguen a traslapar con la seal de otro canal.FDM - Multiplexado por Divisin de Frecuencia

*FDM - Multiplexado por Divisin de FrecuenciaFig. 4.- Proceso de Multiplexado FDMAbonado 1: 0 4 KHzAbonado 2: 4 8 KHzAbonado 3: 8 12 KHzAbonado 4: 12 16 KHzAbonado 5: 16 20 KHz

*FDM - Multiplexado por Divisin de Frecuencia

0 ~ 4 KHzCh 01

0 ~ 4 KHzCh 02Ch 03Ch 12

12 16 20 24 56 60 f (Khz)fc = 16 KHzfc = 20 KHzFig. 5.- Se muestra la distribucin de canales en este proceso FDM,

*Para lo anterior adicionalmente, entre canal y canal deber existir una porcin de ancho de banda sin utilizar (bandas de guarda).FDM - Multiplexado por Divisin de Frecuencia

*

FDM Bandas de Guarda

*Por ejemplo en la banda de frecuencias, asignada a la radio AM entre 530 y 1,700 KHz.Aqu cada estacin AM tiene asignada un ancho de banda de 10 KHz.Entonces los receptores de AM recepcionan todas las seales pero mediante la sintonizacin (filtro pasabanda) recepcionan solamente la seal deseada y eliminan el resto de seales.Aplicaciones del FDM en Radiodifusin.

*La banda, asignada a la radio FM es mayor, se ubica entre 88 y 108 MHz.Aqu cada estacin FM tiene asignada, tpicamente un ancho de banda de 200 KHz.Para la difusin de TV anloga, cada canal tiene asignado un ancho de banda de 6 MHz.Los celulares 1G, tambin usaban FDM.Cada abonado tiene 02 canales de 30 KHz cada uno, uno para transmisin y otro para recepcin.En este caso la seal de voz se modula en FM, por lo tanto cuando se establece una conversacin a cada abonado se le asignan 60 KHz.Aplicaciones del FDM en Radiodifusin.

*Jerarqua de Multicanalizacin en FDM

Hoja1

Etapa de TraslacinNombre de la BandaBanda de Frecuencia (Khz)Cantidad de Canales

CanalGrupo60 a 10812

GrupoSuper Grupo312 a 55260

Super GrupoMaster Grupo812 a 2044300

Master GrupoSuper Master Grupo8516 a 12388900

Super Master GrupoBanda de 12 Mhz312 a 123882700

Hoja2

Hoja3

*Diagrama de bloques de un Grupo.BPFModuladorBPF (LSB)CH1KHz0.3 3.4104 112KHz108 KHz104 108MUX de CanalesBPFModuladorBPF (LSB)CH12KHz0.3 3.460 68KHz64 KHz60 64BPFModuladorBPF (LSB)CKHz0.3 3.4104 112KHz108 KHzCanales del 2 al 11fc = 112 -4nn = Numero del CH..KHzSALIDA DEL GRUPO60 108 KHz

*Es una tcnica similar al FDM, que se desarrollo para transmitir recepcionar altas tasas de transferencia de datos en medios que tienen gran ancho de banda como la fibra ptica.Un cable de fibra ptica concebido para una sola lnea desperdiciara gran parte del ancho de banda disponible.Este multiplexado WDM permite combinar la informacin que llevan varias lneas pticas en una.WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda

*Es una tcnica similar al FDM, que combina seales OPTICAS de diferente .WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de OndaFig. 6 A .- Lado del Transmisor de F.O.WDM

*Es una tcnica similar al FDM, que combina seales OPTICAS de diferente .WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de OndaFig. 6 B .- Lado del Receptor de F.O.WDM

*WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda

123123MultiplexorDemultiplexorCable de fibra ptica1+2+ 3(a)(b)Fig. 7.- Multiplexado WDM.

*Esta tcnica se subdivide en 03 clases:

CWDM ( ITU-T G.694.2 ) Coarse Wave Divisin Multiplexing.Usa las bandas O,E,S,C y L.

DWDM ( ITU-T G.692 ) Dense Wave Divisin Multiplexing. Usa solamente las bandas S, C y L. Cuando se quiere transmitir entre 32/40/64/80/96 canales.

Velocidad por CH: 2.5 a 10 Gbps.

WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda

*WDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda

CDWM ITU-G.694.2 aprobada en Junio de 2002

Banda O

Banda E

Banda S

Banda C

Banda L

Longitud de onda en nano metros (nm)

1,2

0,9

0,6

0,3

Atenuacin

dB/Km de F.O.

ideal

1250

1300

1350

1400

1450

1550

1500

1600

1260

A todos lo valores debe agregarse 1nm de Off-Set

1620

*UDWDM.- Dense Wave Divisin Multiplexing. Usa solamente las bandas C y L.

Cuando se quiere transmitir entre 128 y 256 canales.

Velocidad por CH: 10 a 40 Gbps.Velocidad de la F.O.: 1,28 a 10.24 TbpsEspaciamiento entre CH: 0.08 nmWDM - Multiplexado por Divisin de Longitud de Onda

Comunicacin bidireccional de Video y audio utilizando dos pelos de fibray la misma longitud de onda. El audio es multiplexado (TDM) dentro de losmismos mdulos emisores. Comunicacin Bidireccional con 02 hilos de fibra

Comunicacin bidireccional de Video y audio utilizando un pelo de fibray la distinta longitud de onda multiplexando en WDM (WAVE DIVISION MULTIPLEXING). El audio es multiplexado TDM dentro de los mismos mdulos emisores. Comunicacin Bidireccional con 01 hilo de fibra

*TDMMultiplexado por Divisin de TiempoEn lugar de compartir una porcin del ancho de banda como en el FDM, se comparte el tiempo.

*TDMMultiplexado por Divisin de TiempoEs el proceso mediante el cual, se utiliza un mismo medio de transmisin (de un canal comn con una alta tasa) para transportar la baja tasa (de transmisin de datos) procedente de varios canales a la vez y el tiempo disponible se distribuye entre el nmero de canales que se estn transmitiendo.

*TDMMultiplexado por Divisin de TiempoMUXDEMUX

Fig. 8.- Esquema del Multiplexado TDM.12341234Flujo de datos12341234

*TDMMultiplexado por Divisin de TiempoEsta tcnica de multiplexado se aplica a seales digitales.El multiplexado TDM se clasifica en 02 tipos diferentes como son:El Multiplexado Sncrono y El Multiplexado Estadstico.

*TDM SINCRONAEn este proceso, cada conexin de entrada tiene asignado (siempre) un tiempo en la salida, as no se estn enviando datos.El flujo de datos se divide en unidades, donde cada unidad tiene asignado un tiempo de entrada.La unidad puede ser un bit, un carcter o un bloque de datos.

*TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.Aqu cada unidad de entrada se convierte en una unidad de salida y ocupa una ranura (porcion) de tiempo en la salida. Sin embargo la duracin de esta porcin de tiempo en la salida es n veces mas corta que la duracin de una ranura de tiempo en la entrada.Una Ranura de tiempo en la SALIDA, es igual a T/n segundos.Donde n es el Numero de conexiones a la entrada.T es la Ranura de tiempo que ocupa una Unidad de entrada.

*TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.MUX

A3A2A1B3B2B1C3C2C1TTTEN LA ENTRADA:Los datos son tomados de cada lnea cada T segundosTrama 2Trama 1EN EL ENLACECada trama tiene 3 ranuras de tiempo.Cada ranura de tiempo tiene una duracin de T/3 segundosTrama 3TT/3n = 3Fig 09.- Formacin de las tramas.

*TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo.En el TDM sncrona, la tasa de datos en el ENLACE es n veces mas rpida, y la duracin de la UNIDAD es n veces mas corta.

Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama consta de un ciclo completo de ranuras de tiempo, con una ranura dedicada a cada dispositivo de entrada.

*TDM SINCRONA Ranuras de Tiempo. MUXTramas111110000010101001001 Mbps1 Mbps1 Mbps1 MbpsTasa de datos = 4 Mbps.Fig 10.- Detalle de las Ranuras de tiempo.

*TDM SINCRONA EntrelazadoPara lograr el entrelazado, podemos entenderlo como la operacin de un par de conmutadores de muy alta velocidad.Uno de los conmutadores estar en el lado del equipo de multiplexado y uno en el lado del equipo de demultiplexado.Los conmutadores deben actuar a la misma velocidad, en forma sincronizada, pero en sentidos de rotacin diferentes.

