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Edison Coimbra G.TELECOMUNICACIONE

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Tema 4 de:

Manual de clases

ObjetivoExplicar cómo se utiliza la multiplexación TDM para enviar varias señales digitales por un único enlace.

Última modificación:1 de marzo de 2015

TDM – MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO

ÍNDICE DEL CONTENIDO

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TDM Multiplexación por división de tiempo ― Tema 4 de Telecomunicaciones

ÍNDICE DEL CONTENIDO1.- Conceptos de multiplexación (Tipos de multiplexación).2.- Multiplexación TDM (Representación y denominaciones. Ejemplos con TDM síncrona. Sincronización de tramas. Gestión de la tasa de bit. Ejemplos con gestión de la tasa de bit. TDM síncrona en telefonía móvil).3.- Portadora E1 (Jerarquía digital plesiócrona PDH–E. Sincronización de reloj en PDH–E. Aplicaciones de líneas digitales PDH–E. Ejemplos con líneas digitales PDH–E).4.- Portadora T1 (Jerarquía digital plesiócrona PDH–T).5.- TDM asíncrona. Referencias bibliográficas.Links de los documento de la colección.

1.- CONCEPTOS DE MULTIPLEXACIÓN

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¿Por qué multiplexar?

CONCEPTOS DE MULTIPLEXACIÓN

¿Por qué multiplexar?

Porque las tecnologías de transmisión incluyen medios de gran ancho de banda, como cable coaxial, fibra óptica y microondas terrestre y satelital. Cualquiera de ellos tiene una capacidad que sobrepasa las necesidades medias para transmitir una señal.

Y para optimizar la utilización de estos medios, se ha desarrollado un conjunto de técnicas que permiten la transmisión simultanea de múltiples señales a través de un único enlace.

MultiplexorLos dispositivos de entrada envían sus flujos de transmisión a un MUX (multiplexor), que los combina en un único flujo.

Enlace y canalesEl enlace es el camino físico por el cual va el único flujo. El canal es una porción de camino reservado para cada flujo de entrada.

Estructura de la multiplexación

DemultiplexorEn el receptor, el único flujo se introduce en un DEMUX (demultiplexor), que separa los flujos componentes y los dirige a sus correspondientes receptores.

(Forouzan, 2007)

El objetivo de la multiplexación es el buen uso del ancho de banda.

Tipos de multiplexación

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Existen tres técnicas básicas

TIPOS DE MULTIPLEXACIÓN

DescripciónExisten tres técnicas básicas de multiplexación.FDM. Multiplexación por división de frecuencia. Es una técnica analógica que combina señales analógicas.WDM. Multiplexación por división de longitud de onda. Es una técnica analógica que combina señales ópticas.TDM. Multiplexación por división de tiempo. Es una técnica digital que combina varios canales de baja tasa en uno de alta tasa.

(Forouzan, 2007)

El objetivo de la multiplexación es el buen uso del ancho de banda.

2.- MULTIPLEXACIÓN TDM

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Es un proceso básico en telefonía digital (Blake, 2004)

Ejemplo 1.- Ilustración de TDM

Los flujos entrantes se dividen en unidades de 1, 2 u 8 bits. Los multiplexores se visualizan como conmutadores rotatorios perfectamente sincronizados.

En el lado multiplexor, cuando el conmutador se abre en frente de una conexión, esa conexión envía una unidad por el camino.

En el lado demultiplexor, cuando el conmutador se abre en frente de una conexión, esa conexión recibe una unidad del camino.

MULTIPLEXACIÓN TDM

Descripción

Es un proceso básico en telefonía digital; permite combinar diferentes señales de voz digitalizadas y enviarlas por el mismo canal de transmisión.

De esta forma, las señales digitales de baja tasa se multiplexan formando lo que se conoce como tramas de alta tasa.

(Forouzan, 2007)

Los conmutadores rotatorios rotan a la misma velocidad.

Representación y denominaciones

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En la entrada y en la salida del multiplexor (Blake, 2004) (Forouzan, 2007)

En la entradaEl flujo de datos de cada conexión de entrada se divide en unidades que ocupan una ranura de tiempo (canal de entrada).

Una unidad puede ser 1, 2 u 8 bits (una muestra en telefonía) o un bloque de datos.

