1

1. MULTIPLEXACIÓN Y ACCESO MÚLTIPLE

Consiste en una serie de técnicas que permiten compartir los recursos de un canal de comunicaciones

entre múltiples usuarios con el objetivo de disminuir los costos incrementando la rata total de datos

sin que los usuarios se interfieran entre sí.

1.1. Introducción:

En la multiplexión y el acceso múltiple se comparte un recurso de comunicaciones fijo.

Multiplexación: En este caso los planes o requerimientos de usuario son fijos o

cambiantes lentamente. La asignación de recursos se hace a priori y el compartimiento es

un proceso que toma lugar dentro de los confines de un sitio local.

Acceso múltiple: usualmente envuelve el compartimiento remoto del recurso de

comunicación tal como el satélite.

1.2. Objetivos:

Incrementar el throughput (rendimiento) de un recurso de comunicaciones, tal que varios usuarios

puedan compartirlo con interferencia manejable de tal manera que señales en un canal del recurso

no incrementen significativamente la probabilidad de error en otro canal, para esto se debe hacer

una de tres cosas posibles:

Incrementar la potencia radiada efectiva o reducir las pérdidas del sistema tal que

la relación señal a ruido en el receptor se incremente.

Incrementar el ancho de banda del canal.

Hacer la asignación del recurso de comunicaciones más eficientemente. Este es el

caso de la multiplexión y el acceso múltiple. Esto se logra con el uso de señales que sean

ortogonales en el tiempo o en la frecuencia.

1.3. Tipos de multiplexación básicos:

Existen varios tipos de multiplexación y acceso múltiple entre los cuales se destacan los siguientes:

1.3.1. Multiplexación y acceso múltiple por división de código (𝑪𝑫𝑴𝑨):

Se asignan miembros especificados de un conjunto ortogonal de códigos de espectro disperso (cada

uno de los cuales hace uso completo del ancho de banda). Ver ilustración 1.

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Ilustración 1: Acceso múltiple por división de código (𝑪𝑫𝑴𝑨)

La división por código se emplea en múltiples sistemas de comunicación por radiofrecuencia:

telefonía móvil (como 𝑰𝑺 − 𝟗𝟓, 𝑪𝑫𝑴𝑨𝟐𝟎𝟎𝟎, 𝑼𝑴𝑻𝑺).

transmisión de datos (𝑾𝒊 − 𝑭𝒊).

Navegación por satélite (𝑮𝑷𝑺).

𝑰𝑺 − 𝟗𝟓 (de Interim Standard 95, o "estándar interno 95") es un estándar de telefonía

móvil celular basado en tecnología (𝑪𝑫𝑴𝑨). También conocido por su denominación

comercial cdmaOne, fue desarrollado por la compañía norteamericana Qualcomm.

𝑰𝑺 − 𝟗𝟓 Es un estándar de segunda generación, diseñado para transmitir voz, señalización de

llamadas y datos en forma limitada.Los sistemas 𝑰𝑺 − 𝟗𝟓 dividen el espectro radioeléctrico en

portadoras de 𝟏. 𝟐𝟓 𝑴𝑯𝒛 de ancho de banda.

En la actualidad ha sido reemplazada por el de tercera generación 𝑪𝑫𝑴𝑨𝟐𝟎𝟎𝟎.

𝑪𝑫𝑴𝑨𝟐𝟎𝟎𝟎 Es una familia de estándares de telecomunicaciones móviles de tercera

generación (𝟑𝑮) que utilizan 𝑪𝑫𝑴𝑨, un esquema de acceso múltiple para redes digitales,

para enviar voz, datos, y señalización (como un número telefónico marcado) entre teléfonos

celulares y estaciones base. Ésta es la segunda generación de la telefonía celular digital 𝑰𝑺 −𝟗𝟓.

3

𝑼𝑴𝑻𝑺 (Universal Mobile Telecommunications System) es una de las tecnologías usadas

por los móviles de tercera generación, sucesora de 𝑮𝑺𝑴, debido a que la tecnología 𝑮𝑺𝑴

propiamente dicha no podía seguir un camino evolutivo para llegar a brindar servicios

considerados de tercera generación.

Aunque inicialmente esté pensada para su uso en teléfonos móviles, la red 𝑼𝑴𝑻𝑺 no está limitada a

estos dispositivos, pudiendo ser utilizada por otros.

Sus tres grandes características son las capacidades multimedia, una velocidad de acceso

a Internet elevada, la cual también le permite transmitir audio y video en tiempo real; y una

transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas. Además, dispone de una variedad

de servicios muy extensa.

𝑾𝑰 − 𝑭𝑰 Existen diversos tipos de 𝒘𝒊 − 𝒇𝒊, basado cada uno de ellos en un

estándar 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏 aprobado. Son los siguientes:

Los estándares 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏𝒃, 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏𝒈 e 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏𝒏 disfrutan de una

aceptación internacional debido a que la banda de 𝟐. 𝟒 𝑮𝑯𝒛 está disponible casi

universalmente, con una velocidad de hasta 𝟏𝟏 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔, 𝟓𝟒 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔 𝒚 𝟑𝟎𝟎 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔,

respectivamente.

En la actualidad ya se maneja también el estándar 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏𝒂𝒄, conocido como

𝑾𝑰𝑭𝑰 𝟓, que opera en la banda de 𝟓 𝑮𝑯𝒛 y que disfruta de una operatividad con canales

relativamente limpios. La banda de 𝟓 𝑮𝑯𝒛 ha sido recientemente habilitada y, además,

no existen otras tecnologías (Bluetooth, microondas, ZigBee, WUSB) que la estén

utilizando, por lo tanto existen muy pocas interferencias. Su alcance es algo menor que

el de los estándares que trabajan a 𝟐. 𝟒 𝑮𝑯𝒛 (aproximadamente un 𝟏𝟎 %), debido a que

la frecuencia es mayor (a mayor frecuencia, menor alcance)

El sistema de posicionamiento global (𝐺𝑃𝑆) es un sistema que permite determinar en todo

el mundo la posición de un objeto (una persona, un vehículo) con una precisión de hasta

centímetros (si se utiliza (𝑮𝑷𝑺) diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de

precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa

de los Estados Unidos. Para determinar las posiciones en el globo, el sistema (𝑮𝑷𝑺) está

constituido por 𝟐𝟒 satélites y utiliza la trilateralización.

1.3.2. Multiplexación y acceso múltiple por división de espacio (𝑺𝑫𝑴𝑨) (o re-uso de

frecuencias de haz múltiple).

Se usan las mismas frecuencias para transmitir información a zonas geográficas distintas. Ver

ilustración 2.

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Ilustración 2: Acceso múltiple por división de espacio (𝑺𝑫𝑴𝑨)

Se utiliza generalmente en comunicaciones por satélite, pero también en redes celulares para reducir

el número de estaciones base.

Permite más de un usuario en cada celda o sector.

En una estructura celular, se requieren antenas fijas direccionales.

Incrementa la capacidad por kilómetro cuadrado.

Es muy simple de implementar y sólo es útil en combinación con 𝑭𝑫𝑴𝑨, 𝑻𝑫𝑴𝑨 𝑜 𝑪𝑫𝑴𝑨

1.3.3. Multiplexación y acceso múltiple por división de polarización (𝑷𝑫𝑴𝑨) (o re-uso

de frecuencias de polarización dual)

La ortogonalidad en este caso se logra enviando dos señales que tienen polarización cruzada (Una

tiene polarización horizontal y la otra vertical). Se puede enviar dos informaciones diferentes

simultáneamente al mismo lugar y utilizando los mismos rangos de frecuencia. Ver ilustración 3.

El acceso múltiple por división de polarización (𝑷𝑫𝑴𝑨) es un método de acceso al canal utilizado

en algunas redes celulares. Se utilizan antenas separadas, cada una con diferente polarización y

seguidas por receptores separados, permitiendo el acceso regional simultáneo de satélites.

Cada antena de estación de tierra correspondiente debe ser polarizada en la misma forma que su

homóloga en el satélite. Esto se consigue generalmente proporcionando a cada estación de tierra

participar con una antena que tiene polarización dual. Las bandas de frecuencias asignadas a cada haz

de la antena pueden ser idénticas porque las señales de enlace ascendente son ortogonales en la

polarización. Esta técnica permite la reutilización de frecuencias.

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Ilustración 3: Acceso múltiple por división de polarización (𝑷𝑫𝑴𝑨)

1.3.4. Multiplexación y acceso múltiple por división de frecuencia (𝑭𝑫𝑴𝑨)

Se envían múltiples informaciones simultáneamente en la misma zona geográfica utilizando rangos

de frecuencia diferentes, separadas por bandas de guarda. Ver ilustración 4.

Ilustración 4: Acceso múltiple por división de frecuencia (𝑭𝑫𝑴𝑨)

Es una técnica de multiplexación usada en múltiples protocolos de comunicaciones, tanto

digitales como analógicas, principalmente de radiofrecuencia, y entre ellos en los teléfonos móviles

de redes 𝑮𝑺𝑴.

Una variante de 𝑭𝑫𝑴 es la utilizada en fibra óptica, donde se multiplexan señales, que pueden ser

analógicas o digitales, y se transmiten mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda,

dando lugar a la denominada multiplexación por división de longitud de onda, o 𝑾𝑫𝑴 del

inglés Wavelength Division Multiplexing.

6

1.3.5. Multiplexación y acceso múltiple por división de División de tiempo (𝑻𝑫𝑴𝑨)

En este caso se envían múltiples informaciones en la misma zona geográfica utilizando las mismas

frecuencias pero no simultáneamente, asignando a cada usuario ranuras de tiempo (time slots)

separadas entre sí por bandas de guarda. Ver ilustración 5.

Ilustración 5: Acceso múltiple por división de tiempo (𝑻𝑫𝑴𝑨)

Mediante el uso de 𝑻𝑫𝑴𝑨 se divide un único 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 asigna una

ranura de tiempo específica para la transmisión, lo que hace posible que varios usuarios utilicen un

mismo canal simultáneamente sin interferir entre sí.

Existen varios estándares digitales basados en 𝑻𝑫𝑴𝑨, tal como 𝑻𝑫𝑴𝑨 𝑫 − 𝑨𝑴𝑷𝑺 (Digital-

Advanced Mobile Phone System), 𝑻𝑫𝑴𝑨 𝑫 − 𝑨𝑴𝑷𝑺 − 𝟏𝟗𝟎𝟎, 𝑷𝑪𝑺 − 𝟏𝟗𝟎𝟎 (Personal

Communication Services), 𝑮𝑺𝑴 (Global System for Mobile Communication, en el que se emplea

junto con saltos en frecuencia o frequency hopping ), 𝑫𝑪𝑺 − 𝟏𝟖𝟎𝟎 (Digital Communications

System) y 𝑷𝑫𝑪 (Personal Digital Cellular).

7

2. Multiplexación por división de frecuencia (𝑭𝑫𝑴) :

2.1. Introducción

El recurso de comunicaciones a compartir es el ancho de banda. La asignación del canal a uno de los

usuarios es de término largo o permanente. El recurso de comunicaciones contiene

simultáneamente señales en bandas de frecuencias diferentes separadas por bandas de guarda.

Ejemplo: 𝑭𝑫𝑴 en telefonía ver recomendaciones 𝑮. 𝟑𝟏𝟏 y siguientes para 𝑭𝑫𝑴 por línea abierta y

𝑮. 𝟑𝟐𝟐 y siguientes para línea multipar.

Este tipo de 𝑭𝑫𝑴 agrupaba 𝟑 canales telefónicos modulados en banda lateral única para formar un

pre grupo (ver ilustración 6) con un ancho de banda de 𝟏𝟐 𝑲𝑯𝒛.

Ilustración 6: Ejemplo simple de 𝑭𝑫𝑴 para 3 canales de voz

A un nivel superior se agrupaban 𝟏𝟐 canales telefónicos modulados en banda lateral única (ver

ilustración 7) para formar un grupo con un ancho de banda de 𝟒𝟖 𝑲𝑯𝒛.

Se pueden agrupar 𝟓 grupos para formar un supergrupo de 𝟔𝟎 canales telefónicos (ver ilustración

7) con un ancho de banda de 𝟐𝟒𝟎 𝑲𝑯𝒛.

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Ilustración 7: Plan de modulación de un sistema típico FDM

Se observa que en cualquiera de estos niveles de multiplexación se deja una banda de guarda entre

canales de 𝟗𝟎𝟎 𝑯𝒛.

Sistema FDM/FM/ 𝑭𝑫𝑴𝑨 usado en satélites geo sincrónicos con repetidores no regenerativos en la

banda 𝑪 (500 MHz de ancho de banda por satélite con 12 transpondedores con 36 MHz de ancho

de banda cada uno). Ver ilustración 8.

En este caso las llamadas de un país hacia el extranjero se organizan en súper grupos (𝟓

grupos de 𝟏𝟐 canales) multicanalizados en 𝑭𝑫𝑴

Cada grupo dentro del súper grupo es preasignado en la estación terrena de un país para ser

transmitido a un país distinto

La asignación del recurso para distintas portadoras dependerá de las necesidades de tráfico

de las estaciones terrenas, pero es fija. Ver tabla 1.

Número de

portadoras

Ancho de banda

por portadora

Número de canales de

𝟒 𝒌𝑯𝒛 por portadora

Número de canales de 4 kHz

por transpondedor.

1 36 𝑀𝐻𝑧 900 900

4 3 𝑎 10 𝑀𝐻𝑧 132

456 1 𝑎 10 𝑀𝐻𝑧 60

7 5 𝑀𝐻𝑧 60 420

14 2.5 𝑀𝐻𝑧 24 336

Tabla 1 : Modos de acceso estándar 𝑴𝑪𝑷𝑪 de 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻

9

Ilustración 8 : Portadoras multidestino pre asignadas 𝑭𝑫𝑴/𝑭𝑴/𝑭𝑫𝑴𝑨 (𝑴𝑪𝑷𝑪)

La mayor ventaja del 𝑭𝑫𝑴𝑨 con respecto a 𝑻𝑫𝑴𝑨 es que es más simple ya que no requiere

sincronismo de red.

2.2. MULTIPLEXIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA ORTOGONAL

(𝑶𝑭𝑫𝑴).

2.2.1. Introducción

La 𝑶𝑭𝑫𝑴 Pertenece a una clase más amplia de modulación multiportadora (𝑴𝑪𝑴) en la cual la

información de datos es transportada sobre muchas subportadoras de rata más baja.

2.2.1.1. Ventajas

Robustez contra la dispersión de canal

Facilidad de estimación de fase y de canal en ambientes cambiantes con el tiempo.

2.2.1.2. Desventajas:

Alta razón potencia pico a promedio (𝑷𝑨𝑷𝑹).

Sensibilidad al ruido de frecuencia y fase.

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2.2.1.3. Aplicaciones:

Radiodifusión de audio digital (Digital audio Broadcasting: 𝑫𝑨𝑩. Adoptado en 𝟏𝟗𝟗𝟓 como

el estándar europeo)

Radiodifusión de video digital europeo (Digital video Broadcasting: 𝑫𝑽𝑩)

Las redes de área local inalámbrica (𝑾𝒊 − 𝑭𝒊, 𝑰𝑬𝑬𝑬 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟏 𝒂/𝒈)

las redes inalámbricas de área metropolitana inalámbricas (𝑾𝒊𝑴𝑨𝑿, 𝟖𝟎𝟐. 𝟏𝟔𝒆)

La línea de suscriptor digital asimétrica (𝑨𝑫𝑺𝑳, 𝑰𝑻𝑼 𝑮. 𝟗𝟗𝟐. 𝟏)

La evolución de termino largo (𝑳𝑻𝑬) la tecnología de comunicaciones de cuarta generación

de móvil.

2.2.2. Bases de 𝑶𝑭𝑫𝑴

2.2.2.1. Formulación matemática de una señal de 𝑶𝑭𝑫𝑴

𝑶𝑭𝑫𝑴 Es un caso especial de 𝑴𝑪𝑴, una implementación genérica de la cual es dibujada en la

ilustración 9, en donde se muestra también la estructura de un multiplicador complejo

(modulador/demodulador 𝑰𝑸) la cual es usada comúnmente en sistemas 𝑴𝑪𝑴.

Ilustración 9: Diagrama conceptual de un sistema de modulación multiportadora (𝑴𝑪𝑴) genérico.