*Entrelazado

B3B2B1

A3A2A1

C3C2C1

B1B2B3

A1A2A3

C1C2C3Trama 2Trama 1Trama 3SincronizacinFig. 11.- Esquema del Proceso de Entrelazado.

*Entrelazado

Buffer 1

B1B2B3

A1A2A3

C1C2C3Trama 2Trama 1Trama 3SincronizacinFig. 11 A.- Esquema detallado del Proceso de Entrelazado.

Buffer 2Buffer 3ModemModem

*TDM SINCRONA - EjemploMUXTrama de 8 bytes,64 bits

100 bytes/sTrama de 8 bytes,64 bits100 tramas/s6,400 bpsDuracin de la trama = 1238 1100sVeamos un ejemplo , donde se multiplexan 08 canales utilizando TDM. Si cada canal enva 100 bytes y se multiplexa 1 byte por canal , se muestra la trama que viaja por el enlace, la duracin de la trama, la tasa de tramas y la tasa de bits del enlace.Fig. 12.- Se muestra el proceso TDM en este ejercicio

*TDM SINCRONA Ranuras vacasExiste un problema de eficiencia en el Multiplexado Sncrono TDM.Si no existen datos que transmitir en un emisor, la ranura correspondiente en la trama de salida estar vaca.Este problema se soluciona mediante el uso de los Multiplexores TDM estadsticos.

*Ranuras vacasMUX

Fig. 13.- Se observa la deficiencia en la optimizacin del BW Ranuras Vacas en las Tramas

*TDM SINCRONA Gestin de la Tasa de entrada.Existe otro problema consistente en la posibilidad de tener diferencias en la tasa de datos en las entradas.Para solucionar este inconveniente existen 03 alternativas de solucin:

- El Multiplexado Multinivel. - La Asignacin de Mltiples Ranuras. - La Insercin de Pulsos.

*Multiplexado Multinivel.Este tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: La tasa de datos de algunas lneas de entrada son un MULTIPLO de las tasas de otras lneas de entrada.

En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.

*Multiplexado Multinivel

100 kbps400 kbps

100 kbps100 kbps50 kbps50 kbps100 kbps

Fig. 14.- Ejemplo de un Multiplexado MultinivelMUX

*Multiplexado con Mltiples RanurasEste tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: Se requiera mas de una ranura en una trama a una nica lnea de entrada. Se requiere la implementacin de un conversor SERIE-PARALELO en la lnea que requiere de 02 entradas.

En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.

*Multiplexado con mltiples ranuras

25 kbps125 kbps25 kbps25 kbps25 kbps25 kbps50 kbps

La entrada con datos a 50 KHz tiene dos ranuras en cada tramaMUXConverterFig. 15.- Ejemplo de un Multiplexado con Mltiples Ranuras

*Multiplexado con Insercin de pulsosEste tipo de multiplexado se emplea en el caso en que: la tasa de bits de los emisores de entrada no son mltiplos enteros de unos.Lo que se hace es Estandarizar todas las tasas a la mayor tasa de datos existente.

En la siguiente ilustracin se muestra un ejemplo.

*Insercin de pulsos

46 kbps150 kbps50 kbps50 kbpsInsercin de pulsos50 kbpsMUXFig. 16.- Ejemplo de un Multiplexado por Insercin de pulsos

*Multiplexado- Sincronizacin de TramasPara la operacin del TDM es indispensable contar con una adecuada sincronizacin.Una mala sincronizacin puede derivar los bits a un canal que no le corresponde.Para subsanar este inconveniente se insertan uno o mas bits de sincronismo al comienzo de cada trama.Estos bits de tramado siguen generalmente un patrn entre trama y trama.

*Bits de tramado1 0 1Patrn de sincronizacin1

C3B3A30

B2A21

C1A1Trama 3Trama 2Trama 1Fig. 17.- Se muestras los bits de tramado.

