Fijas INALAMBRICAS N3
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Comunicaciones Fijas Inalámbricas Técnicas de Acceso Sesión 3
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Comunicaciones Fijas Inalámbricas
Técnicas de Acceso
Sesión 3
Setiembre 2009 2
Técnicas de Acceso
Las Técnicas de Acceso Múltiple son las empleadas en la distribución de recursos de la red entre sitios remotos.
La asignación de recursos se realiza en forma dinámica, en función de las necesidades de los usuarios, logrando una distribución más eficiente.
Esto se realiza a costa de la pérdida de una pequeña fracción de tiempo y/o ancho de banda, para que el controlador reciba la información sobre las necesidades de los usuarios.
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Técnicas de Acceso
Formas de incrementar latasa de transmisión
Aumentar el Ancho de Banda
Aumentar la eficiencia en la distribución de recursos
Aumentar la eficiencia de la transmisión depotencia isotrópica o reducir las pérdidas.
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Técnicas de Acceso En general, el recurso de comunicación no alcanza
a satisfacer las necesidades de comunicación de todos los usuarios simultáneamente, por lo que existe una especie de contienda por la utilización del recurso.
Las principales técnicas de acceso satelital son las siguientes: División por Frecuencia FDMA División por Tiempo TDMA División por Código CDMA División por Polarización PDMA División por Espacio SDMA
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Técnicas de Acceso
Setiembre 2009 6
Leyes de Tráfico
La intensidad del tráfico A se define como:
A = Rcall Tcall (erlang)
Donde:
Rcall = Número medio de llamadas por unidad de tiempo.
Tcall = Número medio de la duración de la llamada.
“El número de usuarios que pueden generar una llamada es mayor
que el número de canales de comunicación (C)”
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Leyes de Tráfico
La fórmula más utilizada en el mundo actualmente es la ERLANG B.
La pérdida significa la probabilidad de bloqueo en el conmutador, debido a la congestión o a “totalidad de líneas troncales ocupadas”.
Esto se expresa como grado de servicio EB o la probabilidad de encontrar x canales ocupados. Los otros dos factores en la formula Erlang B son el promedio del tráfico ofrecido y el número de líneas troncales de servicio disponibles.
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Leyes de Tráfico
Bajo estas condiciones la fórmula de Erlang indica la probabilidad que n canales sean ocupados (n < C):
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Técnicas de Acceso Múltiple
Las señales que comparten el mismo recurso pueden causarse interferencias mutuas.
Estas interferencias se considerarán aceptables mientras se puedan detectar los mensajes.
Es decir, el límite permitido de interferencia es tal que las señales en un canal, no incrementen la probabilidad de error en el otro.
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Técnicas de Acceso Múltiple
Una forma de evitar las interferencias es usando señales ortogonales, que se definen de la siguiente forma: Para multiplexación por división temporal o acceso
múltiple por división temporal (TDM / TDMA) Para multiplexación por división de frecuencia o
acceso múltiple por división en frecuencia (FDM / FDMA)
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Combinaciones FDMA, TDMA, CDMA
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FDMA
La discriminación como función de la ubicación de la energía de la portadora en el dominio de la frecuencia.
Las bandas de guarda están como zonas de buffer para reducir la interferencia entre canales vecinos y por la imposibilidad de realizar filtros ideales.
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FDMA
Se usa modulación (con una portadora fija) para llevar una señal de banda base a una de las bandas de frecuencias.
El ancho de banda de un canal de repetición se divide en Sub-bandas.
Cada una de estas Sub – bandas es asignada a una determinada estación repetidora.
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FDMA
Dado que los filtros usados no son ideales es necesario proveer de intervalos de guarda entre cada portadora para evitar las interferencias.
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FDM – FM – FDMA
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TDM – PSK – FDMA
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SCPC – FDMA
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FDMA
Este tipo de acceso múltiple presenta las siguientes limitaciones propias de la tecnología usada: Interferencia por canal adyacente. Interferencia por Intermodulación.
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Interferencia por canal adyacente
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Interferencia por Intermodulación
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TDMA
Por el teorema de muestreo, un puede transmitirse como muestras de esta señal, tomadas uniformemente a una tasa superior a la de Nyquist.
Esta transmisión ocupa al canal sólo por una fracción del intervalo de muestreo.
La discriminación como una función de la ubicación de la energía de la portadora en el dominio del tiempo.
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TDMA
En la técnica de acceso TDMA la estación transmite a la misma frecuencia en períodos de tiempo discontinuos TB.