La señal 𝒔(𝒕) 𝑴𝑪𝑴 transmitida es representada como

𝑺(𝒕) = ∑ ∑ 𝑪𝒌𝒊𝑺𝒌(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔) (𝟐. 𝟏)𝑵𝒔𝒄𝒌=𝟏

+∞𝒊=−∞

Donde 𝑪𝒌𝒊 es el 𝒊 − é𝒔𝒊𝒎𝒐 símbolo de información en la 𝒌 − é𝒔𝒊𝒎𝒂 portadora, 𝑵𝒔𝒄 es el número

de portadoras, 𝑻𝒔 es el periodo de símbolo y 𝑺𝒌 es la forma de onda de la 𝒌 − é𝒔𝒊𝒎𝒂 portadora dada

por

𝑺𝒌(𝒕) = 𝚷(𝒕)𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒌𝒕 (𝟐. 𝟐)

En donde 𝒇𝒌 Es la frecuencia de la subportadora y 𝚷(𝒕) es la función conformadora de pulso, la cual

consiste en una ventana con la forma siguiente:

11

𝚷(𝒕) = {𝟏, 𝟎 < 𝒕 ≤ 𝑻𝒔

𝟎, 𝒕 ≤ 𝟎, 𝒕 > 𝑻𝒔 (𝟐. 𝟑)

El detector óptimo para cada subportadora debería usar un filtro que acople la forma de onda de la

subportadora o un correlador acoplado a la subportadora como se muestra en la ilustración 9.

Por consiguiente, el símbolo de información detectado 𝒄𝒌𝒊′ en la salida del correlador está dado por

𝑪𝒌𝒊′ =

𝟏

𝑻𝒔∫ 𝒓(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔)𝑺𝒌

∗ 𝒅𝒕𝑻𝒔

𝟎

=𝟏

𝑻𝒔∫ 𝒓(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔)𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒌𝒕𝒅𝒕

𝑻𝒔

𝟎

(𝟐. 𝟒)

Donde 𝒓(𝒕) es la señal recibida en el dominio del tiempo.

La 𝑴𝑪𝑴 clásica usa señales de banda limitada no solapadas y puede ser implementada con un banco

de un gran número de osciladores y filtros en los extremos transmisor y receptor lo que requiere un

ancho de banda excesivo. Esto se debe a que para diseñar filtros y osciladores efectivos en costo, el

espaciamiento entre canales tiene que ser un múltiplo de la rata en símbolos, reduciendo grandemente

la eficiencia espectral.

Para resolver este problema, 𝑶𝑭𝑫𝑴 emplea un conjunto de señales solapadas y que aún son

ortogonales. Esta ortogonalidad se demuestra mediante la correlación entre dos subportadoras, dada

por

𝑹𝒌𝒍 =𝟏

𝑻𝒔∫ 𝑺𝒌𝑺𝒍

∗𝒅𝒕𝑻𝒔

𝟎

=𝟏

𝑻𝒔∫ 𝒆𝒋𝟐𝝅(𝒇𝒌−𝒇𝒍)𝒕𝒅𝒕

𝑻𝒔

𝟎

= 𝒆𝒋𝝅(𝒇𝒌−𝒇𝒍)𝑻𝒔𝒔𝒊𝒏(𝝅(𝒇𝒌−𝒇𝒍)𝑻𝒔)

(𝝅(𝒇𝒌−𝒇𝒍)𝑻𝒔)

(𝟐. 𝟓)

Se puede observar que si se satisface la condición

𝒇𝒌 − 𝒇𝒍 = 𝒎𝟏

𝑻𝒔 𝒄𝒐𝒏 𝒎 𝒆𝒏𝒕𝒆𝒓𝒐. (𝟐. 𝟔)

Entonces las dos subportadoras son ortogonales entre sí. Esto significa que este conjunto de

subportadoras, con sus frecuencias espaciadas en múltiplos del inverso de la duración de símbolo,

puede ser recuperada sin interferencia inter_ portadora (𝑰𝑪𝑰) usando filtros acoplados, a pesar del

solapamiento espectral fuerte de la señal.

2.2.2.2. Implementación de una señal OFDM usando la transformada discreta de

Fourier

Un reto fundamental en 𝑶𝑭𝑫𝑴 es que el canal de transmisión se comporte como un canal plano para

cada una de las frecuencias de un gran número de subportadoras. Esto conduce a una arquitectura

extremadamente compleja que envuelve muchos osciladores y filtros tanto en el extremo transmisor

como en el receptor.

12

Weinsten y Ebert mostraron que la modulación y demodulación de 𝑶𝑭𝑫𝑴 pueden implementarse

usando la transformada inversa discreta de Fourier (𝑰𝑫𝑭𝑻) y la transformada discreta de Fourier

(𝑫𝑭𝑻) respectivamente. Esto se evidencia al estudiar la modulación 𝑶𝑭𝑫𝑴 (ecuación 𝟐. 𝟏) y la

demodulación 𝑶𝑭𝑫𝑴 (ecuación 𝟐. 𝟒).

𝑺(𝒕) = ∑ ∑ 𝑪𝒌𝒊𝑺𝒌(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔)𝑵𝒔𝒄𝒌=𝟏

+∞𝒊=−∞ (2.1)

𝑪𝒌𝒊′ =

𝟏

𝑻𝒔∫ 𝒓(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔)𝑺𝒌

∗ 𝒅𝒕 =𝟏

𝑻𝒔∫ 𝒓(𝒕 − 𝒊𝑻𝒔)𝒆−𝒋𝟐𝝅𝒇𝒌𝒕𝒅𝒕

𝑻𝒔

𝟎

𝑻𝒔

𝟎 (2.4)

Omitiendo temporalmente el subíndice 𝒊 y denotando 𝑵𝒔𝒄 como 𝑵 en la ecuación (𝟐. 𝟏) para enfocar

la atención sobre un símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴, y asumiendo que se muestrea 𝑺(𝒕) en cada intervalo de 𝑻𝒔/𝑵.

La 𝒎 − é𝒔𝒊𝒎𝒂 muestra de 𝑺(𝒕) de la ecuación (𝟐. 𝟏) es

𝑺𝒎 = ∑ 𝑪𝒌𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒌(𝒎−𝟏)𝑻𝒔

𝑵 (𝟐. 𝟕)𝑵𝒌=𝟏

Usando la condición de ortogonalidad de la ecuación (𝟐. 𝟔) y la convención que

𝒇𝒌 =𝒌−𝟏

𝑻𝒔 (𝟐. 𝟖)

Y sustituyendo la ecuación (𝟐. 𝟖) en la ecuación (𝟐. 𝟕) tenemos que

𝑺𝒎 = ∑ 𝑪𝒌𝒆𝒋𝟐𝝅𝒇𝒌(𝒎−𝟏)𝑻𝒔

𝑵 𝑵𝒌=𝟏

= ∑ 𝑪𝒌𝒆𝒋𝟐𝝅(𝒌−𝟏)(𝒎−𝟏)

𝑵𝑵𝒌=𝟏

= 𝕴−𝟏{𝑪𝒌}

(𝟐. 𝟗)

Donde 𝕴 es la transformada discreta de Fourier , y 𝒎 ∈ [𝟏, 𝑵].

De manera similar, en el extremo receptor, llegamos a

𝑪𝒌′ = 𝕴{𝒓𝒎} (𝟐. 𝟏𝟎)

Donde 𝒓𝒎 es la muestra de la señal recibida en cada intervalo 𝑻𝒔/𝑵.

De las ecuaciones (𝟐. 𝟗) y (𝟐. 𝟏𝟎), se sigue que el valor discreto de la señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 transmitida

𝑺(𝒕) es meramente una 𝑰𝑫𝑭𝑻 simple de 𝑵 puntos del símbolo de información 𝑪𝒌, y el símbolo de

información recibido 𝑪𝒌′ es una 𝑫𝑭𝑻 simple de 𝑵 puntos de la señal recibida muestreada.

Hay dos dispositivos críticos que se asumen para la implementación 𝑫𝑭𝑻/𝑰𝑫𝑭𝑻:

El conversor digital análogo (𝑫𝑨𝑪), necesario para convertir los valores discretos de 𝑺𝒎 a

un valor análogo continuo de 𝑺(𝒕).

Un conversor análogo a digital (𝑨𝑫𝑪) necesitado para convertir la señal análoga continua

recibida 𝒓(𝒕) a una muestra discreta 𝒓𝒎.

13

Hay dos ventajas fundamentales de la implementación de 𝑶𝑭𝑫𝑴 mediante 𝑫𝑭𝑻/𝑰𝑫𝑭𝑻:

la existencia de un algoritmo eficiente para la implementación del algoritmo 𝑰𝑭𝑭𝑻/𝑭𝑭𝑻, el

número de multiplicaciones complejas para la 𝑰𝑭𝑭𝑻 en la ecuación (𝟐. 𝟗) y la 𝑭𝑭𝑻 en la ecuación

(𝟐. 𝟏𝟎) es reducida de 𝑵𝟐 a 𝑵 𝟐⁄ ∗ 𝒍𝒐𝒈𝟐(𝑵) casi linealmente con el número de sub portadoras,

𝑵.

Se puede generar y desmodular un gran número de subportadoras ortogonales sin recurrir a

osciladores de RF y filtros complejos. Esto conduce a una arquitectura relativamente simple en

su implementación (ver ilustración 𝟏𝟎) para 𝑶𝑭𝑫𝑴 cuando se requiere un gran número de sub-

portadoras.

Ilustración 10: Diagrama conceptual para un transmisor 𝑶𝑭𝑫𝑴

En el extremo transmisor, los bits de la entrada serial de datos se convierten primero en muchos tubos

en paralelo de datos, cada uno de los cuales se mapea en un símbolo correspondiente para cada una

de las subportadoras dentro de un símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴 y la señal digital en el dominio del tiempo se

obtiene por el uso de la 𝑰𝑫𝑭𝑻; a esta señal se le inserta posteriormente un intervalo de guarda y se

convierte en una forma de onda de tiempo real a través de un 𝑫𝑨𝑪. El intervalo de guarda es insertado

para prevenir interferencia entre símbolos (𝑰𝑺𝑰) debido a la dispersión del canal. La señal de banda

base puede ser trasladada en frecuencia hacia arriba (upconverted) a una señal pasa banda de 𝑹𝑭

apropiada con modulador/mezclador 𝑰𝑸.

En el extremo receptor, (ilustración 11), la señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 es trasladada en frecuencia hacia abajo

(downconverted) a banda base con un demodulador 𝑰𝑸, muestreada con un 𝑨𝑫𝑪 y luego

desmodulada realizándole una 𝑫𝑭𝑻 y procesamiento de señales de banda base para recuperar los

datos.

Ilustración 11: Diagrama conceptual de un receptor 𝑶𝑭𝑫𝑴

Se observa en la ecuación (𝟐. 𝟕) que la señal de 𝑶𝑭𝑫𝑴 𝑺𝒎 es una función periódica de 𝒇𝒌 con un

periodo 𝑵 𝑻𝒔⁄ . Luego, cualquier conjunto de subportadoras discretas cuyas componentes de

frecuencia barren un periodo de 𝑵 𝑻𝒔⁄ es equivalente. Nominalmente, en las ecuaciones

(𝟐. 𝟕) 𝒚 (𝟐. 𝟖), la frecuencia de subportadora 𝒇𝒌 y su índice k pueden generalizarse como

14

𝒇𝒌 =𝒌 − 𝟏

𝑻𝒔, 𝒌𝛜[𝒌𝒎𝒊𝒏 + 𝟏, 𝒌𝒎𝒊𝒏 + 𝑵] (𝟐. 𝟏𝟏)

Donde 𝒌𝒎𝒊𝒏 es un entero arbitrario. Sin embargo, solo dos convenciones de índice de subportadora

son ampliamente usadas: 𝒌 ∈ [𝟏, 𝑵] y 𝒌 ∈ [−𝑵

𝟐+ 𝟏,

𝑵

𝟐].

2.2.2.3. El prefijo cíclico de 𝑶𝑭𝑫𝑴

Una de las técnicas que posibilitan 𝑶𝑭𝑫𝑴 es la inserción de un prefijo cíclico. Supóngase dos

símbolos 𝑶𝑭𝑫𝑴 consecutivos que sufren un canal dispersivo con una dispersión de retardo 𝒕𝒅 y que

por simplicidad, cada símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴 incluye solamente dos subportadoras con dispersión rápida y

lenta en 𝒕𝒅 , representada por “portadora rápida” y “portadora lenta” respectivamente. La ilustración

12 muestra que dentro de cada símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴, las dos subportadoras están alineadas en la

transmisión.

Ilustración 12: Señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 sin prefijo cíclico en el transmisor

La ilustración 13 muestra el mismo símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴 en la recepción donde la subportadora lenta

esta retardada por 𝒕𝒅 con respecto a la portadora rápida. Es evidente que debido a la dispersión del

canal, la subportadora lenta ha cruzado la frontera del símbolo conduciendo a interferencia entre

símbolos 𝑶𝑭𝑫𝑴 vecinos, la así llamada 𝑰𝑺𝑰. Además, la subportadora lenta está incompleta y por

tanto la condición crítica de ortogonalidad para las subportadoras (ecuación 2.5) se pierde, resultando

en una penalidad por interferencia entre portadoras (𝑰𝑪𝑰).

Ilustración 13: Señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 sin prefijo cíclico en el receptor

El prefijo cíclico fue propuesto para resolver la 𝑰𝑺𝑰 y la 𝑰𝑪𝑰 inducida por la dispersión del canal. La

ilustración 14 muestra la inserción de un prefijo cíclico por la extensión cíclica de la forma de onda

𝑶𝑭𝑫𝑴 en el intervalo de guarda, ∆𝑮.

15

Ilustración 14: Señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 con prefijo cíclico insertado en el transmisor

Como se observa, la forma de onda en el intervalo de guarda es esencialmente una copia idéntica de

aquella en la ventana 𝑫𝑭𝑻, con el tiempo desplazado adelante por 𝒕𝒔. La ilustración 15 muestra la

señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 con el intervalo de guarda en la recepción.

Ilustración 15: Señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 con prefijo cíclico en el receptor

Asumamos que la señal ha atravesado el mismo canal dispersivo, y que la misma ventana 𝑫𝑭𝑻 es

seleccionada tal que contenga un símbolo completo 𝑶𝑭𝑫𝑴 para la forma de onda de subportadora

rápida. Se puede ver de la ilustración 15 que un símbolo completo 𝑶𝑭𝑫𝑴 para la subportadora lenta

es también mantenido en la ventana DFT porque una proporción del prefijo cíclico se ha movido

dentro de la ventana DFT para remplazar la parte idéntica que se ha desplazado hacia afuera. Como

tal, el símbolo 𝑶𝑭𝑫𝑴 para la subportadora lenta es casi una copia idéntica de la forma de onda

transmitida con un desplazamiento adicional de fase. Este desplazamiento de fase es tratado a través

de una estimación del canal y será subsecuentemente removido para la decisión de símbolo. Ahora

arribamos a la condición importante para la transmisión 𝑶𝑭𝑫𝑴 libre de 𝑰𝑺𝑰, dada por

𝒕𝒅 < ∆𝑮 (𝟐. 𝟏𝟐)

Se puede ver que para recuperar el símbolo de información 𝑶𝑭𝑫𝑴 apropiadamente, hay dos

procedimientos críticos que necesitan llevarse a cabo:

La selección de una ventana de 𝑫𝑭𝑻 apropiada, llamada sincronización de ventana 𝑫𝑭𝑻

La estimación del desplazamiento de fase de cada subportadora, llamada estimación del

canal o recuperación de la subportadora.

Ambos procedimientos de procesamiento de señal son tópicos de investigación activamente

perseguidos, y son discutidos tanto en libros como en revistas.

16

Una manera elegante para describir el prefijo cíclico es mantener la misma expresión de la ecuación (𝟐. 𝟏 ) para la señal transmitida 𝑺(𝒕) pero extendiendo la función conformadora de pulso (ecuación

𝟐. 𝟑) al intervalo de guarda, dada por

𝚷(𝒕) = {𝟏 − ∆𝑮< 𝒕 ≤ 𝑻𝒔

𝟎 𝒕 ≤ −∆𝑮, 𝒕 > 𝑻𝒔 (𝟐. 𝟏𝟑)

El símbolo correspondiente del dominio del tiempo 𝑶𝑭𝑫𝑴 es ilustrado en la ilustración 16, la cual

muestra un símbolo completo 𝑶𝑭𝑫𝑴 compuesto de un periodo de observación y un prefijo cíclico.