*Servicio de Seal Digital (DS).Las operadoras de Telecomunicaciones implementan estos sistemas de multiplexado TDM, respetando una Jerarqua que en esencia establece lo siguiente:01 DS-0 equiv. a 01 CH de 64 Kbps.01 DS-1 equiv. a 24 CH de 64 Kbps + 08 Kbps.01 DS-2 equiv. a 96 CH de 64 Kbps + 168 Kbps.01 DS-3 equiv. a 672 CH de 64 Kbps + 1,368 Kbps.01 DS-4 equiv. a 4,032 CH de 64 Kbps + 16,128 Kbps.

*Servicio de Seal Digital (DS).El sistema de multiplexado TDM, que emplea la Jerarqua Americana T1 tiene la sgte. Configuracin:

123

2324

Bit de sealizacin+ alineacin de trama.125 sLuego la Velocidad ser: Vt = (24 x 8 + 1) bits-------------------- = 1,544 Mbps 125 s

*Jerarqua digitalTDMDS-0...

24TDMDS-1TDMDS-2TDMDS-3DS-464 kbps1,544 Mbps24 DS-06, 312 Mbps4 DS-144, 376 Mbps7 DS-2274, 176 Mbps6 DS-3Fig. 18.- Se muestra la jerarqua de seales digitales.

*Lneas T.Las lneas T son lneas digitales, diseadas para transmisin de datos digitales, voz seales de audio.Tambin se puede usar para transmisin analgica (conexiones telefnicas) asumiendo que las seales analgicas son muestreadas y despus multiplexadas por divisin en el tiempo (TDM).

*Lneas T.Las operadoras de Telecomunicaciones usan estas lneas T (T-1 a T-4). Estas lneas poseen capacidades coincidentes con la tasa de datos de los servicios. Esto es:01 T-1 equiv. a 01 DS-1. (24 CH voz)01 T-2 equiv. a 01 DS-2. (96 CH voz)01 T-3 equiv. a 01 DS-3. (672 CH voz)01 T-4 equiv. a 01 DS-4. (4,032 CH voz)

*Servicio DS y lneas T.Este esquema refleja la correspondencia entre las tasas del servicio DS y la Lnea T.

ServicioLneaTasa (Mbps)CH de Voz.DS-1T-11,54424DS-2T-26,31296DS-3T-344,736672DS-4T-4274,1764032

*Lneas T para Transmisin Analgica.La posibilidad de usar lneas T como portadoras analgicas ha permitido una innovacin en los servicios brindados por las compaas telefnicas.Antes cuando una empresa quera 24 lneas telefnicas , requera 24 pares telefnicos, ahora se requiere solamente usar una lnea T.

*Lnea T-1 para multiplexar lneas telefnicasTDMLnea T1 a 1, 544 Mbp24 x 64 kbps + 8 kbps de sobre cargaPCM

PCM

PCM

......24 canales de voz4 kHz64, 000 bpsMuestreo a 8000 muestras/s usando 8 bits por muestraFig. 19.- Se muestra la aplicacin de una lnea T-1

*Lneas E.Los europeos usan una versin distinta, en las lneas E, que poseen diferentes capacidades.

LneaTasa (Mbps)CH de Voz.E - 12,04830E - 28,448120E - 334,368480E - 4139,2641,920

*Figura.- Multiplexado y Multiplexado Inverso

DEMUXInversoMUXInverso04 lneas de baja velocidad01 Lneade alta velocidad01 Lneade alta velocidadMultiplexado Inverso.

*Multiplexado Estadstico por Divisin de Tiempo.Si tuviramos el caso de algunas lneas de entrada sin datos, estaramos desperdiciando ancho de banda en el Multiplexado sncrono.Esto se puede solucionar con la aplicacin del Multiplexado Estadstico.

*Multiplexado Estadstico por Divisin de Tiempo.En este caso las ranuras se asignan dinmicamente para mejorar la eficiencia del ancho de banda.Solamente cuando una lnea de entrada contiene datos, se le asigna una ranura en la trama de salida.

*Multiplexado Estadstico Formatos de tramadoFlagAddressCtrlCRCFlagSubtrama TDM Estadist.a) Trama GeneralAddressDATAb) Subtrama con una fuenteAddressDATAAddressDATALongLong. . . .c) Subtrama con varias fuentes

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*Multiplexado Estadstico por Divisin de Tiempo.En este tipo de multiplexado el numero de ranuras en cada trama es menor que el numero de lneas de entrada.En la TDM estadstica, una ranura debe transportar datos as como la direccin de destino.

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