Este tipo de transmisión se denomina transmisión tipo Burst.
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TDMA
El Burst es insertado dentro de una estructura de información que tiene un tiempo total de transmisión TF.
Cada Burst en el momento de transmisión ocupa todo el ancho de banda del canal.
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TDMA
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TDMA
El Burst corresponde a la transferencia de tráfico desde una determinada estación hacia otra.
Esta transferencia puede ser de dos formas: Usando una portadora por enlace. Usando una portadora por estación.
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TDMA
En el caso de una portadora por enlace se transmiten N-1 Burst por frame donde N es el número de estaciones.
El número de Burst emitidos en toda la red (P) es de N (N-1).
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TDMA
En el caso de una portadora por estación se transmite solo una portadora por cada estación terrena.
El número de Burst emitidos en toda la red (P) es de N.
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TDMA
Cada Burst esta conformado por Sub-Burst que transmiten el tráfico de una estación a todas las restantes.
Debido a esta configuración el throughput del Burst por estación decrece el número de Burst se incrementa.
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TDMA
Cada estación recibe información en la forma de un Stream continuo de con un Rate Rb desde la red o desde los usuarios de la interfase.
Esta información transmitida por los usuario se almacena temporalmente en buffers.
Cuando el tiempo es oportuno se envía la información en un intervalo de tiempo TB.
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TDMA
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TDMA
El bit rate con que se modula la portadora es R y se calcula desde:
R = Rb (TF/TB) Bits /segundo El valor de R se incrementa cuando la duración
de burst es corta y consecuentemente el ciclo de la estación (TF/TB) es bajo.
R representa la capacidad de la red.
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Combinación FDMA y TDMA
Supongamos que se dispone para su uso del ancho de banda total del recurso, W y que éste se reparte en forma equitativa en M grupos de usuarios o clases. De esta forma, M bandas de frecuencias de M/W hertz están disponibles para los grupos asignados.
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Combinación FDMA y TDMA
De forma similar, el eje temporal es particionado en tramas de duración T, las cuales a su vez son particionadas en N slots de duración T/N segundos.
En este caso se fracciona el recurso en partes más pequeña. Esto posibilita que muchas estaciones de poco tráfico, que no justificarían un canal completo, puedan compartir el recurso.
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CDMA Esta técnica es una combinación hibrida de FDMA
y TDMA y es una aplicación de espectro expandido (spread spectrum - SS).
Cada usuario emplea un código (pseudonoise code-PN, que es un código cíclico pero con características aleatorias similares al ruido) que le determina los saltos (hops) a las distintas bandas de frecuencias asignadas en los distintos time slots.
La discriminación como una función del Codec, la portadora es transmitida por todas las estaciones en forma simultánea y en la misma frecuencia.
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CDMA Características de CDMA
Privacidad. Las transmisiones no pueden ser fácilmente interceptadas y descifradas por usuarios no autorizados, que no posean el código.
Atenuación del canal. En FDMA, si a un usuario, le toca una banda de frecuencias, en la cual el medio posee una zona de distorsión o atenuación, este usuario se vería perjudicado. En cambio en CDMA, esta zona se comparte entre todos los usuarios.
Rechazo a la interferencia intencional: Durante un salto en CDMA, el ancho de banda de la señal es idéntico al de MFSK, que es típicamente igual al mínimo ancho de banda necesario para transmitir un símbolo MFSK.
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CDMA Características de CDMA
Pero durante muchos time slots, el sistema salta por una banda de frecuencia que es mucho más grande que el ancho de banda de la señal. Esta utilización del ancho de banda se denomina espectro expandido.
Flexibilidad. Una diferencia entre CDMA y TDMA es que en la primera, no es necesario un sincronismo entre grupos de usuarios (sólo es necesario entre el transmisor y el receptor en un grupo). Es decir, una vez que se logró la sincronización entre el transmisor y el receptor del PN, se puede realizar la comunicación.
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CDMA
Las estaciones transmiten simultáneamente a la misma frecuencia la discriminación ser realiza por el Codec de cada una.
Una de las característica de los Codec es la siguiente: Poder identificar a la señal a lo largo del tiempo. Poder identificar a la señal dentro de otras
señales codificadas.
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CDMA
La transmisión de un código combinado con la información requiere para poder cumplir su objetivo de transferir información contar con una gran disponibilidad dentro del ancho de banda.
Para poder conseguir la disponibilidad deseada es necesario usar las técnicas de espectro ensanchado: Secuencia Directa (DS). Salto de Frecuencia (FH).