La forma de onda dentro del periodo de observación será usada para recuperar los símbolos de

información en el dominio de la frecuencia.

Ilustración 16: Señal 𝑶𝑭𝑫𝑴 en el dominio del tiempo para un símbolo completo 𝑶𝑭𝑫𝑴

2.2.3. Digital Video Broadcasting

Digital Video Broadcasting (𝑫𝑽𝑩) es una organización que promueve estándares aceptados

internacionalmente de televisión digital, en especial para 𝑯𝑫𝑻𝑽 y televisión vía satélite, así como

para comunicaciones de datos vía satélite (unidireccionales, denominado 𝑫𝑽𝑩 − 𝑰𝑷, y

bidireccionales, llamados 𝑫𝑽𝑩 − 𝑹𝑪𝑺).

El acceso unidireccional, no es de banda ancha, ya que se realiza combinando el acceso a Internet

tradicional, vía 𝑹𝑻𝑩 / 𝑹𝑫𝑺𝑰, más el módem de una sola vía de acceso satelital 𝑫𝑽𝑩.

2.2.3.1. Principios del DVB

El 𝑫𝑽𝑩 (Digital Video Broadcasting) es un organismo encargado de crear y proponer los

procedimientos de estandarización para la televisión digital compatible. Está constituido por más de

270 instituciones y empresas de todo el mundo.

Los estándares propuestos han sido ampliamente aceptados en Europa y casi todos los continentes,

con la excepción de Estados Unidos, Canadá y Japón donde coexisten con otros sistemas propietarios.

Todos los procedimientos de codificación de las fuentes de vídeo y audio están basados en los

estándares definidos por 𝑴𝑷𝑬𝑮. No obstante, los estándares MPEG sólo cubren los aspectos y

metodologías utilizados en la compresión de las señales de audio y vídeo y los procedimientos de

multiplexación y sincronización de estas señales en tramas de programa o de transporte. Una vez

definida la trama de transporte es necesario definir los sistemas de modulación de señal que se

17

utilizarán para los distintos tipos de radiodifusión (satélite, cable y terrestre), los tipos de códigos de

protección frente a errores y los mecanismos de acceso condicional a los servicios y programas.

El 𝑫𝑽𝑩 ha elaborado distintos estándares en función de las características del sistema de

radiodifusión. Los estándares más ampliamente utilizados en la actualidad son el 𝑫𝑽𝑩 − 𝑺 y el

𝑫𝑽𝑩 − 𝑪 que contemplan las transmisiones de señales de televisión digital mediante redes de

distribución por satélite y cable respectivamente.

La transmisión de televisión digital a través de redes de distribución terrestres utilizando los

𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔 𝑼𝑯𝑭 convencionales se contempla en el estándar 𝑫𝑽𝑩 − 𝑻, que actualmente se está

implantando en la mayor parte de los países europeos. Además de estos estándares también están

especificados sistemas para la distribución de señales de televisión digital en redes multipunto,

sistemas 𝑺𝑴𝑨𝑻𝑽 (Satellite Master Antenna Television). También existen estándares que definen las

características de la señalización en el canal de retorno en sistemas de televisión interactiva, la

estructura de transmisión de datos para el cifrado y descifrado de programas de acceso condicional,

la transmisión de subtítulos, y la radiodifusión de datos (nuevos canales de teletexto) mediante

sistemas digitales.

2.2.3.2. Transmisión

Los sistemas 𝑫𝑽𝑩 distribuyen los datos por:

satélite (𝑫𝑽𝑩 − 𝑺 𝒚 𝑫𝑽𝑩 − 𝑺𝟐)

cable (𝑫𝑽𝑩 − 𝑪 𝒚 𝑫𝑽𝑩 − 𝑪𝟐)

televisión terrestre (𝑫𝑽𝑩 − 𝑻 𝒚 𝑫𝑽𝑩 − 𝑻𝟐)

televisión terrestre para dispositivos portátiles (𝑫𝑽𝑩 − 𝑯)

televisión satelital para dispositivos portátiles (𝑫𝑽𝑩 − 𝑺𝑯)

Estos estándares definen la capa física y la capa de enlace de datos de un sistema de distribución. Los

dispositivos interactúan con la capa física a través de una interfaz paralela síncrona (𝑺𝑷𝑰), una interfaz

serie síncrona (𝑺𝑺𝑰) o una interfaz serie asíncrono (𝑨𝑺𝑰). Todos los datos se transmiten en flujos de

transporte 𝑴𝑷𝑬𝑮 − 𝟐 con algunas restricciones adicionales (𝑫𝑽𝑩 − 𝑴𝑷𝑬𝑮). Se está

experimentando en varios países un estándar para distribución comprimida en el tiempo (𝑫𝑽𝑩 − 𝑯)

para distribución a dispositivos móviles.

Estos estándares se diferencian principalmente en los tipos de modulación utilizados, debido a las

diferentes restricciones técnicas:

𝑫𝑽𝑩 − 𝑺 (𝑺𝑯𝑭) utiliza 𝑸𝑷𝑺𝑲, 𝟖𝑷𝑺𝑲 𝑶 𝟏𝟔 − 𝑸𝑨𝑴 (SHF (siglas del inglés: Super High

Frequency, frecuencia súper alta) es una banda del espectro electromagnético que ocupa el rango de

frecuencias de 𝟑 𝑮𝑯𝒛 𝒂 𝟑𝟎 𝑮𝑯𝒛. También es conocida como la banda centimétrica con un rango de

frecuencias de entre 𝟏𝟎 𝒂 𝟏 𝒄𝒆𝒏𝒕í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐.)

𝑫𝑽𝑩 − 𝑺𝟐 (𝑺𝑯𝑭) utiliza 𝑸𝑷𝑺𝑲, 𝟖𝑷𝑺𝑲, 𝟏𝟔𝑨𝑷𝑺𝑲 𝒐 𝟑𝟐𝑨𝑷𝑺𝑲 en los retransmisores.

𝑫𝑽𝑩 − 𝑪 (𝑽𝑯𝑭/𝑼𝑯𝑭) utiliza 𝑸𝑨𝑴, 𝟏𝟔 − 𝑸𝑨𝑴, 𝟑𝟐 − 𝑸𝑨𝑴, 𝟔𝟒 − 𝑸𝑨𝑴, 𝟏𝟐𝟖 −𝑸𝑨𝑴 𝒐 𝟐𝟓𝟔 − 𝑸𝑨𝑴 (𝟔𝟒 − 𝑸𝑨𝑴 en general)

𝑫𝑽𝑩 − 𝑻 (𝑽𝑯𝑭/𝑼𝑯𝑭) 𝟏𝟔 − 𝑸𝑨𝑴 𝒐 𝟔𝟒 − 𝑸𝑨𝑴 (𝒐 𝑸𝑷𝑺𝑲) en combinación con 𝑪𝑶𝑭𝑫𝑴

y soporta modulación jerárquica

18

2.2.3.3. Contenido

Además de la transmisión de audio y vídeo, DVB también define conexiones de datos (DVB-DATA

- EN 301 192) con canales de retorno (DVB-RC) para diferentes medios (DECT, GSM, RTB/RDSI,

satélite, etc.) y protocolos (DVB-IPTV: protocolo de Internet; DVB-NPI: protocolo de red

independiente).

Para facilitar la conversión, estos estándares también soportan las tecnologías existentes tales como

el teletexto (DVB-TXT) y el sincronismo vertical (DVB-VBI). Sin embargo, para muchas

aplicaciones hay disponibles alternativas más avanzadas como, por ejemplo, DVB-SUB para los

subtítulos.

2.2.3.4. Relación con otros estándares

Si bien DVB es el estándar más universal para la transmisión y recepción de televisión digital,

también se encuentran disponibles en el mercado internacional los estándares 𝑨𝑻𝑺𝑪 de origen

estadounidense y el 𝑰𝑺𝑫𝑩 de origen japonés, principalmente en el formato de Televisión Digital

Terrestre.

2.2.4. Digital Audio Broadcasting (𝑫𝑨𝑩)

Digital Audio Broadcasting (𝑫𝑨𝑩, en español Radiodifusión de audio digital) es un estándar de

emisión de radio digital desarrollado por 𝑬𝑼𝑹𝑬𝑲𝑨 como un proyecto de investigación para la Unión

Europea (Eureka 147).

El 𝑫𝑨𝑩 está diseñado para receptores tanto de uso doméstico como portátiles para la difusión de

audio terrestre y mediante satélites, la cual también permite introducir datos. Del espectro radial usa

las frecuencias de la 𝑩𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑰𝑰𝑰 (Band III is the name of a radio frequency range within the very

high frequency part of the electromagnetic spectrum. Band III ranges from 𝟏𝟕𝟒 𝒕𝒐 𝟐𝟑𝟎 𝑴𝑯𝒛, and it

is primarily used for radio and television broadcasting. It is also called 𝒉𝒊𝒈𝒉 − 𝒃𝒂𝒏𝒅 𝑽𝑯𝑭, in

contrast to Bands I and II) y la 𝑩𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑳 (La Banda L es un rango de radiofrecuencia de las

Microondas que usa las frecuencias de 𝟏, 𝟓 𝒂 𝟐, 𝟕 𝑮𝑯𝒛. Esta gama debería ser muy utilizada por las

cadenas de radio digital 𝑫𝑨𝑩. Una parte de esta banda, entre 𝟐, 𝟓 𝒚 𝟐, 𝟕 𝑮𝑯𝒛 se utiliza en muchos

países para la difusión en 𝑴𝑴𝑫𝑺 (cable sin cable)).

La tecnología fue principalmente desarrollada en la década de 1980, aunque el proyecto comenzó en

1987 y finalizó en 2000. Más de 285 millones de personas en todo el mundo pueden recibir más de

550 servicios 𝑫𝑨𝑩 diferentes. El Reino Unido fue el primer país que implemento un servicio de

DAB, de parte de la 𝑩𝑩𝑪 y radioemisoras comerciales, en Londres en 2001 y posteriormente a nivel

nacional. En la ilustración 17 se muestran las zonas geográficas que usan 𝑫𝑨𝑩 actualmente.

19

Ilustración 17: Países con servicios frecuentes Países con evaluación de servicios Países

interesados en los servicios DAB fuera de servicio

En febrero de 2007 se lanzó una versión actualizada llamada DAB+, que no es compatible con los

equipos receptores anteriores. El 𝑫𝑨𝑩 + es aproximadamente dos veces más eficiente que el 𝑫𝑨𝑩

al usar el códec de audio 𝑨𝑨𝑪 +. Además la calidad de la recepción es más robusta en el 𝑫𝑨𝑩 + que

en el 𝑫𝑨𝑩 ya que la primera incluye la codificación de corrección de error Reed-Solomon.

El desarrollo y difusión del 𝑫𝑨𝑩 está a cargo del 𝑾𝒐𝒓𝒍𝒅𝑫𝑴𝑩, que además promueve el Digital

Multimedia Broadcasting (𝑫𝑴𝑩)

2.2.4.1. Historia

Los primeros servicios de 𝑫𝑨𝑩 se inician el septiembre de 1995 en el Reino Unido por la BBC y en

Suecia por la Sveriges Radio. Posteriormente, diversos Estados federales alemanes han

implementado el DAB.

En España, la primera recepción en DAB se realizó en la Universidad Internacional Menéndez

Pelayo, en la sede de Santander, el 26 de junio de 1996, como fruto de la cooperación entre la empresa

alemana Blaupunkt y Radio Nacional de España. En diciembre del mismo año, Catalunya Ràdio

promovía la primera experiencia con el DAB en Cataluña. En este momento hay en España un foro

de discusión destinado a reflexionar en el entorno de la implantación del DAB en las diferentes

comunidades autónomas.

2.2.4.2. Funcionamiento

El sistema de transmisión de la radio digital funciona combinando dos tecnologías digitales para

producir un sistema de transmisión radial eficiente y muy solvente.

Primero está el sistema de compresión MUSICAM, que después se normalizó denominándose

𝑴𝑷𝑬𝑮 − 𝟏 Audio Capa 2 o 𝑴𝑷𝟐, un sistema de codificación que funciona descartando sonidos que

no serán percibidos por el oído humano. Cuando hay dos señales muy próximas en frecuencia y una

de ellas es más fuerte que la otra, la señal que tiene nivel inferior normalmente queda enmascarada y

no es posible oírla. Además, el oído tiene un umbral de ruido por debajo del cual no oye los sonidos.

Lo que hacemos con este sistema es eliminar todo aquello que el oído no va a percibir. De esta forma

se consigue disminuir el ancho de banda que se necesita para transmitir. Es un sistema muy parecido

al 𝑴𝑷𝟑 pero necesita menor capacidad de procesamiento que éste.

20

En realidad se transmite de forma continua “un contenedor” de información, donde por un lado se

envía la información de su contenido y su configuración, para permitir al receptor conocer de forma

muy rápida lo que se manda y seleccionar cualquiera de los contenidos (programas). Por otro lado,

en el contenedor se envían los programas de audio y otros servicios adicionales, y dentro de cada

programa de audio podemos introducir datos asociados a ese programa, como puede ser, por ejemplo,

un mapa meteorológico cuando se esté informando sobre el tiempo.

La capacidad bruta de información del múltiplex es de 𝟐. 𝟑 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔, pero en realidad lo que tenemos

es un contenedor con 864 cajones, que se van rellenando con los programas y datos y se emiten de

forma continua.

La segunda tecnología es 𝑪𝑶𝑭𝑫𝑴 (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). Es un

múltiplex por división de frecuencias ortogonales en el que realizamos una codificación. Por un lado,

la codificación introduce redundancia para poder detectar los errores de transmisión y corregirlos, y,

además, el sistema utiliza diversidad en el tiempo, diversidad en el espacio y diversidad en frecuencia.

La diversidad en el tiempo se consigue mediante un entrelazado en el tiempo de toda la información,

de forma que si hay alguna perturbación, al tener la información distribuida es posible recuperarla

mejor. Con la diversidad en frecuencia, utilizando una relación matemática exacta, la señal

MUSICAM es dividida entre 1.536 frecuencias portadoras y conseguimos que la información se

distribuya de manera discontinua en todo el espectro del canal y se vea menos afectada por las

perturbaciones; y con la diversidad en el espacio conseguimos que se pueda enviar desde diferentes

centros emisores y que todos ellos contribuyan positivamente creando una red de frecuencia única y,

asimismo, que las reflexiones de la señal contribuyan positivamente en el receptor.

Las interferencias que perturban la recepción de señal 𝑭𝑴, causadas normalmente por edificios o

montañas, son eliminadas por medio de la tecnología 𝑪𝑶𝑭𝑫𝑴. Esto significa que una misma

frecuencia puede ser utilizada en todo un país sin que sea preciso volver a sintonizar el receptor

cuando se está viajando (red de frecuencia única).

Un multiplexado de radio digital está formado por 2.300.000 bits, los cuales son utilizados para

transportar audio, datos y un sistema de protección contra errores de transmisión. De estos, alrededor

de 1.200.000 bits se utilizan para el servicio de audio y datos. Durante un día, un número de bits

puede ser asignado para cubrir cada servicio.

Cada multiplexado puede transportar una mezcla de emisiones estéreo o mono, así como servicios de

datos. El número de programas depende de la calidad exigida para cada uno de ellos. Los servicios

varían a lo largo del día dependiendo de la programación.

2.2.4.3. Analógico o digital

La radio que conocemos es analógica, tanto en 𝑨𝑴 como en 𝑭𝑴. En este caso, la onda radial

transporta el sonido original –la música o la voz de un locutor – que puede verse sometido a

interferencias atmosféricas o de otros equipos eléctricos. Las señales analógicas también pueden

resultar bloqueadas o distorsionadas por los accidentes del terreno o los grandes edificios.

Con la señal 𝑭𝑴 -una microonda de corto alcance, pero de mejor calidad auditiva que la 𝑨𝑴- se

requiere un gran número de frecuencias, generalmente distintas, para cubrir un área grande. Esto

repercute en que el espectro electromagnético es utilizado de manera ineficiente y en que cuando una

21

persona se traslada más de unas decenas de kilómetros hay que volver a sintonizar la emisora para

seguir el programa que se estaba escuchando.

