domingo, 18 de octubre de 2009

Tipos de Modulacion


Modulación ADSL


Es una técnica de modulación para la transmisión de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. La primera diferencia entre esta técnica de modulación y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90) es que éstos últimos sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3.400 Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 Khz. hasta los 1.104 Khz., aproximadamente.Otra diferencia entre el ADSL y otros módems es que el ADSL puede coexistir en un mismo bucle de abonado con el servicio telefónico, cosa que no es posible con un módem convencional pues opera en banda vocal, la misma que la telefonía.Al tratarse de una modulación en la que se transmiten diferentes caudales en los sentidos Usuario -> Red y Red -> Usuario, el módem ADSL situado en el extremo del usuario es distinto del ubicado al otro lado del bucle, en la central local. En la Figura 7: Enlace ADSL se muestra un enlace ADSL entre un usuario y la central local de la que depende. En dicha figura se observa que además de los módemes situados en casa del usuario (ATU-R) y en la central (ATU-C) delante de cada uno de ellos se ha de colocar un dispositivo denominado "splitter". Este dispositivo no es más que un conjunto de dos filtros: uno paso alto y otro paso bajo. La finalidad de estos filtros es la de separar las señales transmitidas por el bucle de modo que las señales de baja frecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia (ADSL).



En una primera etapa coexistieron dos técnicas de modulación para el ADSL: CAP y DMT. Finalmente los organismos de estandarización (ANSI, ETSI e ITU) se han decantado por la solución DMT. Básicamente consiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que se van a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación de la relación Señal/Ruido se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida. La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia estriba en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. La modulación parece y realmente es bastante complicada, pero el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT en el modulador, y en una FFT en el demodulador situado al otro lado del bucle. Estas operaciones se pueden efectuar fácilmente si el núcleo del módem se desarrolla sobre un DSP.



Como se puede comprobar, la modulación DMT empleada parece y realmente es bastante complicada, pero el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT en el modulador, y en una FFT en el demodulador situado al otro lado del bucle. Estas operaciones se pueden efectuar fácilmente si el núcleo del módem se desarrolla sobre un DSP.




  • El modulador del ATU-C, hace una IFFT de 512 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido descendente.



  • El modulador del ATU-R, hace una IFFT de 64 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido ascendente.



  • El demodulador del ATU-C, hace una FFT de 64 muestras tomadas de la señal "upstream" que recibe.



  • El demodulador del ATU-R, hace una FFT, sobre 512 muestras de la señal ascendente recibida.


En las dos figuras anteriores se han presentado las dos modalidades dentro del ADSL con modulación DMT: FDM y cancelación de ecos. En la primera, los espectros de las señales ascendente y descendente no se solapan, lo que simplifica el diseño de los módems, aunque reduce la capacidad de transmisión en sentido descendente, no tanto por el menor número de subportadoras disponibles como por el hecho de que las de menor frecuencia, aquéllas para las que la atenuación del par de cobre es menor, no están disponibles. La segunda modalidad, basada en un cancelador de ecos para la separación de las señales correspondientes a los dos sentidos de transmisión, permite mayores caudales a costa de una mayor complejidad en el diseño.En la Figura 9: Modulación ADSL DMT con FDM y en la Figura 10: Modulación ADSL DMT con cancelación de ecos se muestran los espectros de las señales transmitidas por los módems ADSL tanto en sentido ascendente como descendente. Como se puede ver, los espectros nunca se solapan con la banda reservada para el servicio telefónico básico (POTS) y en cambio sí que se solapan con los correspondientes al acceso básico RDSI. Por ello el ADSL y el acceso básico RDSI son incompatibles.En un par de cobre la atenuación por unidad de longitud aumenta a medida que se incrementa la frecuencia de las señales transmitidas. Y cuanto mayor es la longitud del bucle, tanto mayor es la atenuación total que sufren las señales transmitidas. Ambas cosas explican que el caudal máximo que se puede conseguir mediante los módems ADSL varíe en función de la longitud del bucle de abonado. En la Figura 11:Caudal máximo (Kbps) de los módems ADSL en función de la longitud del bucle de abonado, se representa la curva del caudal máximo en Kbps, tanto en sentido ascendente como descendente, que se puede conseguir sobre un bucle de abonado con un calibre de 0,405 mm., sin ramas multipladas. En la figura se representan las curvas con y sin ruido. La presencia de ruido externo provoca la reducción de la relación Señal/Ruido con la que trabaja cada una de las subportadoras, y esa disminución se traduce en una reducción del caudal de datos que modula a cada subportadora, lo que a su vez implica una reducción del caudal total que se puede transmitir a través del enlace entre el ATU-R y el ATU-C.Hasta una distancia de 2,6 Km de la central, en presencia de ruido (caso peor), se obtiene un caudal de 2 Mbps en sentido descendente y 0,9 Mbps en sentido ascendente. Esto supone que en la práctica, teniendo en cuenta la longitud media del bucle de abonado en las zonas urbanas, la mayor parte de los usuarios están en condiciones de recibir por medio del ADSL un caudal superior a los 2 Mbps. Este caudal es suficiente para muchos servicios de banda ancha, y desde luego puede satisfacer las necesidades de cualquier internauta, teletrabajador así como de muchas empresas pequeñas y medianas.