En la salidaCada unidad de entrada se convierte en una de salida y ocupa una ranura de tiempo (time slot) denominada canal.

La duración de una ranura de tiempo de salida es n veces más corta que la de entrada. Es decir, la unidad en la conexión de salida viaja más rápido.

Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama consta de un ciclo completo de ranuras de tiempo, con una ranura (canal) dedicada a cada dispositivo de entrada; es por esto que se denomina TDM síncrona.

Ejemplo 2.- Multiplexación TDM

En la figura, la tasa de bit para cada conexión de entrada es 1 kbps. Si la unidad de multiplexación es 1 bit, calcule la duración de: a) Cada ranura en la entrada.b) Cada ranura en la salida.c) Cada trama.

Respuesta Ejemplo 2

a) 1 ms, b) 1/3 ms, c) 1 ms.

Las unidades viajan más rápido en la salida que en la entrada.

Ejemplos con TDM síncrona

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(Forouzan, 2007)

Ejemplo 3.- TDM síncrona

Cuatro conexiones de 1 kbps se multiplexan juntas. Una unidad es 1 bit. Calcule:a) La tasa de transmisión del enlace.b) La duración de una ranura de tiempo.c) La duración de cada trama.

La trama tiene un canal dedicado a cada dispositivo de entrada

Respuesta Ejemplo 3

a) 4 kbps.b) 250 µs.c) 1 ms.


Se multiplexan 4 canales utilizando TDM. Si cada canal envía en la entrada 100 bytes/s y se multiplexa 1 byte por canal. Muestre y calcule:a) La trama que viaja por el enlace.b) La tasa de bit para el enlace.c) El tamaño de la trama en bits.d) La duración de cada trama.

Respuesta Ejemplo 4

a) Ver figura.b) 3,2 kbps.c) 32 bits.d) 10 ms.


Ejemplos con TDM síncrona

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(Forouzan, 2007)


En la figura, un multiplexor combina 4 canales de 100 kbps utilizando una ranura de tiempo de 2 bits. Muestre y calcule:a) El flujo de salida.b) La tasa de bit del enlace.c) La duración de bit.d) La duración de cada trama.

Respuesta Ejemplo 5

a) Ver figura.b) 400 kbps.c) 2,5 µs.d) 20 µs.

La trama tiene un canal dedicado a cada dispositivo de entrada


Sincronización de tramas

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(Forouzan, 2007)El multiplexor y demultiplexor deben estar sincronizados

SINCRONIZACIÓN DE TRAMAS

DescripciónLa sincronización entre multiplexor y demultiplexor es un asunto importante. Si no están sincronizados, un bit de un canal puede ser recibido por un canal equivocado.

Por esta razón se añaden uno o más bits de sincronización al comienzo de cada trama.

Estos bits siguen un patrón, trama a trama, que permite al demultiplexor sincronizarse con el flujo entrante y así poder separar las ranuras de tiempo de forma adecuada.

Ejemplo 6.- Sincronización de trama

Añadir un bit de sincronización al inicio de cada trama. Los bits deben seguir el patrón de sincronización: 101…..

Ejemplo 7.- TDM con sincronía

Hay 4 fuentes, cada una de las cuales crea 250 caracteres/s. Si la unidad de multiplexación es un carácter y se añade un bit de sincronización a cada trama, calcule:a) La tasa de bit de cada fuente.b) La tasa de tramas.c) El número de bits en cada trama.d) La tasa de bit del enlace.

Respuesta Ejemplo 7

a) 2 kbps.b) 250 tramas/s. Para asegurar la tasa de bit de cada fuente.c) 33 bits.d) 8,25 kbps.

Para sincronizar se añaden bits de control al inicio de cada trama.

Gestión de la tasa de bit

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(Forouzan, 2007)¿Qué pasa si hay disparidad en las tasas de bit de entrada?

GESTIÓN DE LA TASA DE BIT

Hasta aquí se ha asumido que las tasas de bit de los canales de entrada son iguales. Pero si no, se pueden emplear 3 estrategias.

TDM multinivel Múltiples ranuras Inserción de bits

Cuando la tasa de bit de un canal de entrada es múltiplo de otras.

Cuando la tasa de bit de un canal de entrada es múltiplo de otras.

Cuando las tasas de bits de los canales de entrada no son múltiplos enteros unos de otros.

