Multiplexación, parte 1

16 septiembre 2009 at 13:12 1 comentario

Volvemos con un poco de teoría sobre comunicaciones. Aprovechando que el curso ha comenzado, vayamos con algo que es bastante conocido por los ingenieros de telecos: la multiplexación.

Empecemos por lo más obvio: la definición. ¿Qué significa exactamente ‘multiplexar’? La multiplexación es una técnica empleada para la optimización de los recursos de las líneas de transmisión, consistente en transmitir varios canales por el mismo medio físico. Es decir, tenemos N canales que se transmiten a través de un enlace.

El proceso contrario, es decir, separar y obtener los N canales del enlace, es la demultiplexación.

Este tipo de transmisión no sólo optimiza los recursos, abaratando también los costes de transmisión y el uso de dichos recursos, sino que también evita que se produzcan colisiones entre los canales enviados. Aunque, por supuesto, todo esto no es perfecto, pero sigue siendo muy eficiente.

Tipos principales de multiplexación

Multiplexación por división de tiempo (Time Division Multiplexing, TDM). Ésta es una técnica de multiplexación eminentemente digitial (es raro ver TDM analógica) en la que dos o más señales se tranfieren por turnos. Es decir, que aunque en apariencia es como si se transmitieran simultáneamente en subcanales dentro del canal de comunicación, en la realidad cada señal/subcanal tiene un tiempo determinado para transmitirse, reservándose para cada señal unas ranuras de tiempo (slots). Así, la trama de TDM se divide en varios slots, cada uno para un subcanal. Es, además, un proceso cíclico: cada trama tiene una muestra de ese subcanal y al terminar una trama se comienza una nueva con la siguiente muestra de cada uno de los subcanales contenidos.

Multiplexación por división de frecuencia (Frequency Division Multiplexing, FDM). En esta técnica, la multiplexación de la señal consiste en asignar frecuencias no superpuestas para distintas señales o usuarios dentro de un medio. Es decir, cada subcanal o usuario transmite en una determinada frecuencia. Dentro de sus subtipos destaca la FDM ortongonal (OFDM), que se utiliza en modulación con varias portadoras, usando portadoras ortgonales próximas para llevar los datos, con cada portadora modula de forma adecuada a lo transportado.

Multiplexación por división de longitud de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM). Esta técnica se da sobre todo en fibra óptica. Consiste en multiplexar varias señales portadoras ópticas en una misma fibra usando las distintas longitudes de onda del láser que las lleva. Esto aumenta la capacidad y permite comunicación bidireccional en un hilo de fibra.

Multiplexación por división de código (Code Division Multiplexing, CDM). En esta técnica, cada canal transmite sus bits como una secuencia de pulsos codificada de forma única para ese canal. Esto se consigue transmitiendo una serie de pulsos cortos. Esto permite transmitir por una misma fibra varios canales con códigos diferentes. Aunque existe este tipo de multiplexación, es más conocida su variante de acceso múltiple (Code Division Multiple Access, CDMA).

Multiplexación por división de espacio (Space Divison Multiplexing, SDM). Para esta técnica se utilizan varios medios físicos, separados unos de otros (aislamiento, guías de onda, espacios) y contenidos en un medio mayor. En cada separación entre canales, se puede utilizar multiplexación de otros tipos. El problema se encuentra, sin embargo, en la posible aparición de diafonías, es decir que una señal (perturbadora) se mezcle con otra (perturbada).

TDM síncrona y asíncrona

Además de los tipos vistos, la multiplexación por división de tiempo se divide a su vez en dos tipos: síncrona y asíncrona.

En la TDM síncrona, las divisiones de tiempo se asigna de antemano. A cada canal se le da un slot que permanecerá abierto tanto si se transmite como si no. En este tipo de TDM, al funcionar el sistema con la misma cadencia, se favorece la extracción de información. Sin embargo, no existe un buen aprovechamiento del ancho de banda, debido a que las ranuras pueden quedar vacía durante largos períodos de tiempo. Es por ello, además, que son necesarios bits de tramado para evitar perder sincronía y bits de relleno (sin información) para mantener la velocidad del canal.

En la TDM asíncrona, la transmisión de datos se produce mediante la reserva dinámica del enlace en función de la demanda de los canales. Es decir, se van asignado espacios a medida que se necesiten, hasta llenar la trama; si no hay datos, las tramas van parcialmente libres. Existe una mejor optimización del ancho de banda, pero el hecho de que se solicite más espacio del necesario acaba provocando un aumento de la velocidad de entrada con respecto a la del enlace para dar cabida a más canales; esto hace necesario el uso de búfferes para almacenamiento, lo que incrementa el coste.

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