Caudal máximo (Kbps) de los módems ADSL en función de la longitud del bucle de abonado ver: http://www.xbox.com/NR/rdonlyres/645143BD-5D3A-45E7-A1AB-47D11CF8DDEE/0/ilmliveroutercolor001.jpg

Modulación PLC

Canal de Transmisión


La red de suministro eléctrico no ha sido concebida para el transporte de señales de alta frecuencia (HF, por sus siglas en inglés). Por lo tanto, se deben considerar las limitaciones de este medio para garantizar la buena transmisión de señales de alta frecuencia sin perturbar los dispositivos próximos y las frecuencias de la banda de radio de 1 a 30 MHz. Algunas frecuencias de esta banda se reservan para el ejército o para los radioaficionados. Se debe de tener en cuenta toda esta información para poder proporcionar suficiente ancho de banda al usuario final.


Se trata de limitar la potencia de funcionamiento necesaria para transmitir los datos al tiempo que se garantiza el suficiente ancho de banda y se limitan los efectos del ruido y la distorsión en la línea. La solución: combinar una señal con las mejores prestaciones posibles y un acoplamiento óptimo de la red PLC a la red de suministro eléctrico.


Existen dos métodos de acoplamiento: acoplamiento capacitativo en paralelo a la red eléctrica o acoplamiento inductivo mediante el uso de un núcleo magnético. Para instalaciones de interiores, el acoplamiento capacitativo es el predeterminado cuando se conecta el equipo PLC al enchufe eléctrico. El problema surge únicamente en las instalaciones de exteriores ya que son mucho más difíciles de instalar.


Técnicas de modulación de datos


El principal desafío de las PLC es "conseguir" un ancho de banda con un bajo nivel de emisión, donde la energía eléctrica de transmisión se limite en la línea eléctrica, o un tratamiento de la señal con las mejores prestaciones posibles para superar esta restricción en los niveles de emisión.

En las soluciones actuales se usan dos tipos de modulación: OFDM (Orthogonal Frequency división Multiplexing, en español Multiplexación de división de frecuencia ortogonal) y Spread Spectrum (o modulación de espectro expandido).


OFDM: Orthogonal Frequency división Multiplexing (Multiplexación de división de frecuencia ortogonal)




La técnica de transmisión OFDM



Se basa en una transmisión simultánea en n bandas de frecuencia (entre 2 y 30 MHz) con N cantidad de portadoras por banda. La señal se comparte entre las portadoras. Las frecuencias de trabajo se eligen de acuerdo con las normas de regulación; las otras se "apagan" con el uso de software. La señal se emite a un nivel de ancho de banda suficientemente alto para poder aumentar el flujo y luego se aplica a varias frecuencias de forma simultánea. Si una de estas frecuencias es atenuada, la señal se transmitirá en todo caso gracias a la transmisión simultánea. El espectro de la señal OFDM presenta un uso óptimo de la banda asignada debido a la ortogonalidad de las subportadoras.