Se añade un nivel previo de multiplexación para igualar las tasas de bit.

Se inserta un conversor serie a paralelo para asignar a este canal de entrada más de una ranura en la trama salida.

Se insertan bits extras a los canales con tasas más bajas.

Ejemplo 8.- Tasas de bits diferentes

Las tasas de bit en la entrada deben ser iguales.

Ejemplos con gestión de la tasa de bit


Ejemplo 9.- Gestión de tasa de bit

Se multiplexan dos canales, uno con una tasa de 100 kbps y otro con 200 kbps. La unidad de multiplexación es 1 bit y no tiene bit de sincronización. a) Determine la estrategia a utilizar.b) Calcule el número de bits en cada trama.c) La tasa de bit del enlace.

Respuesta Ejemplo 9

a) Múltiples ranuras. Se asigna una ranura al primer canal y 2 al segundo. b) 3 bits.c) 300 kbps.

¿Qué pasa si hay disparidad en las tasas de bit de entrada?

Ejemplo 10.- TDM multinivel

10 fuentes, 6 con una tasa de bit de 200 kbps y 4 con 400 kbps se combinan utilizando TDM multinivel sin bits de sincronización. La multiplexación se realiza bit a bit. Calcule:a) El tamaño de la trama de salida en bits.b) La tasa de bit del enlace.

Respuesta Ejemplo 10

a) 7 bits.b) 2,8 Mbps.

(Forouzan, 2007)


Ejemplos con gestión de la tasa de bit


Ejemplo 11.- Múltiples ranuras

4 canales, 2 con una tasa de bit de 200 kbps y 2 con 100 kbps se combinan utilizando TDM con múltiples ranuras sin bits de sincronización. La multiplexación se realiza bit a bit. Calcule:a) El tamaño de la trama de salida en bits.b) La tasa de bit del enlace.


a) 6 bits.b) 600 kbps.

¿Qué pasa si hay disparidad en las tasas de bit de entrada? (Forouzan, 2007)

Ejemplo 12.- Inserción de bits

2 canales, uno con una tasa de bit de 190 kbps y otro con 180 kbps se combinan utilizando TDM por inserción de bits sin bits de sincronización. La multiplexación se realiza bit a bit. Calcule:a) El tamaño de la trama de

salida en bits.b) La tasa de bit del enlace.


a) 2 bits.b) 380 kbps.


TDM síncrona en telefonía móvil


(Forouzan, 2007)Se comparte en el tiempo el ancho de banda de un canal

Ejemplo 13.- Ancho de banda compartido

Un operador móvil utiliza 2 bandas de frecuencias.

La primera de 824 a 849 MHz la utiliza para el envío (teléfono → estación base). La segunda de 869 a 894 MHz para la recepción (estación base → teléfono). Cada 6 usuarios comparten una banda de 30 kHz en cada dirección. Calcule la cantidad de usuarios que pueden usar sus teléfonos móviles simultáneamente en la celda atendida por una estación base.


Se dispone de un ancho de banda de 25 MHz para cada dirección. Si se divide 25 MHz entre 30 KHz y se multiplica por 6, se obtiene alrededor de 5.000 usuarios.

No se han considerado los canales de control que pueden ser entre 40 y 100.

TDM EN TELEFONÍA MÓVIL

DescripciónLa generación 2G de telefonía móvil utiliza TDM síncrona. Para ello divide el ancho de banda disponible en bandas de 30 kHz.TDM se aplica de forma que 6 usuarios puedan compartir simultáneamente una banda de 30 kHz.

Significa, por tanto, que cada banda de 30 kHz está disponible para 6 ranuras de tiempo y las señales de voz digitalizadas de los usuarios se insertan en las ranuras.

Este método de acceso en el enlace se denomina TDMA.

PORTADORA E1

DescripciónEs una línea diseñada para transmitir señales digitales o señales telefónicas digitalizadas.Se forma multiplexando 32 canales o ranuras de tiempo de 64 Kbps, obteniendo una trama E1 de 2,048 Mbps. Cada ranura es una palabra o paquete PCM de 8 bits; una muestra de voz.En telefonía, un enlace E1 utiliza un canal para sincronización y uno para señalización.En transmisión de datos punto a punto, un enlace E1 utiliza los 32 canales para datos.