La Radio Digital permite un uso más eficiente del espectro electromagnético y ofrece a los emisores

una banda más ancha para incluir servicios adicionales. La señal de Radio Digital es convertida en

"bits" que son transportados por las ondas radiales de tal manera que resisten las interferencias. El

sonido es casi perfecto. Con la Radio Digital, el espacio utilizado en el espectro electromagnético

puede ser optimizado por medio de una Red de frecuencia única, gracias a la cual todos los emisores

utilizan la misma frecuencia para emitir la misma señal de Radio Digital. Esto significa que no hay

que cambiar de sintonía si uno se desplaza de un sitio a otro.

2.2.4.4. ¿Por qué no se ha logrado el apagón analógico en la radio?

El sistema 𝑫𝑨𝑩 fue diseñado a finales de los años 1980, y sus objetivos principales eran

proporcionar a la radio la calidad del CD

suministrar mejor calidad de recepción en automóviles que FM

usar el espectro de una manera más eficiente

permitir la sintonía usando el nombre de la estación y permitir la transmisión de datos

DAB alcanzó la mayor parte de estos objetivos, excepto que

DAB tiene un sonido más deficiente que el audio en FM. La razón principal por la cual

ocurre esto es debido a que las estaciones de radio usan la codificación de audio MP2 cuyos

niveles de tasa de bit son demasiado bajos para proporcionar una calidad buena de audio. La

codificación MP2, usa tasas de bit de al menos 192 kbps para proporcionar una calidad de

audio parecida a la de FM.

Igualmente, como hay una cantidad limitada de espectro disponible para DAB, las emisoras

decidieron usar bajos niveles de tasa de bit también para que puedan caber nuevas estaciones,

aunque supiesen perfectamente que la calidad de audio sería inferior que la estándar.

Si a esto se suman los precios superiores de los receptores DAB respecto a los actuales de

FM, se halla la respuesta del fracaso en la implantación de la tecnología DAB lo que explica

que siga siendo popular la tecnología de FM.

2.2.4.5. 𝑻𝑷𝑬𝑮

El departamento de viajes de la BBC está experimentando con la tecnología TPEG, un formato que

revolucionará la información de tráfico. Permite a la BBC transmitir más información sobre viajeros

que si se estuviera 24 h hablando por la radio, pero en cada receptor sólo aparecen las noticias de

tráfico que le interesan al propietario.

Este servicio digital proporciona información de tráfico con el mayor detalle posible o actualizaciones

al minuto de información de accidentes o atascos. Los datos se pueden facilitar en un amplio espectro

de formatos: texto, pantalla, o voz sintetizada. La información también puede ser traducida a diversos

idiomas.

22

3. Multiplexación y acceso múltiple por división de tiempo:

3.1. Introducción

Antes de comenzar es importante que se entienda la diferencia entre sincrónico, plesiocrónico,

isócrono y asíncrono. Estas son diferentes maneras de sincronizar una tira de datos entre el transmisor

y el receptor. Todas se refieren a como una tira de datos es temporizada.

Síncrono (sincronizado)

Todos los relojes están sincronizados a un reloj maestro de referencia y aunque pueden estar

desfasados entre sí, correrán a exactamente la misma frecuencia.

Plesiócronas (casi sincronizados)

Todos los relojes corren a la misma frecuencia a una precisión definida. Estos relojes no están

sincronizados a cualquier otro tal que la tira de datos correrá a ratas ligeramente diferentes.

Isócronos (sincronizados)

Una tira de datos isócrona tiene la información de tiempo embebida en ella (por ejemplo la tira

𝑮. 𝟕𝟎𝟒). Estas tiras de datos pueden ser portadas sobre redes síncronas o plesiócronas.

Asíncronas ( no sincronizadas)

Los relojes no están sincronizados. El transmisor y el receptor tienen relojes independientes que no

tienen relación entre ellos.

En la multiplexión por división de tiempo se asigna todo el ancho de banda disponible a cada uno de

los 𝑴 𝒖𝒔𝒖𝒂𝒓𝒊𝒐𝒔 durante un intervalo corto de tiempo o ranura (𝒔𝒍𝒐𝒕).

Se utilizan tiempos de guarda entre slots que permiten manejar cierta incertidumbre entre los

tiempos de distintas señales y actuar como zonas buffer para reducir interferencia. Ver ilustración

18.

Ilustración 18: Multiplexión por división de tiempo

23

El tiempo se divide en tramas y estas a su vez en slots asignados de manera fija a cada usuario. Cada

estación transmite en ráfagas de datos temporizadas de tal manera que ingresen al satélite en su slot

asignado (ver ilustración 19).

Ilustración 19: Configuración 𝑻𝑫𝑴𝑨 típica

𝑻𝑫𝑴 De asignación fija: conceptualmente la 𝑻𝑫𝑴 de asignación fija se puede entender como un par

de conmutadores que toman o entregan información de cada fuente de manera sincronizada como se

observa en la ilustración 20.

Ilustración 20: TDM de asignación fija.

24

Los datos de una fuente en el slot asignado van precedidos de un preámbulo que tiene por objeto la

sincronización, direccionamiento y secuencias de control de errores, como se observa en la

ilustración 21.

Ilustración 21: distribución de las ranuras temporales en 𝑻𝑫𝑴𝑨 y ubicación del preámbulo y

los datos de usuario en una ranura.

La 𝑻𝑫𝑴 de asignación fija es muy eficiente en los casos en que los requerimientos de las fuentes

sean predecibles y el tráfico sea pesado. Sin embargo si las fuentes solo envían datos esporádicamente

esto se hace ineficiente y se usan multiplexores estadísticos o de paquetes, los cuales asignan

dinámicamente estos paquetes. Ver ilustración 22

Ilustración 22: Asignación fija (𝒃) contra asignación dinámica (𝒄)

𝑭𝑫𝑴𝑨/𝑻𝑫𝑴𝑨: En este caso cada usuario solo puede transmitir en un ancho de banda determinado

y en una ranura de tiempo determinada, como se observa en la ilustración 23.

25

Ilustración 23: Acceso múltiple por división de tiempo y frecuencia

En el caso de la multiplexación de asignación fija se tienen las siguientes reglas:

Hacer estructuras de tiempo donde se multicanalicen al menos una vez cada una de las

entradas (Estas estructuras se llaman tramas).

Dividir las tramas en localidades de tiempo (slots o ranuras de tiempo) asignados de manera

única a cada fuente.

Agregar señales de control que tienen por objeto la sincronización de trama, la señalización,

y permiten distinguir cuando y donde va información de relleno

Prever variaciones en las velocidades de las fuentes.

El intervalo de tiempo en el que se envía al menos una vez la información de cada fuente y se

incorporan todas las señales de control se denomina supertrama.

𝑬𝒋𝒆𝒎𝒑𝒍𝒐:

Sea la siguiente súper trama de la ilustración 24:

… 𝟒 𝑪𝟐 𝑪𝟏 𝟏 𝟐 𝟏 𝟑 𝟒 𝑪𝟐 𝑪𝟏 𝟏 …

Estructura

Ilustración 24: distribución de las ranuras de tiempo y señales de control para la trama del

ejemplo.

Un caso particular:

Sean las fuentes 𝟏, 𝟐, 𝟑 𝒚 𝟒 de 𝟏𝟎 𝒃𝒊𝒕 y sean las señales de control 𝑪𝟏 de 𝟑 𝒃𝒊𝒕𝒔 y 𝑪𝟐 de 𝟐 𝒃𝒊𝒕𝒔. La

trama tendrá entonces 𝟓𝟓 𝒃𝒊𝒕𝒔.

26

Si las unidades 𝟐, 𝟑 𝒚 𝟒 transmiten a 𝟏𝟐𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔, entonces la fuente 𝟏 estará transmitiendo a

𝟐𝟒𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔 y la velocidad total será de 𝟔𝟎𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔 más 𝟔𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔 de control.

En la Multiplexación de asignación fija se distinguen dos tipos principales: la multiplexión

asincrónica y la multiplexión sincrónica.

3.2. Multiplexión Asincrónica

En este caso se multiplexan fuentes de baja velocidad (Por ejemplo terminales de computador, faxes,

etc. comunicados vía serial por medio de una interface 𝑹𝑺 − 𝟐𝟑𝟐) con ratas del orden de hasta pocos

𝒌𝒃𝒑𝒔 transmitidos normalmente vía telefónica por medio de módems. Estas fuentes no tienen una

rata de salida fija. La multiplexión se hace sobre la base de carácter por carácter y cuando una

fuente no tiene nada que enviar se envía un carácter de relleno que es fácilmente identificable en el

receptor. De manera periódica se envían caracteres especiales de sincronización (𝑺𝒀𝑵).

El carácter típico consta de un 𝒃𝒊𝒕 𝒅𝒆 𝑺𝑻𝑨𝑹𝑻 que indica al multiplexor el comienzo del carácter,

luego de 𝟓 𝒂 𝟕 𝒃𝒊𝒕𝒔 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒄𝒊ó𝒏, posteriormente 𝒖𝒏 𝒃𝒊𝒕 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒓𝒊𝒅𝒂𝒅 y luego

𝟏 𝒐 𝟏 ½ 𝒃𝒊𝒕 𝒅𝒆 𝑺𝑻𝑶𝑷.

Ejemplo:

Se tiene una línea de transmisión disponible de 𝟐𝟒𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔. Se envían 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒐𝒄𝒉𝒐 𝒃𝒊𝒕𝒔

por dicha línea, o sea, se tiene una capacidad de 𝟑𝟎𝟎 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔/𝒔 que es la velocidad de salida

del multiplexor.

Supóngase que se inserta 𝒖𝒏 𝒄𝒂𝒓á𝒄𝒕𝒆𝒓 𝒅𝒆 𝒔𝒊𝒏𝒄𝒓𝒐𝒏í𝒂 por cada diez caracteres. La transmisión

tiene, entonces, una capacidad de 𝟐𝟕𝟎 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔/𝒔.

El 𝟑% se considera para acomodar el máximo aumento en la velocidad de entrada de la terminal. Se

dispone, entonces, de 𝟐𝟔𝟐 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔/𝒔 para acomodar en el multiplexor.

Si se tiene una terminal de 𝟑𝟎𝟎 𝒃𝒑𝒔 (𝟏𝟎 𝒃𝒊𝒕𝒔/ 𝒄𝒂𝒓á𝒄𝒕𝒆𝒓 incluyendo los de inicio y parada) y 𝟒 de

𝟏𝟓𝟎 𝒃𝒑𝒔 (también de 𝟏𝟎 𝒃𝒊𝒕𝒔/𝒄𝒂𝒓á𝒄𝒕𝒆𝒓) cuántas terminales de 𝟏𝟏𝟎 𝒃𝒑𝒔 (𝟏𝟏 𝒃𝒊𝒕𝒔/𝒄𝒂𝒓á𝒄𝒕𝒆𝒓) se

podrán multicanalizar?

Las fuentes de 𝟑𝟎𝟎 y 𝟏𝟓𝟎 𝒃𝒑𝒔 transmiten 𝟗𝟎 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔/𝒔 por lo que quedan 𝟏𝟕𝟐 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒄𝒕𝒆𝒓𝒆𝒔/𝒔 disponibles.

Las fuentes de 𝟏𝟏𝟎 𝒃𝒑𝒔 pueden transmitir 𝟏𝟎 caracteres de 𝟏𝟏 𝒃𝒊𝒕 lo que hace que se puedan

multiplexar 𝟏𝟕 de estas fuentes.

Un diagrama temporal con canales de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔 es como el que se muestra en la ilustración 25:

27

→

Sincronía

300

1

150

2

150

1

110

2

110

3

110

4

110

5

110

6

110

→

Sincronía

300

3

150

4

150

7

110

8

110

9

110

10

110

11

110

12

110

→

Sincronía

300

1

150

2

150

13

110

14

110

15

110

16

110

17

110

En

blanco

→

Sincronía

300

3

150

4

150

1

110

2

110

3

110

4

110

5

110

6

110

Ilustración 25: Distribución de ranuras para el multiplexor del ejemplo.

Este tipo de multiplexor es ineficiente por el uso de caracteres de relleno y por la gran variación de

las ratas de las fuentes.

3.2.1. Modo de Transferencia Asíncrona (𝑨𝑻𝑴)

Tomado de Wikipedia.

Ilustración 26: Tarjeta de red 𝑨𝑻𝑴 de 𝟐𝟓 𝑴𝒃𝒑𝒔 con interfaz 𝑷𝑪𝑰 y conexión de par trenzado.

El Modo de Transferencia Asíncrona o Asynchronous Transfer Mode (𝑨𝑻𝑴) es una tecnología

de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión

para servicios y aplicaciones.

3.2.1.1. Breve historia de 𝑨𝑻𝑴

La primera referencia del 𝑨𝑻𝑴 (Asynchronous Transfer Mode) tiene lugar en los años 60 cuando un

norteamericano de origen oriental perteneciente a los laboratorios Bell describió y patentó un modo

de transferencia no síncrono. Sin embargo el 𝑨𝑻𝑴 no se hizo popular hasta 𝟏𝟗𝟖𝟖 cuando el 𝑪𝑪𝑰𝑻𝑻

decidió que sería la tecnología de conmutación de las futuras redes 𝑰𝑺𝑫𝑵 en banda ancha

28

(recomendación 𝑰. 𝟏𝟐𝟏). Para ello, el equipo detrás del 𝑨𝑻𝑴 tuvo primero que persuadir a algunos

representantes de las redes de comunicaciones que hubieran preferido una simple ampliación de las

capacidades de la 𝑰𝑺𝑫𝑵 en banda estrecha. Conseguido este primer objetivo y desechando los

esquemas de transmisión síncronos, se empezaron a discutir aspectos tales como el tamaño de las

celdas. Por un lado los representantes de EEUU y otros países proponían un tamaño de celdas grande

de unos 𝟔𝟒 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔. Sin embargo para los representantes de los países europeos el tamaño ideal de las

celdas era de 𝟑𝟐 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 (según Tanenbaum), y señalaban que un tamaño de celda de

64 bytes provocaría retardos inaceptables de hasta 85 ms. Este retardo no permitiría la transmisión de

voz con cierto nivel de calidad a la vez que obligaba a instalar canceladores de eco. Después de

muchas discusiones y ante la falta de acuerdo, en la reunión del 𝑪𝑪𝑰𝑻𝑻 celebrada en Ginebra en

junio de 𝟏𝟗𝟖𝟗 se tomó una decisión salomónica: “Ni para unos ni para otros. 𝟒𝟖 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 Será el

tamaño de la celda”. Para la cabecera se tomó un tamaño de 𝟓 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔. Un extraño número primo

𝟓𝟑 (𝟒𝟖 + 𝟓) sería el tamaño definitivo, en octetos, de las células 𝑨𝑻𝑴. Un número que tuvo la virtud

de no satisfacer a nadie, pero que suponía una conciliación de todos los grupos de interés y evitaba

una ruptura de consecuencias imprevisibles.

3.2.1.2. Descripción del proceso 𝑨𝑻𝑴

Con esta tecnología, a fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean

estos de cable o radioeléctricos, la información no es transmitida y conmutada a través

de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas 𝑨𝑻𝑴) de longitud

constante y que pueden ser enrutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales

virtuales y trayectos virtuales.

En la ilustración 27 se muestra la forma en que diferentes flujos de información, de características

distintas en cuanto a velocidad y formato, son agrupados en el denominado Módulo 𝑨𝑻𝑴 para ser

transportados mediante grandes enlaces de transmisión a velocidades de 𝟏𝟓𝟓 o 𝟔𝟐𝟐 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔 facilitados generalmente por sistemas 𝑺𝑫𝑯.

Ilustración 27: Diagrama simplificado del proceso 𝑨𝑻𝑴

29

En el terminal transmisor, la información es escrita 𝒃𝒚𝒕𝒆 𝒂 𝒃𝒚𝒕𝒆 en el campo de información de

usuario de la celda y a continuación se le añade la cabecera.

En el extremo distante, el receptor extrae la información, también 𝒃𝒚𝒕𝒆 𝒂 𝒃𝒚𝒕𝒆, de las celdas

entrantes y de acuerdo con la información de cabecera, la envía donde ésta le indique, pudiendo ser

un equipo terminal u otro módulo 𝑨𝑻𝑴 para ser encaminada a otro destino. En caso de haber más de

un camino entre los puntos de origen y destino, no todas las celdas enviadas durante el tiempo de

conexión de un usuario serán necesariamente encaminadas por la misma ruta, ya que en 𝑨𝑻𝑴 todas

las conexiones funcionan sobre una base virtual.