Importante: El comité de Homeplug eligió esta modulación OFMD para todos los equipos del estándar Homeplug. Esta modulación también se usa para transmisiones WiFi (802.11a) inalámbricas


SS: Modulación Spread Spectrum (Espectro expandido)


El principio que subyace a la modulación del espectro expandido consiste en "expandir" información por una banda de frecuencia mucho más ancha que la banda necesaria, con el propósito de contrarrestar la señales de interferencia y las distorsiones relacionadas con la propagación: la señal se confunde con el ruido. La señal se codifica separadamente y se asigna un código a cada usuario. Este código se decodifica luego cuando llega a su destino. La expansión se garantiza aplicando señales pseudo-aleatorias que se denominan código expansor. La recepción de esta señal se ve como un ruido si el receptor no conoce el código. Debido a que la señal se transmite a un nivel más bajo que el ruido, el ancho de banda es bajo. De esta manera, la modulación de espectro expandido se optimiza para contrarrestar el ruido, reduciendo los efectos producidos por éste.



La modulación CDMA Code división múltiple Access (Acceso múltiple por división de código) es un tipo de modulación de espectro expandido que se usa en algunas soluciones PLC.


Cuando se describen las distintas soluciones existentes, se observa que las soluciones que utilizan una modulación de espectro expandido tienden a ser aplicaciones con un ancho de banda estrecho, mientras que sólo aquellas soluciones que utilizan OFDM presentan un incremento en el ancho de banda.

Conexión de datos


Todas las soluciones PLC deben incluir una capa física robusta y un eficiente protocolo de acceso a la capa de red. Este protocolo controla la división de los medios de transmisión entre muchos clientes, en tanto que la capa física especifica la modulación, la codificación y el formato de los paquetes.


El método de acceso utilizado por las máquinas PLC es CSMA/CA (Carrier Sense múltiple Access with Collision Avoidance), que es el mismo método que se usa en las redes Wifi inalámbricas.


Modulación LMDS

El Sistema de Distribución Local Multipunto (LMDS) es un sistema de comunicación punto – multipunto inalámbrico para transmisión sobre banda ancha, permite transmitir servicios de voz, datos, Internet y video en las frecuencias de los 25-GHz en adelante – Ver Figura 1.



El acrónimo LMDS es derivado de:

L (local)— denota que las características de propagación de las señales en este rango de frecuencias delimita el área potencial de cobertura de una sola celda; El rango de un transmisor LMDS es aproximadamente 5 millas, según pruebas realizadas en áreas metropolitanas.
M (multipunto)— indica que las señales son transmitidas según un método punto-multipunto; el enlace inalámbrico entre el suscriptor y la estación es una transmisión punto a punto.
D (distribución)— se refiere a la distribución de las señales, las cuales pueden ser trafico simultaneo de voz, datos, Internet y video.
S (servicio) —indica la naturaleza del suscriptor en la relación entre operador y consumidor; los servicios ofrecidos en una red LMDS dependen completamente del tipo de negocio del operador.

- Bandas de operación


Como resultado de las caracteristicas de propagación de las señales en este rango de frecuencias, los Sistemas LMDS utilizan arquitectura de red basada en celdas, por lo cual los servicios proveídos son fijos y no móviles. En los Estados Unidos, un ancho de banda de 1.3 MHz (27.5 B 28.35 GHz, 29.1 B 29.25 GHz, 31.075 B 31.225 GHz, 31 B 31.075 GHz, y 31.225 B 31.3 GHz) ha sido reservado para transmitir servicios de banda ancha punto a punto o punto – multipunto basado en LMDS, tanto para consumidores comerciales como residenciales.

Frecuencias desde 18 hasta 42 GHz.

Venezuela
24, 25, 26, 28 y 29 GHz.
EEUU
24, 28 y 31 GHz.
Canada
26 – 28 GHz.
Europa
28 y 42 GHz.

Bandas adjudicadas a Génesis:

24.250 – 24.550 GHz
25.050 – 25.350 GHz



-
Topología de red

En el diseño de sistemas LMDS son posibles varias arquitecturas de red distintas. La mayoría de los operadores de sistemas utilizaron diseños de acceso inalámbrico punto – multipunto, a pesar de que se pueden proveer sistemas punto-a-punto y sistemas de distribución de TV con el sistema LMDS. Es de esperarse que los servicios del sistema LMDS sean una combinación de voz, datos y video. La arquitectura de red LMDS consiste principalmente de cuatro partes: centro de operaciones de la red (NOC), infraestructura de fibra óptica, estación base y equipo del cliente (CPE).