3.- PORTADORA E1 (Blake, 2004)


Línea digital que utiliza PCM y TDM (Forouzan, 2007)

Portadora E1 en telefonía

Trama E1 en telefonía

E1 se utiliza también como portadora analógica, conduciendo 30 conexiones telefónicas regulares.

Jerarquía digital plesiócrona PDH–E


Sistema portadora impulsado en Europa

PDH–EPDH–E

OrigenLa PDH–E, impulsada en Europa, se establece en 1980, a partir del sistema portadora PDH–T introducido por Bell System en EE.UU en los años 60.

Se utiliza en todo el mundo, excepto en EE.UU y Japón donde se utiliza PDH–T.

Descripción

Se basa en líneas dedicadas digitales. Envía tramas de mayor capacidad a partir de multiplexar tramas de nivel inferior llamadas tributarios: E1, E2, E3, E4. El canal básico de 64 kbps se llama a veces línea E0.Al agrupar tributarios, se agregan bits de sincronismo porque el reloj de las redes de donde vienen es independiente.

MultiplexaciónSe produce bit a bit, excepto para E0.

Plesiócrono, significa “casi síncrono” y se refiere a que los tributarios de PDH están casi, pero no completamente, sincronizados.

(Creative, 2009)

Sincronización de reloj en PDH–E


SINCRONIZACIÓN EN PDH–E

DescripciónCuando se multiplexan diferentes señales en una de nivel superior (por ejemplo 4 E1 en una E2), cada una con su propia señal de reloj, es preciso sincronizarlas en el multiplexor.La sincronización se efectúa agregando bits de justificación o de relleno, los cuales causan que las tasas no sean múltiplos enteros de la tasa básica (Excepto para E1). Sólo cuando las tasas de bit son iguales puede procederse a una multiplexación bit a bit como se define en PDH.

Sincronización en PDH

Sistema portadora impulsado en Europa


Aplicaciones de líneas digitales PDH–E


APLICACIONES DE LINEAS PDH

Utilizan conexiones full dúplex, originalmente mediante dos pares trenzados de cobre y actualmente también sobre coaxial, microondas o fibra óptica.

Línea Velocidad Canales de voz Interfaz

E1 2 Mbps 30 V.35.

E2 8 Mbps 120No se comercializa. Se usan enlaces E1 en paralelo.

E3 34 Mbps 480 HSSI (High Speed Serial Interfaz).

E4 140 Mbps 1920 No se comercializa.

INCONVENIENTES DE LINEAS PDH

Los bits de relleno utilizados para forzar el sincronismo impiden extraer directamente un canal de voz cuando se encuentra en una trama superior (E2, E3, E4). Se tiene que descomponer la trama, extraer el canal y volver a componerla. Esto requiere equipos muy costosos y complejos en las centrales.

No dispone de un buen sistema de gestión ni de redundancia.

PDH fue diseñada para señales eléctricas o microondas y no utiliza eficazmente la fibra óptica, por lo que como red de transporte entre nodos de una red telefónica o WAN ha sido sustituida por la red óptica SONET/SDH.

Líneas digitales que utiliza PCM y TDM (Creative, 2009)

PDH fue desarrollada para medios no ópticos. No aprovecha el ancho de banda disponible con la fibra óptica.

Ejemplos con líneas digitales PDH–E


Ejemplo 14.- Sobrecarga

Calcule la carga útil y la sobrecarga (número de bits extra por segundo) que llevan las líneas PDH–E utilizadas en telefonía.


E1: 1,92 Mbps + 128 kbps.E2: 7,68 Mbps + 768 kbps. E3: 30,72 Mbps + 3,648 Mbps.E4: 122,88 Mbps + 16,384 Mbps.

Ejemplo 15.- Portadora PDH–EUn Banco local ha solicitado a la empresa telefónica los servicios de líneas digitales PDH–E, para portar las 48 conexiones de teléfonos fijos que tiene conectados a su centralita. Determine:a) La cantidad de líneas de par

trenzado que le llegan para el servicio telefónico regular.

b) La cantidad y tipo de línea PDH–E requeridas.

c) La cantidad de líneas de par trenzado necesarias para el servicio digital.


a) 48 pares.b) 2 E1.c) 4 pares, 2 para cada conexión full dúplex.