3.2.1.3. Formato de las celdas 𝑨𝑻𝑴

Son estructuras de datos de 𝟓𝟑 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 compuestas por dos campos principales:

1. 𝑯𝒆𝒂𝒅𝒆𝒓, sus 𝟓 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 tienen tres funciones principales:

Identificación del canal,

información para la detección de errores y

si la célula es o no utilizada.

Eventualmente puede contener también corrección de errores y un número de secuencia.

2. 𝑷𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅, tiene 𝟒𝟖 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 fundamentalmente con datos del usuario y protocolos 𝑨𝑨𝑳 que

también son considerados como datos del usuario.

Dos de los conceptos más significativos del 𝑨𝑻𝑴, Canales Virtuales y Rutas Virtuales, están

materializados en dos identificadores en el ℎ𝑒𝑎𝑑𝑒𝑟 de cada celda (𝑽𝑪𝑰 𝒚 𝑽𝑷𝑰) ambos determinan el

enrutamiento entre nodos. El estándar define el protocolo orientado a conexión que las transmite y

dos tipos de formato de celda (ver 𝒊𝒍𝒖𝒔𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝟐𝟖):

𝑵𝑵𝑰 (Network to Network Interface o interfaz red a red) El cual se refiere a la conexión de

Switches 𝑨𝑻𝑴 en redes privadas

𝑼𝑵𝑰 (User to Network Interface o interfaz usuario a red) este se refiere a la conexión de un

Switch 𝑨𝑻𝑴 de una empresa pública o privada con un terminal 𝑨𝑻𝑴 de un usuario normal,

siendo este último el más utilizado.

3.2.1.4. Campos

𝑮𝑭𝑪 (Control de Flujo Genérico, Generic Flow Control, 𝟒 𝒃𝒊𝒕𝒔): El estándar originariamente

reservó el campo 𝐺𝐹𝐶 para labores de gestión de tráfico, pero en la práctica no es utilizado. Las

celdas 𝑁𝑁𝐼 lo emplean para extender el campo VPI a 12 bits.

30

Diagrama de una celda 𝑼𝑵𝑰

7 4 3 0

GFC VPI

VPI

VCI

PT CLP

HEC

𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅 (48 bytes)

Diagrama de una celda 𝑵𝑵𝑰

7 4 3 0

VPI

VPI

VCI

PT CLP

HEC

𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅 (48 bytes)

Ilustración 28: Formato de celdas 𝑨𝑻𝑴

𝑽𝑷𝑰 (Identificador de Ruta Virtual, Virtual Path Identifier, 8 bits) y 𝑽𝑪𝑰 (Identificador de

Circuito Virtual, Virtual Channel Identifier, 16 bits): Se utilizan para indicar la ruta de destino o

final de la célula.

𝑷𝑻 (Tipo de Información de Usuario, 𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅 type, 3 bits): identifica el tipo de datos de la

celda (de datos del usuario o de control).Uno identifica el tipo de carga en el campo de usuario,

otro indica si hay congestión en la red y el último es el 𝑺𝑫𝑼.

𝑪𝑳𝑷 (Prioridad, Cell Loss Priority, 1 bit): Indica el nivel de prioridad de la celda, si este bit está

activo cuando la red 𝑨𝑻𝑴 está congestionada la celda puede ser descartada.

𝑯𝑬𝑪 (Corrección de Error de Cabecera, Header Error Correction, 8 bits): contiene un código de

detección de error que sólo cubre la cabecera (no la información de usuario), y que permite

detectar un buen número de errores múltiples y corregir errores simples.

3.2.1.5. Encaminamiento

𝑨𝑻𝑴 Ofrece un servicio orientado a conexión, en el cual no hay un desorden en la llegada de las

celdas al destino. Esto lo hace gracias a los caminos o rutas virtuales (𝑉𝑃, Virtual Path) y los

canales o circuitos virtuales (𝑉𝐶, Virtual Channel).

Los caminos y canales virtuales tienen el mismo significado que las conexiones de canales virtuales

(𝑽𝑪𝑪, Virtual Channel Connection) en 𝑋. 25, que indica el camino fijo que debe seguir la celda.

31

En el caso de 𝑨𝑻𝑴, los caminos virtuales (𝑽𝑷), son los caminos que siguen las celdas entre dos

enrutadores 𝑨𝑻𝑴 pero este camino puede tener varios circuitos virtuales (𝑉𝐶).

En el momento de establecer la comunicación con una calidad de servicio deseada y un destino, se

busca el camino virtual que van a seguir todas las celdas. Este camino no cambia durante toda la

comunicación, así que si se cae un nodo la comunicación se pierde. Durante la conexión se reservan

los recursos necesarios para garantizarle durante toda la sesión la calidad del servicio al usuario.

Cuando una celda llega a un encaminador, éste le cambia el encabezado según la tabla que posee y lo

envía al siguiente con un 𝑽𝑷𝑰 y/o un 𝑽𝑪𝑰 nuevo.

La ruta inicial de encaminamiento se obtiene, en la mayoría de los casos, a partir de tablas estáticas

que residen en los conmutadores. También podemos encontrar tablas dinámicas que se configuran

dependiendo del estado de la red al comienzo de la conexión; éste es uno de los puntos donde se ha

dejado libertad para los fabricantes. Gran parte del esfuerzo que están haciendo las compañías está

dedicado a esta área, puesto que puede ser el punto fundamental que les permita permanecer en el

mercado en un futuro.

3.2.1.6. Modelo arquitectónico

La conmutación de células está intercalada entre las funciones de transmisión y las que adaptan los

diferentes tipos de tráfico a los flujos conmutados, lo que plantea un modelo arquitectónico de tres

capas:

Capa física. Relacionada con el medio físico de transmisión, adapta flujos, protege cabeceras,

delimita células y adapta al medio.

Capa 𝑨𝑻𝑴. Realiza la multiplexación y conmutación de células.

𝑪𝒂𝒑𝒂 𝑨𝑨𝑳 (𝑨𝑻𝑴 𝑨𝒅𝒂𝒑𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏 𝑳𝒂𝒚𝒆𝒓). Relacionada con los flujos de información, facilita la

gestión de caudales, modos de conexión y en caso necesario, referencia de sincronismo.

3.2.1.7. Perspectiva de la tecnología 𝑨𝑻𝑴

El Modo de Transferencia Asíncrona fue la apuesta de la industria tradicional de las

telecomunicaciones por las comunicaciones de banda ancha. Se planteó como herramienta para la

construcción de redes de banda ancha (𝑩 − 𝑰𝑺𝑫𝑵 ) basadas en conmutación de paquetes en vez de

la tradicional conmutación de circuitos. El despliegue de la tecnología 𝑨𝑻𝑴 no ha sido el esperado

por sus promotores. Las velocidades para las que estaba pensada (hasta 𝟔𝟐𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔) han sido

rápidamente superadas; no está claro que 𝑨𝑻𝑴 sea la opción más adecuada para las redes actuales y

futuras, de velocidades del orden del gigabit. 𝑨𝑻𝑴 Se ha encontrado con la competencia de las

tecnologías provenientes de la industria de la Informática, que con proyectos tales como

la 𝑽𝒐𝑰𝑷 parece que ofrecen las mejores perspectivas de futuro.

En la actualidad, 𝑨𝑻𝑴 es ampliamente utilizado allá donde se necesita dar soporte a velocidades

moderadas, como es el caso de la 𝑨𝑫𝑺𝑳, aunque la tendencia es sustituir esta tecnología por otras

como 𝑬𝒕𝒉𝒆𝒓𝒏𝒆𝒕 que está basada en tramas de datos.

32

3.3. Multiplexación Sincrónica

3.3.1. Introducción

En este caso las fuentes de salida tienen velocidad constante. Se agregan bits de alineación de trama

de manera periódica que indican al receptor de manera precisa el comienzo de cada trama y de cada

intervalo de bit.

Se toleran variaciones en la velocidad de las fuentes trabajando a velocidades ligeramente superiores

a las máximas esperadas y agregando bits de rellenos (bit stuffing) fácilmente identificables en el

receptor.

La eficiencia en este caso es mayor que en el caso de la multiplexión asincrónica.

Ejemplo:

En la ilustración 29 se muestra un multiplexor de 𝟏𝟏 fuentes tanto analógicas como digitales.

Ilustración 29: Multiplexión temporal de fuentes analógicas y digitales

En la multiplexión sincrónica se tienen dos tipos claramente definidos a nivel mundial: la

multiplexión a diferentes niveles de canales telefónicos llamada la jerarquía digital plesiocrónica

(𝑷𝑫𝑯 casi sincrónica) y la jerarquía digital síncrona (𝑺𝑫𝑯), las cuales se describen de manera

breve a continuación.

3.3.2. Multiplexión plesiocrónica (𝑷𝑫𝑯)

A nivel mundial se distinguen dos esquemas de multiplexión telefónica (𝑷𝑫𝑯: Plesiochronus digital

Hierarchy) basados en los Multiplexores de más bajo nivel 𝑻𝟏 y 𝑬𝟏 que se describen a continuación.

33

3.3.2.1. Multiplexor 𝑻𝟏 (Recomendación 𝑮. 𝟕𝟏𝟏).

Se combinan 𝟐𝟒 canales telefónicos o de cualquier tipo que tengan una rata de salida de 𝟔𝟒 𝒌𝒃𝒑𝒔.

La trama se organiza con 𝟐𝟒 canales de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔 y se le adiciona un bit de alineación de trama, lo que

da un total de 𝟏𝟗𝟑 𝒃𝒊𝒕/𝒕𝒓𝒂𝒎𝒂, como se observa en la ilustración 30.

La rata de salida es de 𝟏𝟓𝟒𝟒 𝒌𝒃𝒑𝒔. La señalización se realiza robando el bit menos significativo de

cada canal cada sexta trama, lo que da una rata de señalización de 𝟖𝟎𝟎𝟎/𝟔 = 𝟏𝟑𝟑𝟑. 𝟑 𝑯𝒛.

Ilustración 30: Alineación de muestras y tramas en el sistema de portadora 𝑻𝟏

Los bits de alineación de trama siguen la siguiente secuencia (ver ilustraciones 𝟑𝟏 𝒚 𝟑𝟐):

𝟏𝟎𝟏𝟎𝟏𝟎 En las tramas impares 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟏𝟎 en las tramas pares.

La primera de las dos secuencias anteriores se utiliza para la alineación (sincronismo de trama).

La segunda indica cual es la trama que lleva los bits de señalización. La codificación de línea es de

tipo 𝑨𝑴𝑰.

Trama

1

FB=1

Trama

3

FB=0

Trama

5

FB=1

Trama

7

FB=0

Trama

9

FB=1

Trama

11

FB=0

Trama

2

FB=0

Trama

4

FB=0

Transi

ción

0 →1

Trama

6

FB=1

Trama

8

FB=1

Trama

10

FB=1

Transic

ión

1 →0

Trama

12

FB=0

Ilustración 31: distribución de los bits de alineación de trama en la multiplexión 𝑻𝟏.

La transición de 𝟎 𝒂 𝟏 en las tramas pares identifica la 𝒕𝒓𝒂𝒎𝒂 𝟔 y la transición de 𝟏 𝒂 𝟎 identifica

la 𝒕𝒓𝒂𝒎𝒂 𝟏𝟐

34

A Highway B Highway

Trama

1

1

Trama

2

0

Trama

3

0

Trama

4

0

Trama

5

1

Trama 6

A ch

signaling

1

Trama

7

0

Trama

8

1

Trama

9

1

Trama

10

1

Trama

11

0

Trama 12

B ch

signaling

0

Ilustración 32: Distribución de los bits de alineación de trama y tramas de señalización de

canales.

3.3.2.2. Jerarquía Bell system

Con base en el multiplexor 𝑻𝟏 se establece la jerarquía Bell System que se observa en la ilustración

𝟑𝟑.

Las ratas de salida de cada nivel se calculan teniendo en cuenta el número de canales y los bits de

relleno y señalización.

En cada nivel se pueden insertar tres de un nivel inferior o señales digitalizadas con la rata apropiada

(TV u otro).

Ilustración 33: Jerarquía Bell System

35

3.3.2.3. Multiplexor 𝑬𝟏 (o 𝟑𝟎 + 𝟐 del 𝑰𝑻𝑼 − 𝑻)

Se multicanalizan 𝟑𝟎 canales telefónicos de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔 y se usan dos canales adicionales para

sincronismo y señalización. La rata de salida es de 𝟐𝟎𝟒𝟖 𝒌𝒃𝒑𝒔 (ver ilustración 𝟑𝟒 para la

distribución de ranuras temporales en el multiplexor 𝑬𝟏).

El canal 𝟎 se usa para alineación de trama (código periódico en las tramas pares), en las tramas

impares se envían otro tipo de informaciones (comunicaciones a 𝟒 𝒌𝑯𝒛). El canal 𝟏𝟔 se usa para

señalización de canales. Los 𝟒 𝒃𝒊𝒕𝒔 más significativos señalizan los canales pares y los otros

señalizan los canales impares.

La rata de señalización es de 𝟓𝟎𝟎 𝑯𝒛.

Ilustración 34: Estructura de trama de un sistema 𝑷𝑪𝑴 𝟑𝟎 + 𝟐.

Número de bit

1 2 3 4 5 6 7 8

0 0 1 1 0 1 1

Señal de alineación de trama

Intervalo de

tiempo 0 que

contiene la señal

de alineación de

trama

Reservado para

uso internacional

Intervalo de

tiempo 0 que no

contiene la señal

de alineación de

trama

Reservado para

uso internacional

1 Indicación de alarma

destinada al equipo multiplex

Reservada para uso

nacional

36

Número de orden de las

tramas

Bits en los intervalos de tiempo del canal 16

a b c d a b c d

0 0 0 0 0 x y x x

1 Canal telefónico 1 Canal telefónico 16

2 Canal telefónico 2 Canal telefónico 17

3 Canal telefónico 3 Canal telefónico 18

4 Canal telefónico 4 Canal telefónico 19

5 Canal telefónico 5 Canal telefónico 20

6 Canal telefónico 6 Canal telefónico 21

7 Canal telefónico 7 Canal telefónico 22

8 Canal telefónico 8 Canal telefónico 23

9 Canal telefónico 9 Canal telefónico 24

10 Canal telefónico 10 Canal telefónico 25

11 Canal telefónico 11 Canal telefónico 26

12 Canal telefónico 12 Canal telefónico 27

13 Canal telefónico 13 Canal telefónico 28

14 Canal telefónico 14 Canal telefónico 29

15 Canal telefónico 15 Canal telefónico 30

x: bit de reserva fijado en el valor 1 si no se utiliza

y: bit utilizado para indicar la perdida de alineación de multitrama

3.3.2.4. Jerarquía ITU _T

En la ilustración 𝟑𝟓 se muestra la jerarquía 𝑬𝟏 o 𝟑𝟎 + 𝟐.

Ilustración 35: Jerarquía 𝟑𝟎 + 𝟐

37

En una red 𝑷𝑫𝑯 se tienen diferentes niveles de Multiplexadores.

La ilustración 36 muestra tres niveles de multiplexado:

𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 𝒂 𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔

𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔 𝒂 𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔

𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔 𝒂 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔.

Ilustración 36: Jerarquía digital plesiócrona

Para portar una tira de datos de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 a través de una troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 se requiere

que ella sea multiplexada hacia arriba a través de multiplexores de más alto orden dentro de

la troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 y entonces sea des multiplexada hacia abajo a través de los

multiplexores de más bajo orden.

Debido a que plesiócrono no es completamente sincrónico cada uno de los multiplexores

necesitan un poco de sobrecarga de bits en sus troncales de alta velocidad para atender las

ligeras diferencias en las ratas de datos de las tiras en los puertos de baja velocidad.

Algunos de los datos de los puertos de baja velocidad (que están corriendo demasiado rápido)

pueden ser portados en la cabecera de la troncal, y esto puede suceder a todos los niveles de

multiplexación. Esto es conocido como justificación o relleno de bits (bit stuffing).

La Ilustración 37 muestra que hay dos jerarquías totalmente diferentes, una para los estados unidos

y Japón y la otra para el resto del mundo.

La otra cosa para observar es que los diferentes niveles de multiplexado no son múltiplos

unos de otros.

Por ejemplo 𝑪𝑬𝑷𝑻𝟐 soporta 𝟏𝟐𝟎 llamadas pero requiere más de 𝟒 veces el ancho de banda

de 𝑪𝑬𝑷𝑻𝟏 para alcanzar esto.

Esto es porque 𝑷𝑫𝑯 no es exactamente sincrónico y cada nivel de multiplexión requiere un

ancho de banda extra para realizar el relleno de bits.