El Centro de Operaciones de la Red (Network Operación Center – NOC) contiene el equipo del Sistema de Administración de la Red (Network Management System - NMS) que esta encargado de administrar amplias regiones de la red del consumidor. Se pueden interconectar varios NOCs. La infraestructura basada en fibra óptica, típicamente consiste de Redes Ópticas Soncronas (SONET), señales ópticas OC-12, OC-3 y enlaces DS-3, equipos de oficina central (CO), sistemas de conmutación ATM e IP, y conexiones con la Internet y la Red Telefónica Publica (PSTNs).


En la estación base es donde se realiza la conversión de la infraestructura de fibra a la infraestructura inalámbrica. Los equipos que permiten la conversión incluyen la interfaz de red para la terminación de la fibra, funciones de modulación y desmodulación, equipos de transmisión y recepción de microondas ubicados típicamente en techos o postes. Entre sus características se encuentra la conmutación local que puede no estar presente en diferentes diseños. Si la conmutación local se encuentra presente, los consumidores conectados a la estación base pueden comunicarse entre si sin tener que entrar en la infraestructura de fibra óptica. De esta manera, la administración del canal de acceso, registro y autenticación ocurren localmente en la estación base.


La arquitectura estación-base alternativa simplemente provee enlace a la infraestructura de fibra óptica. Todo el tráfico dentro de la infraestructura de fibra debe terminar en switches ATM o equipos de oficina central. Bajo este escenario, si dos consumidores conectados a una misma estación base desean comunicarse entre ellos, la comunicación se lleva a cabo en una zona centralizada. Las funciones de autenticación, registro y administración de tráfico se realizan centralizadamente.


Las configuraciones del equipo especial del cliente varían entre vendedor y vendedor y dependen de las necesidades del cliente. Principalmente, toda configuración incluye equipo microondas externo y equipo digital interno capaz de proveer modulación, desmodulación, control y funcionalidad de la interfaz del equipo especial del cliente. El equipo del cliente puede añadirse a la red utilizando meollos de división de tiempo (time-división múltiple Access - TDMA), división de frecuencia (frequency-división múltiple Access - FDMA) o división de código (code-división múltiple Access – CDMA). Las interfaces de los equipos del cliente cubrirán el rango de señales digitales desde nivel 0 (DS-0), servicio telefónico (POTS), 10BaseT, DS-1 no estructurado, DS-1 estructurado, frame relay, ATM25, ATM serial sobre T1, DS-3, OC-3 y OC-1. Las necesidades de los clientes pueden variar entre grandes empresas (por ejemplo, edificios de oficinas, hospitales, universidades), en las cuales el equipo microondas es compartido por muchos usuarios, a tiendas en centros comerciales y residencias, en las que serán conectadas oficinas utilizando 10BaseT y/o dos líneas telefónicas (POTS). Obviamente diferentes requerimientos del cliente necesitaron diferentes configuraciones de equipo y distintos costos.

- Aspectos técnicos

Diseño de las celdas

Durante la planificación de celdas para una red LMDS, hay que tomar en cuenta los siguientes atributos:
Penetración de suscriptores – El desempeño del sistema de distribución se mide con la penetración de los suscriptores, el cual es el porcentaje de suscriptores que poseen suficiente nivel de señal para lograr una excelente calidad de servicio.
Calidad de Servicio (quality of service – QoS) – La calidad del servicio se encuentra afectada por varios factores como por ejemplo: la obstrucción del camino de transmisión, el solapamiento de celdas (15% es normal) y redundancia del sistema.


Presupuesto de Enlace – El presupuesto del enlace es utilizado par estimar la máxima distancia a la que un suscriptor puede estar localizado de una celda teniendo aun aceptables niveles de confiabilidad del servicio. El presupuesto contabiliza todas las perdidas y ganancias del sistema a trabes de varios tipos de equipos. El presupuesto del enlace analiza varios parámetros de la red, incluyendo radios portadora-a-ruido.


Selección del tamaño de la celda – El tamaño máximo de celda para servir un área esta relacionado al nivel de confiabilidad deseado obtenido a partir del presupuesto del enlace. El tamaño de la celda puede variar dentro del área de cobertura debido al tipo de la antena, su altura y pérdida de señal. Los anteriores efectos guardan relación con el tipo de área de cobertura por ejemplo urbano, suburbano o cobertura de baja densidad. La selección del tamaño de la celda afecta el costo capital total para la cobertura del área requerida.
Modelo capital-costo – El modelo capital-costo es utilizado para estimar los requerimientos de capital de la red. El modelo encierra consideraciones de diseño tales como presupuesto de enlace, tamaño de celda, solapamiento de celdas, numero de celdas, capacidad de trafico, numero de sectores, costo por cada celda, y costo capital total.