Línea digital que utiliza PCM y TDM

E1 se utiliza también como portadora analógica, conduciendo 30 conexiones telefónicas regulares.


T1 se utiliza también como portadora analógica, conduciendo 24 conexiones telefónicas regulares.

(Blake, 2004)Línea digital que utiliza PCM y TDM (Forouzan, 2007)

PORTADORA T1

DescripciónEs una línea diseñada para transmitir señales digitales o señales telefónicas digitalizadas.Se forma multiplexando 24 canales o ranuras de tiempo de 64 Kbps, obteniendo una trama T1 de 1,544 Mbps. Cada ranura es una palabra o paquete PCM de 8 bits; una muestra de voz.

En telefonía, se añade un bit extra para sincronización al principio de la trama T1.La portadora T1 se utiliza principalmente en EE.UU y Japón.Los sistemas de portadora T1y E1 no son compatibles, aunque pueden interconectarse.

4.- PORTADORA T1

Portadora T1 en telefonía

Trama T1 en telefonía

Jerarquía digital plesiócrona PDH–T


(Forouzan, 2007)

PDH–T

Sistema portadora originado en EE.UU


MultiplexaciónSe produce bit a bit, excepto para E0.

PDH–T

OrigenLa PDH–T fue introducida por Bell System en EE.UU en los años 60 y se utiliza principalmente en EE.UU y Japón.

Descripción

Se basa en líneas dedicadas digitales. Envía tramas de mayor capacidad a partir de multiplexar tramas de nivel inferior llamadas tributarios: T1, T2, T3, T4. El canal básico de 64 kbps se llama a veces línea T0.Al agrupar tributarios, se agregan bits de sincronismo porque el reloj de las redes de donde vienen es independiente.

5.- TDM ASÍNCRONA


Se la conoce también como TDM estadística (Forouzan, 2007)

COMPARACIÓN ENTRE TDM

TDM síncrona TDM asíncrona

En TDM síncrona, cada entrada tiene una ranura reservada en la trama de salida.

En TDM asíncrona, Las ranuras se asignan dinámicamente .

Esto puede ser ineficiente si algunos canales de entrada no tienen datos que enviar.

Solo cuando un canal de entrada tiene datos que enviar obtiene una ranura en la trama de salida.

TDM asíncrona es utilizada por la tecnología de transporte ATM (Modo de transferencia Asíncrona) para multiplexar paquetes de datos que provienen de diferentes fuentes.

Ejemplo 16.- TDM asíncrona

En En la figura se muestra cómo se multiplexan las ranuras de 3 canales de entrada.

En el primer pulso de reloj, el canal 2 no tiene información que enviar, por lo que el multiplexor rellena la ranura con una celda del tercer canal.

TDM asíncrona

En TDM asíncrona, una ranura lleva la dirección de destino. No necesita sincronización.

Referencias bibliográficas


FIN

¿Cuáles son las referencias bibliográficas?

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASBlake, Roy (2004). Sistemas electrónicos de comunicaciones . México: Thomson.

Creative, C. (4 de 2009). http://guimi.net. Obtenido de http://guimi.net: http://guimi.net.Forouzan, B. A. (2007). Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Madrid: McGraw-Hill.

Frenzel (2003). Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Madrid: Alfaomega.

Edison Coimbra G.

Tema 4 de:TELECOMUNICACIONE

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Links de los documentos de la colección


Telecomunicaciones

LINKS DE LOS DOCUMENTOS0.Introducción. (En construcción)1.Generación de ondas de voltaje. (En construcción)2.Datos y señales analógicas y digitales3.PCM Digitalización de señal analógica4.TDM Multiplexación por división de tiempo

5.SONET/SDH Red óptica síncrona

6.AM y FM Modulación de amplitud y de frecuencia7.Modulación digital. (En construcción)8.Deterioro de la transmisión. (En construcción)

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/21datos-y-seales-analogicas-y-digitales

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/42-digitalizacion-pcm

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/42-digitalizacion-pcm

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/44-multiplexacion-tdm-7031366

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/95-jerarquia-digital-sincrona-sdh

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/95-jerarquia-digital-sincrona-sdh

http://www.slideshare.net/edisoncoimbra/6-am-y-fm-modulacin-de-amplitud-y-de-frecuencia

Documents

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