Así la jerarquía plesiócrona requiere relleno de bits a todos los niveles, para atender las

diferencias en los relojes.

38

Esto hace particularmente difícil localizar una tira de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 particular en una troncal de

𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 a menos que se demultiplexe la tira completa de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 todo el camino hacia

abajo hasta 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔.

Ilustración 37: Niveles de multiplexión 𝑷𝑫𝑯

3.3.2.5. Extraer e insertar una tira de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔.

Para extraer e insertar una tira de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 desde una troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 se necesita

romper esta e insertar un par de Multiplexadores de 𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔 𝒂 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔. Se puede

entonces aislar la tira apropiada de 𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔 y multiplexar las otras tiras de 𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔 hacia

atrás en la troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔. Luego se demultiplexa la tira de 𝟑𝟒 𝑴𝒃𝒑𝒔, se aísla la tira apropiada de 𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔 y se

multiplexan las otras tiras de 𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔 a través del multiplexor de capa más alta, dentro de la

troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔.

Luego se demultiplexa la tira de 𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔, se aísla la tira de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 que se ha estado

buscando y se multiplexan las otras tiras de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 hacia arriba a los multiplexores de capa

más alta dentro de la troncal de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔.

La ilustración 38 muestra la “montaña de multiplexores” requerida para extraer e insertar la tira de

𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔.

39

Ilustración 38: la montaña de multiplexión 𝑷𝑫𝑯

3.3.2.6. Las limitaciones de 𝑷𝑫𝑯

𝑷𝑫𝑯 no es muy flexible

Como se explicó previamente, no es fácil identificar canales individuales en una tira de bits de más

alto orden. Se debe demultiplexar el canal de rata alta hacia abajo a través de todos los niveles de

multiplexión para encontrar un canal particular de baja velocidad. Esto requiere una montaña de

multiplexores costosa y compleja.

Falta de rendimiento

No es fácil proveer un buen desempeño si no se puede monitorear el desempeño en primer lugar.

Para 𝑷𝑫𝑯 no hay un estándar internacional para monitoreo de desempeño y tampoco canales de

gestión acordados. Hay algunos bits de repuesto de la cabecera que están siendo usados para gestión

pero ellos tienen ancho de banda limitado y son difíciles de localizar en una tira de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 sin

demultiplexar.

Carencia de estándares

No solamente 𝑷𝑫𝑯 tiene dos jerarquías de multiplexión totalmente distintas sino que es débil en

estándares. Por ejemplo, no hay estándares para ratas de datos por encima de 𝟏𝟒𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 y no

hay estándares para el lado de la línea de una terminal de transmisión en línea.

40

3.3.3. Jerarquía digital síncrona (𝑺𝑫𝑯)

𝑺𝑫𝑯, como 𝑷𝑫𝑯 está basada en una jerarquía de tramas que se repiten continuamente, de

longitud fija diseñadas para portar canales de tráfico isócronas.

𝑺𝑫𝑯 se diseñó específicamente de tal forma que se podría preservar una interconexión suave con

los estándares 𝑷𝑫𝑯 existentes.

Los desarrolladores de 𝑺𝑫𝑯 también resolvieron la debilidad de 𝑷𝑫𝑯. Ellos reconocieron que

era necesario adoptar no solamente una estructura de trama sincrónica sino una que también

preservara los límites de byte en los diferentes flujos de tráficos de bit.

Como 𝑺𝑫𝑯 es síncrono permite multiplexión y de multiplexión en una etapa. Esto reduce la

complejidad del Hardware. No se necesitan las montañas de multiplexores.

3.3.3.1. Niveles de multiplexión 𝑺𝑫𝑯

La ilustración 𝟑𝟗 muestra los niveles de multiplexión 𝑺𝑫𝑯. Los estados unidos y Japón usan

𝑺𝑶𝑵𝑬𝑻 mientras que el resto del mundo usa 𝑺𝑫𝑯.

Ilustración 39: Jerarquía digital síncrona (𝑺𝑫𝑯)

Aparte de usar alguna terminología diferente, hay poca diferencia entre 𝑺𝑶𝑵𝑬𝑻 y 𝑺𝑫𝑯.

Se puede observar que las ratas de datos son las mismas excepto que 𝑺𝑫𝑯 no especifica una rata de

𝟓𝟏 𝑴𝒃𝒑𝒔.

𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 Forma la base de la estructura de trama de 𝑺𝑫𝑯. Por ejemplo 𝑺𝑻𝑴 − 𝟒 es una trama

consistente de 𝟒 ∗ 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

En 𝑺𝑶𝑵𝑬𝑻, los niveles 𝑺𝑻𝑺 se refieren a la velocidad de la tira de datos. Cuando estos bits son

convertidos a un tren de pulsos ópticos en una fibra, ellos son llamados una portadora óptica (𝑶𝑪).

41

Se puede ver también referido a “𝑶𝑪 − 𝟑𝒄”. Esto es simplemente la misma rata de bit de 𝑪 − 𝟑, pero

interpretado como un canal en vez de 𝟑 𝑶𝑪 − 𝟏 multiplexados. La “𝒄” significa “concatenados”.

3.3.3.2. Elementos de la red 𝑺𝑫𝑯

La ilustración 40 muestra los elementos que componen una red 𝑺𝑫𝑯.

Ilustración 40: elementos de una red 𝑺𝑫𝑯

Elemento terminador de ruta

Estos son los dispositivos de punto final donde los canales de más baja velocidad entran y abandonan

la red 𝑺𝑫𝑯. Estos son conocidos como los dispositivos de “nivel de ruta”.

Conexión de cruz digital

Estos dispositivos pueden conectar en 𝑿 a nivel 𝑺𝑻𝑴 hacia abajo a tiras individuales 𝑬𝟏. Así una tira

𝑬𝟏 en una troncal 𝑺𝑻𝑴 podría ser conectada en cruz a otra troncal 𝑺𝑻𝑴.

Regenerador

Es un dispositivo que regenera la señal.

Multiplexor 𝒂𝒅𝒅/𝒅𝒓𝒐𝒑

El multiplexor 𝒂𝒅𝒅/𝒅𝒓𝒐𝒑 tiene la habilidad de romper e insertar canales de baja velocidad en una

tira 𝑺𝑻𝑴.

3.3.3.3. Configuraciones de red 𝑺𝑫𝑯

La configuración de red más simple es una red punto a punto como se muestra en la ilustración 𝟒𝟏.

Esto envuelve dos multiplexores terminales enlazados por fibra con o sin un regenerador en el enlace.

42

Ilustración 41: configuración de una red punto a punto 𝑺𝑫𝑯

Si se incluye un multiplexor 𝒂𝒅𝒅/𝒅𝒓𝒐𝒑 podemos ahora tener una configuración punto a multipunto

como se muestra en la ilustración 42.

Ilustración 42: configuración punto a multipunto de una red 𝑺𝑫𝑯.

Una arquitectura de red enmallada (como se muestra en la ilustración 𝟒𝟑) usa una “conexión en cruz

digital” para concentrar el tráfico a un sitio central y permitir un re aprovisionamiento fácil de los

circuitos.

43

Ilustración 43: configuración en malla de una red 𝑺𝑫𝑯

La configuración de red más popular es la arquitectura en anillo mostrada en la ilustración 𝟒𝟒. Aquí

tenemos cuatro multiplexores 𝒂𝒅𝒅/𝒅𝒓𝒐𝒑 interconectados por dos anillos en fibra. La principal

ventaja es su supervivencia. Si una fibra se rompe o un multiplexor 𝒂𝒅𝒅/𝒅𝒓𝒐𝒑 se muere los

multiplexores tienen la inteligencia para sanar la red.

Ilustración 44: configuración en anillo de una red 𝑺𝑫𝑯

3.3.3.4. La trama 𝑺𝑫𝑯

La base de 𝑺𝑫𝑯 es la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 como se muestra en la ilustración 𝟒𝟓. La trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏

corre a 𝟏𝟓𝟓. 𝟓𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔, y tiene una longitud de 125 𝝁𝒔. Esto significa que se obtienen 𝟖𝟎𝟎𝟎 tramas

𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 por segundo. Esta es una rata muy común en las redes de telecomunicaciones por ejemplo

la 𝑮. 𝟕𝟎𝟒 opera a 𝟖𝟎𝟎𝟎 𝒕𝒓𝒂𝒎𝒂𝒔/𝒔.

Esto significa que cada byte en la trama es igual a un canal de 𝟔𝟒 𝑲𝒃𝒑𝒔.

44

La trama se construye de un campo de “cabecera de sección” (𝒔𝒆𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 𝒐𝒗𝒆𝒓𝒉𝒆𝒂𝒅) y un campo de

“carga útil” (𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅).

Ilustración 45: estructura en tramas 𝑺𝑫𝑯

Las tramas 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 se representan usualmente como 𝟗 𝒇𝒊𝒍𝒂𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝟐𝟕𝟎 𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂𝒔 para un total

de 𝟐𝟒𝟑𝟎 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 como se muestra en la ilustración 46. Los bytes son transmitidos de izquierda a

derecha y de arriba abajo.

Ilustración 46: estructura de la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 de 𝑺𝑫𝑯

Las primeras 9 columnas son la 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 y las otras 261 columnas son usadas para

la carga útil (𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅).

45

La 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 tiene tres partes:

La 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 del regenerador

Los apuntadores

La 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 del multiplex

En 𝑺𝑫𝑯 los datos del usuario actual son cargados en “contenedores virtuales”. Los contenedores

virtuales tienen un campo de cabecera de ruta y vienen en un número de diferentes tamaños.

3.3.3.5. Cabecera 𝑺𝑫𝑯

La ilustración 47 muestra la cabecera 𝑺𝑫𝑯

Ilustración 47: Cabecera 𝑺𝑫𝑯

Las funciones de transporte son divididas en las siguientes capas:

La sección de regenerador

Esta 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 de regenerador contiene la información que se requiere para los

elementos localizados en ambos extremos de una sección. Esto debería estar entre dos regeneradores

o equipos terminadores de línea.

La sección multiplex.

La 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 multiplex contiene información requerida entre los equipos terminales de

sección múltiple en cada extremo de la sección multiplex. Básicamente esto significa entre elementos

consecutivos de red excluyendo los regeneradores.

46

La sección Ruta

La cabecera de ruta es creada y terminada por el equipo terminante de ruta en ambos extremos del

enlace. Es transportada en el contenedor virtual con los datos de usuario.

En términos 𝑺𝑶𝑵𝑬𝑻 estos son conocidos como “ruta”, “línea”, y “sección”. Y algunas veces estos

términos son incorrectamente usados para 𝑺𝑫𝑯.

La ilustración 48 muestra la estructura de los bytes de cabecera.

Ilustración 48: cabecera de sección

Las primeras tres filas son la cabecera de la sección de regenerador.

𝑨𝟏 y 𝑨𝟐 son los bytes de entramado e indican el arranque de una trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

𝑱𝟎 Contiene un mensaje de seguimiento que se transmite continuamente entre secciones

regeneradoras tal que ellas sepan que aún están conectadas.

𝑩𝟏 Provee chequeo de paridad. Calculada sobre todos los bytes de la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 previa.

𝑬𝟏 Puede ser usado para comunicaciones de voz sobre la “sección de regenerador”.

𝑭𝟏 Es dejado de lado para propósitos de usuario.

𝑫𝟏, 𝑫𝟐 y 𝑫𝟑 forman un canal de mensaje de 192 kbps para operaciones, administración y

mantenimiento. Por ejemplo, alarmas, control, monitoreo.

Las últimas cinco filas de la 𝒄𝒂𝒃𝒆𝒄𝒆𝒓𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 se usan para la sección multiplex.

𝑩𝟐 Chequeo de paridad de 24 bits.

𝑲𝟏 y 𝑲𝟐 conmutación de protección automática. Es usada para proveer conmutación automática a

una facilidad de reserva en el evento de una falla.

𝑫𝟒 a 𝑫𝟏𝟐 forman un canal de mensaje de 576 kbps para operaciones, administración y

mantenimiento. Por ejemplo, aprovisionamiento remoto, monitoreo, alarmas, etc.

𝑺𝟏 Es el byte de mensaje de estado síncrono usado para para portar el mensaje de sincronización o

sea “yo soy el reloj de referencia primario” o “No me uses como reloj de referencia”.

𝑴𝟏 Indicación de error remoto.

𝑬𝟐 Un canal de voz de 64 kbps entre las “secciones multiplex”

47

Cabecera de ruta.

La cabecera de ruta es parte del contenedor virtual. La ilustración 49 muestra la cabecera asociada

con los contenedores virtuales de alto orden y bajo orden. Esta cabecera es transportada entre los

dispositivos terminadores de ruta.

Ilustración 49: cabecera de ruta

Contenedores virtuales de alto orden.

𝑱𝟏 Este byte transmite repetitivamente una tira de datos programable por el usuario tal que el

dispositivo de ruta que recibe puede ver que él está aún conectado al dispositivo de ruta que transmite

respectivo.

𝑩𝟑 Bits de paridad

𝑪𝟐 Especifica el tipo de mapeo en el contenedor virtual. Por ejemplo, él cuenta si el contenedor

virtual contiene contenedores virtuales de más bajo orden o celdas 𝑨𝑻𝑴, etc.

𝑮𝟏 Porta el desempeño de la ruta.

𝑭𝟐 Comunicaciones entre elementos de ruta.

𝑯𝟒 Indicador de multitrama.

Contenedores virtuales de bajo orden.

Hay solamente un solo byte de cabecera en un contenedor virtual de bajo orden. Este byte es usado

para los siguientes propósitos sobre una multitrama de 𝟒 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔.

𝑽𝟓 Chequeo de errores, estado de la ruta y etiqueta de señal (asinc, sincronismo de byte,

sincronismo de bit).

𝑱𝟐 Identificador de ruta de acceso (así el receptor sabe que él está aún conectado al transmisor

entendido).

𝑵𝟐 Monitoreo de conexión

𝑲𝟒 Conmutación de protección automática. Se usa para proveer conmutación automática a una

facilidad de reserva en el evento de una falla.

48

3.3.3.6. Contenedores virtuales

La ilustración 50 muestra los cinco tamaños de contenedores virtuales y los servicios que se

entiende que ellos portan.

Ilustración 50: tamaños y posibles contenidos de los contenedores virtuales

Los contenedores virtuales son estructuras muy rígidas y no son muy eficientes en ancho de banda.

Por ejemplo para portar un servicio 𝑬𝟑 (𝑪𝑬𝑷𝑻 𝟑) requiere más del 𝟑𝟎% de sobrecarga.

Aun en el mejor caso un 𝑬𝟏 requiere más que el 𝟏𝟎% de sobrecarga y no hay provisión para portar

𝑵𝒙𝟔𝟒 𝒌𝒃𝒑𝒔, 𝑬𝟐 (𝟖 𝑴𝒃𝒑𝒔) o 𝟏𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 o 𝟏𝟎𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔.

Los contenedores virtuales proveen una ruta clavada permanentemente a través de la red y no hay

asignación de ancho de banda dinámico.

3.3.3.7. Estructura de multiplexado 𝑺𝑫𝑯.

La ilustración 51 muestra cómo combinar los múltiples servicios sobre una troncal 𝑺𝑻𝑴.

Si miramos el ejemplo de un servicio 𝑬𝟏 (𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔).

1. La trama 𝑬𝟏 se coloca en un contenedor 𝑪 − 𝟏𝟐

2. Se adiciona una cabecera de ruta y se convierte en un contenedor virtual 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐.

3. Se asignan punteros a múltiples 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐 y se convierte en una unidad tributaria de grupo

𝑻𝑼𝑮 − 𝟐. Los apuntadores indican la localización del primer byte de cada uno de los

contenedores virtuales.

4. Siete de los 𝑻𝑼𝑮 pueden mapearse en un contenedor virtual 𝑽𝑪 − 𝟑

5. A Múltiples contenedores virtuales 𝑽𝑪 − 𝟑 se les asignan apuntadores y se colocan en un

grupo de administración de usuario 𝑨𝑼𝑮

6. el 𝑨𝑼𝑮 será colocado en la trama 𝑺𝑻𝑴

49

Los apuntadores se usan para localizar tiras individuales de 𝟐 𝑴𝒃𝒑𝒔 en la trama 𝑺𝑻𝑴.