Optimización de reuso de frecuencia.

Las siguientes técnicas son utilizadas para optimizar el reuso de frecuencia en redes LMDS:
Minimización de múltiples caminos y cruce de dolarización utilizando antenas altamente direccionales y posesionándolas a grandes alturas.


Maximización de la direccionalidad de las antenas de las celdas a través de la sectorización del sistema de distribución; el equipo microondas de la celda es generalmente configurado con múltiples sectores, antenas, transmisores y receptores. Una configuración típica es una celda con cuatro sectores utilizando antenas de 90 grados de amplitud de rayo para proveer servicios al conjunto de suscriptores. Cada una de estas antenas sectorizadas (transmisores y receptores) puede soportar el ancho de banda total del espectro reservado.
Maximización del aislamiento entre sectores adyacentes a través de dolarización; dolarización horizontal (H) y vertical (V) puede ser empleada a lo largo del sistema según un patrón alternado entre los sectores como muestra la figura 4. La dolarización horizontal y vertical es reutilizada a lo largo del sistema.


- Ventajas y desventajas

Ventajas

COSTO:

– Bajos costos de introducción y desarrollo
– Infraestructura escalable basada en la demanda, cobertura y concentración de edificios.
– Bajos costos de mantenimiento, manejo y operación del sistema.

VELOCIDAD:

– Crecimiento más rápido y fácil.
– Tiempo de retorno más rápido gracias a la rápida respuesta a las oportunidades de mercado.
– Habilidad para manejar múltiples puntos de acceso de alta capacidad, con tiempos de instalación reducidos sin la preocupación de obtener los derechos de instalar cableados externos.

CAPACIDAD:

– Velocidades de acceso de hasta 8 Mbps
– Predistribución del ancho de banda entre clientes a tiempo real
– Plataforma multi- servicios

– Alta confiabilidad
– Simetría o asimetría

Desventajas

– Necesidad de línea de vista
– Alcance limitado
– Tecnología nueva

- Aplicaciones

TV multicanal por subscripción
Interconectividad de redes LAN
Videoconferencia (IP o ISDN)
Frame Relay
Circuitos de Data dedicados (E1/T1, nX64)
ASP
ISP
Telefonia fija convencional (POTS)

- Comparación con otras tecnologías


Tamaño del archivo
Dial-up 48 Kbps
ADSL 256 Kbps
LMDS 8 Mbps
2 Megabytes
7 mins.
1.3 mins.
3 seg.
10
35 mins.
6.5 mins.
13 seg.
140
8.1 horas
1.5 horas
3 mins.

- Red de Génesis


Figura 7. Red Génesis. Área Metropolitana.

Modulación WIMAX

La tecnología WiMAX resolvió y mitigó los problemas resultantes de condiciones de NLOS usando:
- OFDM
- Antenas direccionales (inteligentes)
- Multiplexación espacial
- Diversidad de transmisión y recepción
- Modulación adaptativa
- Técnicas de corrección de errores
- Control de potencia


Primero el OFDM ofrece buena resistencia a multitrayectos y permite que WiMAX opere en condiciones NLOS; tal que previene las interferencias por medio de la ortogonalización.

Las Antenas direccionales (inteligentes) permiten la utilización de técnicas con múltiples antenas tanto en el trasmisor como en el receptor. Estos esquemas pueden ser usados para mejorar la capacidad del sistema en su conjunto y la eficiencia espectral.
Las técnicas usadas son:
- Beamforming: El sistema usa múltiples antenas para transmitir señales de mayor potencia, mejorando la capacidad, cobertura y reduciendo la probabilidad de pérdida de la señal.
- Codificación Space Time: proporciona diversidad espacial y reduce el margen de desvanecimiento.

Luego, la Multiplexación espacial se implementa para tomar ventaja de las altas tasas de transmisión y throughput. Con SM, múltiples datos se transmiten a través de múltiples antenas. Si el receptor también tiene múltiples antenas, puede separar los datos para lograr mayor throughput comparada con sistemas de una antena.