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DS-CDMA
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DS-CDMA
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FH-CDMA
Setiembre 2009 42
FH-CDMA
Setiembre 2009 43
Acceso por división espacial y de polarización (SDMA y PDMA)
La técnica SDMA (también llamado multiple beam frequency reuse). Es la técnica que hace uso de la separación espacial de las antenas lo que permite trabajar con la misma banda de frecuencias.
La Técnica PDMA (también llamado dual polarization frequency reuse). Esta Técnica utiliza la discriminación por polarización para permitir el acceso de dos canales simultaneos.
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Protocolo de acceso ALOHA
Este protocolo fue ideado en los años 70 en la universidad de Hawai como una solución al acceso al medio en redes de computadores mediante enlaces radioeléctricos.
La idea básica del protocolo es muy sencilla; simplemente se transmite un paquete de datos en cualquier momento en el que se tengan datos que enviar.
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Protocolo de acceso ALOHA
Esto hace que la probabilidad de que el paquete se destruya por colisión con los datos de otros usuarios sea muy alta.
Sin embargo, los usuarios pueden, monitorizando el canal, saber si sus datos han colisionado con otros paquetes, o bien han llegado bien.
Si el paquete de datos ha sido destruido, se espera un tiempo aleatorio y se vuelve a intentar la transmisión.
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Flujo de Paquetes en un Protocolo ALOHA
Setiembre 2009 47
Protocolo de acceso ALOHA
Este tiempo de retransmisión debe ser aleatorio, puesto que si no lo fuera colisionaría con el paquete retransmitido por el otro usuario.
La relación entre el tráfico ofrecido, G, y el rendimiento del protocolo viene dada por:
ξ = G e-2G
Setiembre 2009 48
Protocolo de acceso ALOHA
El máximo rendimiento que se obtiene con ALOHA se da cuando G=0.5, y es de 0.18, o sea que cuando se alcanza la mejor utilización del canal, ésta es de un 18%.
Por supuesto que no es un resultado muy bueno, pero la sencillez del protocolo hace que sea un protocolo muy atractivo, y susceptible de ser mejorado.
Setiembre 2009 49
Protocolo de acceso ALOHA
Un método para mejorar el rendimiento del canal ALOHA es el denominado ALOHA ranurado.
En este caso eje temporal se divide en intervalos discretos que corresponden con un paquete y que se llaman ranuras.
Setiembre 2009 50
Protocolo de acceso ALOHA
La probabilidad de colisión disminuye puesto que ésta sólo se puede producir en el comienzo de un ranura, y podemos tener la seguridad de que un paquete que se ha empezado a transmitir bien completará la transmisión de manera correcta.
En caso de colisión se espera ahora un número aleatorio de ranuras.
Setiembre 2009 51
Protocolo de acceso ALOHA
La relación entre el tráfico ofrecido y el rendimiento del ALOHA ranurado viene dada ahora por :
ξ = G e-G
Como puede observarse se consigue una significativa mejor del protocolo, teniéndose ahora un rendimiento máximo de 0.36 para G=1, es decir una utilización del canal del 36%.
Setiembre 2009 52
Rendimiento del ALOHA puro y el ALOHA ranurado
Setiembre 2009 53
Ensanchado de paquetes ALOHA
El principal problema de la aplicación del ALOHA en un entorno multiusuario es que la posibilidad de colisiones siempre esta presente.
Para suavizar el efecto de las colisiones se puede realizar un ensanchado de los paquetes, de modo análogo a como se realiza en un sistema CDMA.
Setiembre 2009 54
Ensanchado de paquetes ALOHA
Estamos ante lo que se puede llamar ALOHA ensanchado. Del mismo modo se pueden ensanchar los paquetes del ALOHA ranurado, obteniendo el protocolo ALOHA ensanchado y ranurado.
Para suavizar el efecto de las colisiones se puede realizar un ensanchado de los paquetes, de modo análogo a como se realiza en un sistema CDMA.
Setiembre 2009 55
Ensanchado de paquetes ALOHA
Setiembre 2009 56
Ensanchado de paquetes ALOHA
Las señales CDMA y ALOHA ensanchado son iguales, sin embargo el método seguido para obtenerlas es distinto. En el caso de CDMA, el paquete se genera multiplicando una señal de banda estrecha por una portadora de banda ancha (secuencia ensanchadora).
En el caso de ALOHA ensanchado el paquete es generado directamente en banda ancha.