Ilustración 51: estructura del multiplexado en 𝑺𝑫𝑯

3.3.3.8. Ejemplos de contenedor virtual

La ilustración 52 muestra como un contenedor virtual 𝑽𝑪 − 𝟒 cabe en una trama 𝑺𝑻𝑴.

Ilustración 52: Contenedor virtual 𝑽𝑪 − 𝟒 en una trama 𝑺𝑻𝑴

El 𝑽𝑪 − 𝟒 cabe completamente en una trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 y un apuntador indica la localización del

primer byte del 𝑽𝑪 − 𝟒.

50

Si el 𝑽𝑪 − 𝟒 no está apropiadamente sincronizado con la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 él puede deslizarse de

posición en la trama.

Hay actualmente un byte de ancho de banda en la sección de apuntador que puede ser usada por el

𝑽𝑪 − 𝟒 si este está corriendo más rápido que la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

La ilustración 𝟓𝟑 muestra como 𝟑𝒙𝑽𝑪 − 𝟑 caben en una trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

Ilustración 53: 𝟑 ∗ 𝑽𝑪 − 𝟑 en un 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏

Aunque no se muestra en este diagrama los contenedores virtuales 𝑽𝑪 − 𝟑 no toman todo el ancho

de banda del 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏. A ellos se les asigna un cierto espacio fijo y ellos pueden moverse alrededor

en él. Hay un ancho de banda extra si los 𝑽𝑪 − 𝟑 están corriendo con relojes más rápidos que la trama

𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

El apuntador indica el primer byte de los contenedores virtuales.

La ilustración 54 muestra como los contenedores virtuales VC-3 pueden arrancar en diferentes

lugares dentro de su área asignada en la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏.

Cuando un dispositivo pone un circuito virtual en la trama 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏 él también pone el valor del

puntero tal que el dispositivo receptor puede localizar el comienzo del circuito virtual

La ilustración 55 muestra como los contenedores de más bajo orden son transportados en la trama

𝑺𝑻𝑴 − 𝟏

51

Ilustración 54: 3* VC-3 en un 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏

Ilustración 55: transporte de tramas de más bajo orden en un 𝑺𝑻𝑴 − 𝟏

Para mantener los contenedores virtuales de más bajo orden necesitamos usar un 𝑻𝑼𝑮 (grupo de

unidad tributario). Cada 𝑻𝑼𝑮 tiene un lugar fijo en el circuito virtual y tiene un número de

apuntadores en posiciones fijas en el 𝑻𝑼𝑮.

El 𝑻𝑼𝑮 mostrado en la ilustración 𝟓𝟓 tiene 3 apuntadores para contenedores virtuales 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐. A

los 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐 se les asigna un espacio fijo que es un poco mayor al que requieren de tal manera que

tienen espacio para moverse alrededor.

El apuntador muestra la localización del primer byte del 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐.

52

Así cuando el 𝑽𝑪 − 𝟏𝟐 llega a su destino el dispositivo receptor lo localizará buscando en los

apuntadores.

3.3.3.9. Eficiencia de ancho de banda

La ilustración 𝟓𝟔 muestra un número de ratas de datos comunes y los correspondientes contenedores

virtuales que necesitarían ser usados para portar estas tiras de datos.

Ilustración 56: eficiencia en ancho de banda de los contenedores virtuales.

3.3.3.10. Conclusión

𝑺𝑫𝑯 Ha resuelto las debilidades de 𝑷𝑫𝑯. El transmite datos en contenedores virtuales y usa

apuntadores para localizar canales de baja velocidad en una troncal de alta velocidad.

A los portadores les gusta 𝑺𝑫𝑯 porque esta provee:

Una arquitectura en anillo robusta con capacidades de auto curado (healing)

Buenos atributos de aprovisionamiento y gestión

Estándares internacionales fuertes.

4. Comparación del desempeño entre 𝑭𝑫𝑴𝑨 y 𝑻𝑫𝑴𝑨:

Se asume que el sistema tiene una rata total de 𝑹 𝒃𝒑𝒔. En 𝑭𝑫𝑴𝑨 se divide el ancho de banda

disponible en 𝑴 bandas ortogonales, en donde cada fuente puede transmitir 𝑹/𝑴 𝒃𝒑𝒔

simultáneamente. En 𝑻𝑫𝑴𝑨 se divide la trama en intervalos de tiempo de longitud 𝑻/𝑴 y cada

fuente transmite a una velocidad 𝑹 𝒃𝒑𝒔 en un intervalo de 𝑻/𝑴, de tal manera que cualquier fuente

transmite a una rata 𝑹/𝑴 en cualquiera de los dos sistemas.

53

Si se organiza la información de cada una de las fuentes en paquetes de 𝒃 𝒃𝒊𝒕𝒔, entonces en 𝑭𝑫𝑴𝑨

los paquetes de 𝒃 𝒃𝒊𝒕𝒔 son transmitidos en 𝑻 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔 en cada una de las bandas ortogonales,

luego la rata de bits total en este caso está dada por

𝑹𝑭𝑫 = 𝑴𝒃

𝑻 𝒃𝒑𝒔

En el caso de 𝑻𝑫𝑴𝑨 los paquetes de 𝒃 𝒃𝒊𝒕𝒔 son transmitidos en 𝑻/𝑴 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔 desde cada fuente.

Luego la rata requerida es

𝑹𝑻𝑫 =𝒃

𝑻/𝑴 𝒃𝒑𝒔

Este resultado es idéntico al de 𝑭𝑫𝑴𝑨.

Ilustración 57 𝒂) 𝑭𝑫𝑴𝑨: la frecuencia se divide en 𝑴 bandas de frecuencia ortogonales.

𝒃) 𝑻𝑫𝑴𝑨: El tiempo se divide en 𝑴 ranuras de tiempo ortogonales (un paquete por ranura de

tiempo).

La mejoría en el desempeño se obtiene desde el punto de vista del retraso de los mensajes:

Asumiendo que el recurso de comunicaciones es usado el 𝟏𝟎𝟎% tal que todas las 𝑴 𝒃𝒂𝒏𝒅𝒂𝒔 y las

𝑴 𝒓𝒂𝒏𝒖𝒓𝒂𝒔 están llenas con paquetes y que no hay sobrecarga por bandas de guarda o de tiempo,

se tiene que el retardo del mensaje tiene dos componentes:

𝑫 = 𝝎 + 𝝉

54

En donde 𝝎 es el tiempo promedio de espera del paquete antes de la transmisión y 𝝉 es el tiempo de

transmisión del paquete.

En 𝑭𝑫𝑴𝑨:

𝝉𝑭𝑫 = 𝑻

𝝎𝑭𝑫 = 𝟎

En 𝑻𝑫𝑴𝑨

𝝉𝑻𝑫 =𝑻

𝑴

Y el tiempo de espera en promedio estará dado por

𝝎𝑻𝑫 =𝟏

𝑴∑ (𝒎 − 𝟏)

𝑻

𝑴

𝑴

𝒎=𝟏

=𝑻

𝑴𝟐

(𝑴 − 𝟏)𝑴

𝟐

=𝑻

𝟐 (𝟏 −

𝟏

𝑴)

Luego el retardo en 𝑻𝑫𝑴𝑨 está dado por

𝑫𝑻𝑫 =𝑻

𝑴+

𝑻

𝟐 (𝟏 −

𝟏

𝑴)

= 𝑫𝑭𝑫 − 𝑻

𝟐 (𝟏 −

𝟏

𝑴)

Lo que indica que 𝑻𝑫𝑴𝑨 es superior desde el punto de vista del retardo de los mensajes.

5. ACCESO MÚLTIPLE EN REDES DE ÁREA LOCAL:

Una red de área local

Permite interconectar computadores, terminales, impresoras, etc. en un área geográfica

pequeña (campus).

Utiliza medios de alta velocidad (Cable, fibra) a diferencia de las redes más grandes que

utilizan la red telefónica.

Utiliza algoritmos de acceso simples porque hay disponibilidad de un gran ancho de banda.

55

Técnicas de acceso:

5.1. 𝑪𝑺𝑴𝑨 /𝑪𝑫

Es una técnica utilizada en la red 𝑬𝑻𝑯𝑬𝑹𝑵𝑬𝑻 desarrollada por 𝑿𝑬𝑹𝑶𝑿 𝑪𝑶𝑹𝑷𝑶𝑹𝑨𝑻𝑰𝑶𝑵.

Se asume que cada terminal puede chequear la actividad eléctrica en el medio (Sensar la

portadora) y por eso se llama “carrier sense multiple Access/ collision detection”

Una red con sensado de portadora consiste de un cable sobre el cual se conectan todas las

estaciones pasivamente.

El formato del paquete se muestra en la ilustración 58:

El tamaño máximo es de 𝟏𝟓𝟐𝟔 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 (𝟏𝟓𝟎𝟎 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 de información).

Ilustración 58: Formato de paquete en la red ETHERNET.

El tamaño mínimo es de 𝟕𝟐 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 (𝟒𝟔 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 de información)

Se codifica utilizando el código Manchester mostrado en la ilustración 59:

Ilustración 59: Formato Manchester utilizado en la red ETHERNET.

El espaciamiento entre paquetes mínimo es de 𝟗. 𝟔 𝒎𝒊𝒄𝒓𝒐𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔.

El preámbulo es una secuencia alternante de unos y ceros terminada en dos unos que sirve

como patrón de sincronización

La estación receptora examina el campo de dirección de destino en el encabezado para ver

si puede aceptar un paquete particular. El primer bit indica el tipo de dirección (𝟎 =

56

dirección única, 𝟏 = dirección de grupo) un campo completo de unos indica un broadcast a

todas las estaciones.

La dirección de fuente es la dirección única de la máquina que transmite.

El campo de tipo determina como se debe interpretar el campo de datos. Por ejemplo, bits

en el campo de tipo pueden usarse para describir cosas como codificación de datos,

encriptación, prioridad del mensaje y así sucesivamente.

El campo de datos es un número entero de bytes desde mínimo 𝟒𝟔 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔 hasta un máximo

de 𝟏𝟓𝟎𝟎 𝒃𝒚𝒕𝒆𝒔

El campo de chequeo de paridad almacena los bits de paridad generados por un polinomio

generador de la forma

𝑿𝟑𝟐 + 𝑿𝟐𝟔 + 𝑿𝟐𝟑 + 𝑿𝟐𝟐 + 𝑿𝟏𝟔 + 𝑿𝟏𝟐 + 𝑿𝟏𝟏 + 𝑿𝟏𝟎 + 𝑿𝟖 + 𝑿𝟕 + 𝑿𝟓 + 𝑿𝟒 + 𝑿𝟐 + 𝑿 + 𝟏

El algoritmo de acceso múltiple de 𝑬𝑻𝑯𝑬𝑹𝑵𝑬𝑻 define la siguiente acción de usuario o

respuesta:

1. 𝑫𝑬𝑭𝑬𝑹: El usuario no debe transmitir cuando la portadora está presente o dentro del

espaciamiento mínimo de tiempo de paquete.

2. 𝑻𝑹𝑨𝑵𝑺𝑴𝑰𝑻: El usuario puede transmitir si no está en 𝑫𝑬𝑭𝑬𝑹𝑹𝑰𝑵𝑮 hasta el fin del paquete

o hasta que se detecte una colisión

3. 𝑨𝑩𝑶𝑹𝑻: Si se detecta una colisión el usuario debe terminar la transmisión del paquete y

transmitir una señal de Jamming corta para asegurar que todos los participantes de la colisión

estén conscientes de esta.

4. 𝑹𝑬𝑻𝑹𝑨𝑵𝑺𝑴𝑰𝑻: El usuario debe esperar un retraso aleatorio de tiempo y luego intentar una

retransmisión.

5. 𝑩𝑨𝑪𝑲𝑶𝑭𝑭: El retraso después del 𝒏 − 𝒔𝒊𝒎𝒐 intento es un número aleatorio uniformemente

distribuido de 𝟎 𝒂 𝟐𝒏 − 𝟏 para 𝟎 ≤ 𝒏 ≤ 𝟏𝟎. Si 𝒏 ≥ 𝟏𝟎 el retraso se mantiene de 𝟎 𝒂 𝟏𝟎𝟐𝟑.

La unidad de tiempo es de 𝟓𝟏𝟐 𝒃𝒊𝒕𝒔 (𝟓𝟏. 𝟐 𝝁𝒔)

Como en el formato utilizado (Manchester) hay una transición por cada bit, la presencia de estas

transiciones indica a las estaciones que la portadora está presente. Si no se detectan transiciones en

un intervalo de 𝟎. 𝟕𝟓 𝒂 𝟏. 𝟐𝟓 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐𝒔 𝒅𝒆 𝒃𝒊𝒕 la portadora se ha perdido indicando el fin del

paquete.

57

5.2. 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮

En una red en anillo hay una serie de cables punto a punto entre estaciones consecutivas. Las

interfaces entre el anillo y las estaciones son activas (Ver ilustración 60). Las estaciones pueden estar

en dos modos diferentes:

Modo de escucha: en este caso los bits de entrada son copiados a la salida de la interface con

un retraso de tiempo de un bit.

Modo de transmisión: En este modo la conexión es rota tal que la estación puede entrar sus

propios datos en el anillo.

El token es definido como un patrón especial de bits (𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏) que circula por el anillo cuando

todas las estaciones están desocupadas. Se asegura que ninguna estación pueda transmitir este patrón

utilizando la técnica de bit stuffing insertando un cero en los datos cada vez que se transmiten siete

unos consecutivos. El receptor utiliza el algoritmo contrario.

Ilustración 60: Red 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮. 𝒂) Red. 𝒃) Modos 𝒍𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏 𝒚 𝒕𝒓𝒂𝒏𝒔𝒎𝒊𝒕

El esquema de acceso al anillo funciona como sigue:

1. Una estación que desea enviar un mensaje monitorea el token que aparece en la interface. Cuando

el último bit del token aparece, la estación lo invierte (o sea 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 𝟎). La estación rompe

entonces la conexión de la interface y entra sus propios datos dentro del anillo.

58

2. A medida que los bits dan la vuelta al anillo, ellos son removidos por la estación que los envía.

No hay límites en el tamaño de los paquetes, porque el paquete completo nunca aparece en el

anillo en un instante.

3. Después de enviar el último bit del mensaje, la estación debe regenerar el token. Después de que

el ultimo bit ha circulado el anillo y ha sido removido, la interface es conmutada de regreso al

modo escucha.

4. La contención no es posible en un sistema 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮. Durante tráfico pesado, tan pronto

como un token es regenerado, la siguiente estación en el anillo que requiere el servicio verá y

removerá el token. En consecuencia, el permiso para transmitir rota suavemente alrededor del

anillo. Debido a que hay un solo token, no hay contención.

El anillo debe tener el retardo suficiente para permitir que un token completo circule cuando todas

las estaciones están desocupadas. Un asunto importante en el diseño de una red en anillo es la

distancia de propagación o “longitud” de un bit.

Si la rata de datos es 𝑹 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔, un bit es emitido cada 𝟏/𝑹 𝒎𝒊𝒄𝒓𝒐𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔. Debido a que la rata

de propagación a lo largo de un cable coaxial típico es de 𝟐𝟎𝟎 𝒎/𝒎𝒊𝒄𝒓𝒐𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐, cada bit ocupa

𝟐𝟎𝟎/𝑹 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 en el anillo.

Ejemplo:

Si un token de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔 se usa en una red en anillo de 𝟓 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔, calcule la mínima distancia de

propagación necesitada para la circunferencia del anillo. Asuma que la velocidad de propagación es

de 𝟐𝟎𝟎 𝒎/𝒎𝒊𝒄𝒓𝒐𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐.

Solución:

𝑹 = 𝟓 𝑴𝒃𝒊𝒕𝒔/𝒔

Tiempo para emitir un bit:

𝑻𝒃 =𝟏

𝟓 ∗ 𝟏𝟎𝟔 𝒔

Tiempo para emitir el token de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔:

𝑻𝒕 =𝟖

𝟓 𝝁𝒔

Distancia de propagación para el token de 𝟖 𝒃𝒊𝒕𝒔:

𝒅𝒑 = 𝑻𝒕 ∗ 𝑽𝒑

=𝟖

𝟓 𝝁𝒔 ∗ 𝟐𝟎𝟎 𝒎/𝝁𝒔

= 𝟑𝟐𝟎 𝒎

59

5.3. Comparación entre el desempeño de las redes 𝑪𝑺𝑴𝑨 /𝑪𝑫 y 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮

La ilustración 61 compara el desempeño de las características retardo vs throughput de las dos redes

para una red de 𝟐 𝒌𝒎 de longitud con 𝟓𝟎 𝒆𝒔𝒕𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔, con un paquete promedio de 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒃𝒊𝒕𝒔 y

un tamaño de encabezado de 𝟐𝟒 𝒃𝒊𝒕𝒔. En el primer caso la rata de transmisión es de 1 Mbit/s y en la

otra es de 𝟏𝟎 𝑴𝒃𝒊𝒕/𝒔.