Principales Características

Podemos identificar 4 características avanzadas:

v Soporte para escalabilidad de tasa de datos y ancho de banda:

Escalabilidad es la propiedad deseable de un sistema, que indica su habilidad para, o bien manejar el crecimiento continuo de trabajo de manera fluida, o bien para estar preparado para hacerse más grande sin perder calidad en los servicios ofrecidos. De esta manera, permite escalabilidad a partir del ancho de banda de canal disponible. Este escalamiento se efectúa dinámicamente para soportar Roaming a través de diferentes redes que poseen diferentes asignaciones de ancho de banda.


v Asignación flexible y dinámica de recursos por usuarios:

La asignación de recursos de uplink y downlink es controlada por un scheduler en la estación base. Los recursos pueden ser asignados en el dominio espacial cuando se utiliza Advance Antenna Systems (AAS). El estándar permite que los recursos de ancho de banda sean asignados en tiempo, frecuencia y espacio, siendo un mecanismo flexible para trasmitir la información de asignación de recursos sobre una base frame-by-frame.


v Soporte para movilidad:

Tiene un mecanismo para soportar secure seamless (continuas) handovers para aplicaciones móviles tolerables a retardo como VoIP. El sistema también tiene mecanismo de soporte que extiende el tiempo de batería de dispositivos portátiles


v Arquitectura basada en IP:

Todos los servicios end-to-end son entregados sobre una arquitectura IP dependientes de protocolos IP para transporte, QoS, administración de sesión, seguridad y movilidad. La dependencia de IP permite disminuir los costos del procesamiento IP, facilitando una fácil convergencia con otras redes y explotando el amplio espectro de aplicaciones desarrolladas que existen para IP.

1. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Para la capa física de WiMAX se emplea la técnica de modulación OFDM. La Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales, también llamada modulación por multitono discreto, en inglés Discrete Multitone Modulation (DMT), es una modulación que consiste en enviar un conjunto de portadoras de diferentes frecuencias donde cada una transporta información la cual es modulanda en QAM o en PSK.


Normalmente se realiza la modulación OFDM tras pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión, entonces esta modulación se denomina COFDM, del inglés Coded OFDM. Debido al problema técnico que supone la generación y la detección en tiempo continuo de los cientos, o incluso miles, de portadoras equiespaciadas que forman una modulación OFDM, los procesos de modulación y demodulación se realizan en tiempo discreto mediante la IDFT y la DFT respectivamente.

2. OFDMA (Orthogonal Frecuency Division Multiple Access)

OFDMA es una versión multiusuario de la conocida multiplexación por división de frecuencias ortogonales. Se utiliza para conseguir que un conjunto de usuarios de un sistema de telecomunicaciones puedan compartir el espectro de un cierto canal para aplicaciones de baja velocidad. El acceso múltiple se consigue dividiendo el canal en un conjunto de subportadoras que se reparten en grupos en función de la necesidad de cada uno de los usuarios.


Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que éste necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace rápidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los desvanecimientos rápidos, proporcionando una mayor eficiencia espectral que OFDM.



3. Trama

La trama de un símbolo WiMAX está dada por:

- La mínima unidad en tiempo-frecuencia que asignada por la capa MAC se denomina slot.

- Una serie de slots asignados a un usuario en particular se denomina data región.

- El tamaño del slot depende del modo de permutación de las subportadoras:

o FUSC: 48 subportadoras en un símbolo
o DL PUSC: 24 subportadoras en 2 símbolos
o UL PUSC: 16 subportadoras en 3 símbolos
o Band AMC: 8,16 o 24 subportadoras en 6,3 o 2 símbolos



Capa MAC


Las principales funciones de la capa MAC son:

v Seleccionar el perfil apropiado de modulación y codificación que se utilizará: mediante la técnica de OFDMA se puede asignar un perfil para cada usuario logrando mejores respuestas de SNR. No existen algoritmos definidos en el estándar WiMAX. Se deja a los diseñadores implementar sus propios algoritmos. La idea es desarrollar algoritmos para determinar que recursos asignar y como determinar los niveles de potencia adecuados para cada usuario en cada subcanal


v Proveer control de QoS y prioridad de tráfico: Las estaciones bases son las encargadas de proveer el control, y principalmente se establecen 5 conexiones distintas mostradas en la tabla.


Tabla 2.
Capa MAC

Retransmisión de paquetes: Para conexiones que requieren elevada confiabilidad soporta peticiones automáticas de retransmisión (ARQ). La habilitación de conexiones ARQ requiere que por cada paquete transmitido se envíe un ack por parte del receptor; si un ack no es recibido este paquete se asumirá como perdido y se retransmitirá. Opcionalmente soporta hybrid-ARQ, el cual es un efectivo híbrido entre FEC y ARQ.


v Proveer seguridad: Las aspectos de seguridad son las mas altas usando Advanced Encription Standard (AES) y tiene un protocolo de privacidad robusta y administración de llaves. El sistema también ofrece una arquitectura de autenticación muy flexible basada en Extensible Authentication Protocol (EAP), el cual permite para una variedad de usuarios credenciales incluyendo username/pasword y certificado digital.


Modulación WIFI

GMSK es un esquema de modulación no lineal de fase continua que se basa en el filtrado de la modulación MSK por medio de un filtro gaussiano para evitar los cambios abruptos de la fase que se presenta en la modulación MSK. El filtrado convierte cada dato modulante que ocupa en bandabase un periodo de tiempo (T), en una respuesta en la que cada símbolo ocupa varios períodos, dependiendo del BT (producto ancho de banda – tiempo) del filtro. Sin embargo, dado que esta conformación de pulsos no cambia el modelo de la trayectoria de la fase GMSK se puede detectar coherentemente como una señal MSK, o no coherentemente como una señal FSK.

En la práctica, GMSK es muy atractiva por su excelente eficiencia espectral de potencia. El filtro de premodulación introduce ISI (interferencia intersímbolos) en la señal transmitida, pero esta degradación no es grave si el parámetro BT del filtro es mayor a 0,3 porque en la medida en que se extienda el bit a varios periodos se tiene una mayor probabilidad de error al poder detectar el dato en la recepción.



La señal final GMSK se puede representar a través de una expresión matemática. Esta función está expresada en (1):
donde Eb es la energía de señal por bit y Zo es una constante de fase aleatoria que puede ser asumida como cero (Zo = 0).
La fase de la señal modulada está dada por (2):
donde mi es la señal de datos NRZ (Non Return Zero), la cual tiene como valores 1 y -1. El índice de modulación h=0.5 resulta en el máximo cambio de fase de π/2 radianes por cada intervalo de datos.


Esta red debe mantener una relación de 90 grados entre las señales I y Q para todas las frecuencias en la banda de interés. Las dos funciones resultantes I(t) y Q(t) son pasadas a través del modulador I/Q, el cual lleva a la salida la señal m(t) que es escrita como (3)
donde fc es la frecuencia de portadora usada.



Una de las dificultades que presenta esta modulación es la complejidad de realizar tal esquema de modulación. El filtro gaussiano se implementa en un circuito digital donde se programa la función de transferencia de este. Además, realizar y sincronizar un esquema en cuadratura no es tarea fácil.



Actualmente la modulación GMSK es usada en técnicas de transmisión de datos como GPRS (General Packet Radio Service), que es un subsistema introducido en las normas de los protocolos GSM. GPRS ha introducido la conmutación de paquetes de datos dentro de las redes GSM y se destaca que GSM usa un BT de 0,3.



La técnica de modulación DBPSK es una forma alterna de modulación digital donde la información de la entrada está contenida en la diferencia de las fases de dos elementos sucesivos de señalización y no en la fase absoluta. En cambio de esto se puede utilizar una técnica parcialmente coherente. También es importante que uno de los dos elementos de señalización recibido se retarda un intervalo de tiempo (demora de 1 bit), y que la diferencia de fase de los dos elementos determina la condición lógica de los datos.



La salida en tiempo de la señal DBPSK es igual a la de la modulación BPSK (Binary Phase Minimum Shift Keying), con la diferencia de que la entrada de los datos es diferencial. La expresión es la siguiente (4):
Para realizar una transmisión DBPSK se debe tener en cuenta el tipo de código de línea que se utilice debido a la diferencia del diseño del circuito. Para este tipo de modulación se utiliza el código NRZ y Manchester diferencial.

Un bit de información que llega a la entrada del sistema de modulación se opera XNOR con el bit anterior, antes de entrar al modulador balanceado. Para el primer bit de datos no hay otro bit con el cual comparar y, en consecuencia, se supone un bit inicial de referencia.
Para diseñar un receptor DBPSK, se hace a través de un detector de producto. Este hace las veces de mezclador, con la diferencia de que a la entrada contiene un filtro pasabandas y el circuito regenerador de la señal.



El detector de producto hace que la señal DBPSK de entrada tome valores positivos si se encuentran en fase, y negativos si presentan desfases.