Se observa que en el primer caso las dos redes se desempeñan prácticamente igual mientras que en el

segundo es mejor la 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮 para una throughput normalizada mayor a 𝟎. 𝟐𝟐. La rata efectiva

normalizada se define como

𝝆 =𝒃𝝀

𝑹=

𝝆′

𝑹

En donde 𝒃𝝀 es la rata efectiva y 𝑹 es la capacidad del canal (máxima rata de transmisión de bit)

El comportamiento mostrado en la gráfica se debe a que a medida que se intenta aumentar la velocidad

ocurren cada vez más colisiones en 𝑪𝑺𝑴𝑨 /𝑪𝑫.

Ilustración 61: Desempeño retardo vs. Throughput para redes 𝑪𝑺𝑴𝑨 /𝑪𝑫 y 𝑻𝑶𝑲𝑬𝑵 𝑹𝑰𝑵𝑮. 𝒂)

Rata de transmisión 𝟏 𝑴𝒃𝒑𝒔. 𝒃) Rata de transmisión de 𝟏𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔.

60

6. Acceso múltiple usado en 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻:

6.1. 𝑭𝑫𝑴𝑨

6.1.1. 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰 ( Pájaro madrugador)

Ilustración 62: 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 I Early Bird

Fue lanzado en 𝟏𝟗𝟔𝟓

𝟐𝟒𝟎 canales telefónicos

𝑭𝑫𝑴𝑨

Debido al uso de un transponder no lineal (Con la aparición de productos de intermodulación)

solo se permitían dos estaciones terrenas.

Ilustración 63: Operación del satélite pájaro madrugador.

61

El 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰 (apodado Early Bird o Pájaro madrugador) fue el primer satélite de

comunicaciones comercial, puesto en una órbita geosíncrona sobre el océano Atlántico el

𝟔 𝒅𝒆 𝒂𝒃𝒓𝒊𝒍 𝒅𝒆 𝟏𝟗𝟔𝟓 y activado el 𝟐𝟖 𝒅𝒆 𝒋𝒖𝒏𝒊𝒐.

Fue construido por el "Space and Communications Group" de la "Hughes Aircraft Company" (más

tarde conocida como "Hughes Space and Communications Company", y en la actualidad "Boeing

Satellite Systems") para 𝑪𝑶𝑴𝑺𝑨𝑻 (compañía estatal estadounidense, controlante de 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 ).

Fue el cuarto de la serie Syncom (el primero de uso público) que Hughes había construido para la

NASA. Su cohete impulsor fue un Delta D (Delta de impulso aumentado).

Programado para estar en operación por 𝟏𝟖 𝒎𝒆𝒔𝒆𝒔, el Early Bird estuvo en servicio activo por casi

cuatro años. Fue desactivado en enero de 𝟏𝟗𝟔𝟗, aunque entre junio y agosto de ese año fue

reactivado brevemente para dar soporte al Apolo 11 cuando el Atlantic de 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 tuvo una falla.

En 𝟏𝟗𝟗𝟎 y con motivo del 𝟐𝟓º aniversario de su lanzamiento fue activado brevemente, pero en la

actualidad está inactivo aunque continúa en órbita.

El Early Bird fue el primer satélite que permitió un contacto directo y casi instantáneo entre Europa

y Norteamérica, manejando transmisiones de televisión (un canal), teléfono (240 canales), fax y

telégrafo. Era bastante pequeño, con forma de tambor, medía 𝟕𝟔 × 𝟔𝟏 𝒄𝒎 y pesaba 𝟑𝟒, 𝟓 𝒌𝒈.

6.1.2. 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑰 𝒀 𝑰𝑰𝑰

Ilustración 64: 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝟐 Credit: 𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕

Se permitían más de dos accesos por el uso de un transponder lineal (menos eficiente desde

el punto de vista de la potencia).

Se usaba 𝑭𝑫𝑴/𝑭𝑴/𝑭𝑫𝑴𝑨 (o 𝑴𝑪𝑷𝑪).

62

Ilustración 65: Portadoras multidestino pre asignadas 𝑭𝑫𝑴/𝑭𝑴/𝑭𝑫𝑴𝑨 (𝑴𝑪𝑷𝑪)

En este caso las llamadas de un país hacia el extranjero se organizan en súper grupos (5

grupos de 12 canales) multicanalizados en 𝑭𝑫𝑴

Cada grupo dentro del súper grupo es preasignado en la estación terrena de un país para ser

transmitido a un país distinto

La asignación del recurso para distintas portadoras dependerá de las necesidades de tráfico

de las estaciones terrenas, pero es fija. Ver tabla 2.

Tabla 2 : Modos de acceso estándar 𝑴𝑪𝑷𝑪 de 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻

American communications satellite. 4 launches, 𝟏𝟗𝟔𝟔. 𝟏𝟎. 𝟐𝟔 (𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻𝟐 𝑭 − 𝟏) to

𝟏𝟗𝟔𝟕. 𝟎𝟗. 𝟐𝟖 (𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻𝟐 𝑭 − 𝟒). The 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻𝟐 series expanded 𝑰𝑻𝑺𝑶 coverage to include

𝟐/𝟑 of the Earth's surface.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝟐𝑨 Was never operationally useful due to a bad orbit, 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝟐𝑩 lasted for 𝟐 years,

and 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝟐𝑪 and 𝟐𝑫 lasted for 𝟑. 𝟓 years each. Spacecraft: Spin stabilized. 𝒑𝒂𝒚𝒍𝒐𝒂𝒅: Two

transponders. Multiple access. 240 voice circuits or one TV channel.

63

6.2. 𝑻𝑫𝑴𝑨:

6.2.1. 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽

Usa un esquema de asignación de frecuencia por demanda denominado 𝑺𝑷𝑨𝑫𝑬 (Single channel

per carrier 𝑷𝑪𝑴 multiple access demand assignment equipment). Ver ilustración 66.

En este esquema se hace una conversión de cada canal de voz a 𝑷𝑪𝑴 (𝟔𝟒 𝒌𝒃𝒑𝒔).

Cada portadora se modula con esta señal 𝑷𝑪𝑴 usando 𝑸𝑷𝑺𝑲 (solo un canal por portadora) con

un espaciamiento en frecuencia de 𝟒𝟓 𝑲𝑯𝒛. (hasta un máximo de 𝟖𝟎𝟎 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔)

Las portadoras se asignan dinámicamente sobre demanda y se apagan cuando no están asignadas.

La asignación dinámica se hace a través de un canal común de señalización de 𝟏𝟐𝟖 𝒌𝒃𝒑𝒔 en

𝑩𝑷𝑺𝑲.

Ilustración 66: Asignación de frecuencias en 𝑺𝑷𝑨𝑫𝑬

El factor de mejora de 𝑺𝑷𝑨𝑫𝑬 contra 𝑴𝑪𝑷𝑪 se calcula con base en la probabilidad de bloqueo

que se define como la probabilidad de no encontrar disponible un canal requerido.

Para una probabilidad de bloqueo de 𝟏%, 𝑴𝑪𝑷𝑪 requiere de cuatro veces más canales que 𝑺𝑷𝑨𝑫𝑬,

es decir un sistema 𝑺𝑷𝑨𝑫𝑬 de 𝟖𝟎𝟎 canales equivale desde este punto de vista a 𝟑𝟐𝟎𝟎 canales

𝑴𝑪𝑷𝑪.

64

Ilustración 67: 𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝑰𝑽

Fifth Generation Commercial Communications Satellite

The 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 IV series of communications satellites, launched from Cape Cañaveral during the

early 𝟏𝟗𝟕𝟎's, marked the fifth generation of geostationary communications satellites developed by

Hughes Aircraft Company, today known as Boeing Satellite Systems, since the 𝟏𝟗𝟔𝟑 launching of

Syncom II, the world's first synchronous satellite. Syncom II, 15 inches high and 28 inches in

diameter, weighed 78 pounds in orbit. In contrast, the 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽𝒔 weighed over 1300 pounds

(595 kg) in orbit and were more than 𝟏𝟕 𝒇𝒆𝒆𝒕 (𝟓. 𝟑𝟏 𝒎𝒆𝒕𝒆𝒓𝒔) in diameter. Launch vehicles for the

satellites were the Atlas-Centaur rockets. Eight flight spacecraft and one prototype were built for the

International Telecommunications Satellite Organization (𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻). Communications Satellite

Corporation (COMSAT) managed the 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 program for the then 109-nation organization.

Seven of the huge satellites were successfully launched between January 1971 and May 1975.

Companies from 10 nations representing Europe, Japan, and Canada participated with Hughes in

building the satellites.

Each 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 satellite could relay 𝟔𝟎𝟎𝟎 two-way telephone calls or transmit 𝟏𝟐

simultaneous color television programs or varied combinations of communications traffic, including

data and facsimile.

The communications subsystem consisted of global receive and both global and spot beam transmit

antennas connected to a microwave 12-channel repeater that provided high power amplification for

each channel. Six antennas--two global receive, two global transmit, and two spot beam transmit--

were provided.

65

The spot beam feed horns illuminated the parabolic reflectors, which focused and redirected the

energy toward earth. Each spot beam antenna was individually steerable, and its beam center could

be pointed anywhere over the visible portion of the earth in incremental steps of less than 𝟎. 𝟎𝟏

degrees.

The satellite had 12 broadband communications channels. Each channel had a bandwidth of

𝟒𝟎 𝑴𝑯𝒛 and provided about 𝟓𝟎𝟎 𝒄𝒐𝒎𝒎𝒖𝒏𝒊𝒄𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏𝒔 𝒄𝒊𝒓𝒄𝒖𝒊𝒕𝒔. Four of the repeaters were

dedicated to earth coverage antennas, and eight could be switched to either earth coverage or spot

beam transmit antennas. All seven spacecraft exceeded their design lives and have been retired from

active service, the last of which, 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 𝑭 − 𝟏 was retired in October 1987.

Ilustración 68: F-1 flight model in early stages of assembly. Engineers examine 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻

IV spacecraft following anechoic chamber test.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 Launch Summary

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟐) − −Launched 25 January 1971. Entered commercial service over

Atlantic Ocean 26 March 1971.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟑) − −Launched 19 December 1971. Entered commercial service

over Atlantic Ocean 18 February 1972.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟒) − −Launched 22 January 1972. Entered commercial service over

Pacific Ocean 14 February 1972.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟓) − −Launched 13 June 1972. Entered commercial service over

Indian Ocean 30 July 1972.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟕) − −Launched 23 August 1973. Entered commercial service over

Atlantic Ocean 14 September 1973.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟖) − −Launched 21 November 1974. Entered commercial service

over Pacific Ocean 14 December 1974.

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟔) − −Launched 20 February 1975. Mission terminated by range

safety officer after booster malfunction.

66

𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑰𝑽 (𝑭 − 𝟏) − −Launched 22 May 1975. Entered commercial service over

Indian Ocean 13 July 1975.

6.2.2. 𝑰𝑵𝑻𝑬𝑳𝑺𝑨𝑻 𝑽

Utiliza un esquema de 𝑻𝑫𝑴𝑨 de 𝟏𝟐𝟎 𝑴𝒃𝒑𝒔 para servicio digital internacional de rayo

múltiple

Desventaja: la necesidad de proporcionar sincronización precisa entre las estaciones terrenas

participantes y el satélite.

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕

Una organización (Organización Internacional de Telecomunicaciones por Satélite) formada en

1964 que diseña, construye y opera un sistema global de satélites de comunicaciones del mismo

nombre. Durante la mayor parte de su vida, Intelsat fue dirigido por un consorcio de autoridades

de telecomunicaciones del gobierno con acciones de la organización en proporción a su uso de

ella. Sin embargo, en 2000, los casi 150 países miembros acordaron convertir la empresa de una

organización basada en un tratado en una compañía privada. Al año siguiente, con sede en

Bermudas Intelsat Ltd se formó.

Intelsat 1, también conocida como Early Bird, se puso en marcha en abril de 1965 y se convirtió

en la primera comsat en proporcionar telecomunicaciones comerciales regulares. El podía apoyar

ya fuera un canal de TV o 240 circuitos de voz pero no ambos, una limitación que lo hizo costoso

de usar. En la primavera de 1967, Early Bird fue acompañado por dos compañeros más grandes

Intelsat2 sobre el Pacífico e Intelsat3 sobre el Atlántico. Con estos tres satélites, redes de todo el

mundo de televisión podrían ser unidos entre sí, y la primera emisión mundial fue transmitida en

27 de junio 1967.

Durante los años 1960 y 70, la capacidad de mensajes y la potencia de transmisión de las

generaciones de Intelsat 2, 3 y 4 se incrementaron progresivamente mediante la segmentación de

los circuitos de voz en más y más unidades transpondedoras (transmisor-receptor), cada una con

un cierto ancho de banda. El primero de la serie Intelsat 4, lanzado en 1971, proveia 4.000

circuitos de voz. Con la serie Intelsat 5 (1980), la introducción de múltiples haces dirigidos a la

Tierra resultó en una capacidad aún mayor. El poder de un satélite podría ahora concentrarse en

pequeñas regiones del planeta, haciendo posibles las estaciones de tierra de menor costo con

antenas más pequeñas. Un satélite Intelsat 5 normalmente podría llevar 12.000 circuitos de voz.

Los satélites Intelsat 6, que entraron en servicio en 1989, se pueden llevar a 24.000 circuitos y

estructuras dinámicas de conmutación de la capacidad telefónica entre seis haces a bordo, usando

una técnica llamada SS / TDMA (satélite encendido / tiempo de acceso múltiple por división).

Los satélites Intelsat 7 proporcionan hasta 112.500 circuitos de voz y tres circuitos de televisión

cada uno, dependiendo de las necesidades del mercado en la posición orbital. Los satélites de la

serie más reciente, Intelsat 8 y 8A, lanzado a finales de 1990 pueden manejar simultáneamente

112.500 llamadas telefónicas, o 22.000 llamadas telefónicas más tres emisiones de TV en color.

67

Estos están siendo acompañados por un fuerte flota de 10 de los aún más potentes Intelsat 9, cada

uno con 72 transpondedores de banda C y 22 en banda Ku. Cuando la nueva flota esté en su lugar

en 2003-04, Intelsat espera tener una constelación de 24 satélites operativos, complementados

con más de 600 estaciones terrenas.

spacecraft

series no. launch dates launch vehicle capacity mass

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟏 1 Apr. 1965 Delta D 240 voice or 1 TV 39 kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟐 3 Jan. 1966-Sep.

1967 Delta E 240 voice or 1 TV 87 kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟑 5 Dec. 1968-Apr.

1970 Delta M 1,500 voice or 4 TV 287 kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟒 7 Jan. 1971-May

1975 Atlas-Centaur

4,000 voice or 2 TV 1,410

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟒𝑨 6 Sep. 1975-Mar.

1978 Atlas-Centaur 7,250 voice or 2 TV

1,520

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟓 8 Dec. 1980-Jun.

1984 A-C, Ariane 1, Atlas

G 12,000 voice + 2 TV

2,000

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟓𝑨 6 Mar. 1985-Jan.

1989 Atlas G, Ariane 2/3 15,000 voice + 2 TV

2,013

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟔 4 Oct. 1989-Oct.

1991 Ariane 4 24,000 voice + 3 TV

4,300

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝑲 1 Jun. 10, 1992 Atlas IIA 32 TV 2,930

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟕 6 Oct. 1993-Jun.

1996 Ariane 4, Atlas IIAS 18,000 voice + 3 TV

4,200

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟕𝑨 3 May 1995-Feb.

1996 Ariane 4, CZ-3B 18,000 voice + 3TV

4,500

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟖 4 Mar. 1997-Dec.

1997 Ariane 4, Atlas IIAS 22,000 voice + 3 TV

3,400

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟖𝑨 2 Feb. - Jun. 1998 Atlas IIAS 22,000 voice + 3TV 3,520

kg

𝑰𝒏𝒕𝒆𝒍𝒔𝒂𝒕 𝟗 7 Jun. 2001- Ariane 4, Proton-K 76 C-band

+ 24 Ku-band

transponders

4,724

kg