Realizar un esquema DBPSK es más simple que hacer un esquema GMSK, porque para la transmisión de DBPSK requiere de un sistema fácil de implementar, en comparación con el filtro gaussiano y el modulador en cuadratura. Además, en la recepción los elementos usados en DBPSK corresponden a un demodulador BPSK con la mejora del detector de producto; en cambio, el receptor GMSK usa un circuito complejo de implementar para poder detectar las señales de fase y cuadratura, y también poder compensar la ISI introducida por el modulador en la transmisión.



Como aplicación principal de la modulación DBPSK se tiene que es ampliamente utilizada en Wi-Fi (Wireless Fidelity). Wi-Fi es la tecnología utilizada en una red o conexión inalámbrica para la comunicación de datos entre equipos situados dentro de una misma área (interior o exterior) de cobertura. Conceptualmente, no existe ninguna diferencia entre una red con cables (cable coaxial, fibra óptica, etc.) y una inalámbrica. La diferencia está en que las redes inalámbricas transmiten y reciben datos a través de ondas electro-magnéticas, lo que supone la eliminación del uso de cables y, por tanto, una total flexibilidad en las comunicaciones.


Técnicas de Modulación usadas en WiFi
DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)

Cada bit se encuentra contenido en el cambio de fase entre dos ciclos completos de señal.con esta se obtienen velocidades de hasta 1 Mbps en 802.11b/g
DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying)

En cada baudio de señal se puede transmitir dos bits con lo que se obtienen hasta 2 Mbps en 802.11b-g.
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)


Según el número de símbolos existentes combinando las distintas amplitudes posibles de las dos señales que se transmiten, la modulación es denominada 4QAM, 16QAM, 64QAM, 256QAM.
CCK (Complementary Code Keying)

Consiste en un conjunto de 64 palabras código de 8 bitsCCK utiliza una serie de códigos llamados Secuencias Complementarias, porque hay 64 palabras de código únicas que se pueden utilizar para codificar la señal, hasta 6 bits se pueden representar por una palabra de código particularse utiliza en los estandares 802.11b-gpermite velocidades de 5,5 / 11 Mbps PBCC (codificación convolucional binaria de paquetes)
PBCC (Packet Binary Convolutional Code)protocolo desarrollado por Texas Instruments (TI) Soporta hasta 22Mbs es conocido en muchos textos como IEEE 802.11b+, ademas es corpatido por D-Link y NDC entre algunos otros fabricantes de equipos.Tiene como desventaja que no es compatible entre diferentes pabricantes, asi que rara vez se utiliza
FSK (Frequency-shift keying)

La señal modulante desplaza la frecuencia de la onda portadora entre valores discretos predeterminados.Generalmente la frecuencia instantánea se desplaza entre dos valores discretos denominados frecuencia marca y frecuencia espacio. Este es el método no coherente de FSK.Existe también el método coherente de FSK en el cual no hay discontinuidades de fase en la onda portadora.
Internet



Esquema con las tecnologías relacionadas al internet actual
Internet incluye aproximadamente 5000 redes en todo el mundo y más de 100 protocolos distintos basados en TCP/IP, que se configura como el protocolo de la red. Los servicios disponibles en la red mundial de PC, han avanzado mucho gracias a las nuevas tecnologías de transmisión de alta velocidad, como DSL y Wireless, se ha logrado unir a las personas con videoconferencia, ver imágenes por satélite (ver tu casa desde el cielo), observar el mundo por webcams, hacer llamadas telefónicas gratuitas, o disfrutar de un juego multijugador en 3D, un buen libro PDF, o álbumes y películas para descargar.
El método de acceso a Internet vigente hace algunos años, la telefonía básica, ha venido siendo sustituida gradualmente por conexiones más veloces y estables, entre ellas el ADSL, Cable Módems, o el RDSI. También han aparecido formas de acceso a través de la red eléctrica, e incluso por satélite (generalmente, sólo para descarga, aunque existe la posibilidad de doble vía, utilizando el protócolo DVB-RS).
Internet también está disponible en muchos lugares públicos tales como bibliotecas, hoteles o cibercafés y hasta en shoppings. Una nueva forma de acceder sin necesidad de un puesto fijo son las redes inalámbricas, hoy presentes en aeropuertos, subterráneos, universidades o poblaciones enteras.

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