Multiplexación, parte 2

23 septiembre 2009 at 13:56 1 comentario

Seguimos (al fin) con la multiplexación. Esta vez vamos a adentrarnos en las jerarquías de multiplexación, cómo MUX se relaciona con el acceso múltiple y los usos de la multiplexación.

Jerarquías de multiplexación

Estas jerarquías fueron establecidas por la ITU para mejorar la eficiencia de la multiplexación en sistemas con gran capacidad.

Jerarquía FDM. Es un estándar diseñado para transmitir señales de bandas de voz sobre enlaces de transmisión de alta capacidad tales como coaxial o microondas. Cada canal modula a una portadora diferente y se colocan en el espectro de frecuencias.

Según el número de canales y el ancho de banda ocupado se puede dividir en:

  • Grupo: Formado por 12 canales, ocupa un ancho de banda de 48KHz.
  • Supergrupo: Formado por 60 canales (5 grupos), ocupa un ancho de banda de 240KHz.
  • Grupo maestro: Formado por 10 supergrupos, ocupa un ancho de banda de 2,4MHz.
  • Súper grupo maestro: Formado por 6 grupos maestros, ocupa un ancho de banda de 14,4 MHz.

Jerarquía plesiócrona digital. Este estándar no es totalmente síncrono (de ahí que se denomine plesiócrono), ya que emplea una técnica de agrupamiento conocida como multiplexación asíncrona. Los ciclos de las tramas de cada nivel sufren una ligeran asincronía debido a que se multiplexan varias señales plesiócronas en una con un nivel mayor usando inserción por pulsos, lo que da una señal de mayor velocidad que las sumas de las velocidades de las señales multiplexadas.

Jerarquía síncrona digital. Es totalmente síncrona y permite alcanzar mayores velocidades de transmisión. La sincronización se hace desde la cabecera de la trama: cuando se sincroniza la trama con el receptor, éste puede extraer la información simplemente contando los bytes hasta llegar a los que contienen la información a extraer.

Multiplexación y acceso múltiple

En telecomunicaciones y en redes de computadores, el método de acceso a canal o de acceso múltiple permite a muchos terminales conectarse a un mismo medio de transmisión multi-punto para transmitir por éste y compartir su capacidad. Algunos ejemplos son las redes sin cables (wireless), las redes bus, anillo y hub, y los enlaces punto a punto semi-dúplex.

La multiplexación se puede extender más precisamente con el uso de estas técnicas de acceso múltiple, precisamente porque el acceso múltiple permite a varios transmisores conectarse y compartir un mismo medio.

La capa física del modelo OSI se encarga de la multiplexación. El acceso múltiple se encarga de añadir un protocolo de control de acceso al medio (MAC), de lo que se encarga la capa de enlace en el modelo OSI (y también en el modelo TP/IP). El protocolo MAC se encarga del direccionamiento, de la asignación de canales MUX a los diferentes usuarios y a evitar las colisiones.

Usos de MUX y su historia

Telegrafía

El telégrafo eléctrico, desde sus comienzos, ha empleado la multiplexación para el envío de varios mensajes en ambos sentidos de la comunicación.

Desde sus primeros modelos ya permitía la transmisión de dos mensajes distintos en sentidos opuestos simultáneamente, primero usando una batería eléctrica en ambos extremos y luego sólo requiriéndola en uno de los extremos. Siguieron los avances, como el sistema TDM para varias máquinas de Hughes creado por Émile Baudot en la década de 1870 o el telégrafo cuádruplex de Thomas A. Edison, que permitía mandar cuatro mensajes a la vez (dos en un sentido, los otros dos en el opuesto).

***

Telefonía

Curiosamente, la investigación de telegrafía usando FDM en vez de TDM dio lugar a la invención del teléfono.

En telefonía, la línea de un teléfono llega hasta el concentrador que hay en la calle, donde se multiplexa la señal junto a la de otras líneas telefónicas del vecindario. Las señales multiplexadas son llevadas hasta la central telefónica de conmutación en menos cables y a mayores distancias. Más tarde, las señales son demultiplexadas al llegar a su destino, lo que hace que la comunicación sea más segura (de hecho, no se puede acceder a estas señales de otra forma que no sea ésta). Esto también se aplica para líneas de suscripción digitales o DSL, de las que se hablará en su momento.

Fibra en bucle (Fiber in the loop, FITL) es otro método de multiplexación telefónica, usando fibra óptica en este caso. No sólo sirve para conectar los teléfonos a la red telefónica, sino que además se convierte en sustituto del DSL al conectarse directamente a la Ethernet.

Todos estos conceptos también se aplican a la televisión por cable y a la televisión a través de Internet.

***

Procesamiento de vídeo

En la edición y procesamiento de vídeos, la multiplexación permite transmitir vídeo y audio en una misma ráfaga de transporte a intervalos determinados a través de TDM. En vídeo digital, puede incluirse además otro tipo de inforamción, como subtítulos.

***

Transmisión digital

En sistemas de transmisión digital de televisión y radio, se multiplexan ráfagas de datos con distintas tasas de bit a una ráfaga de transporte con una velocidad fija, usando multiplexación estadística. Eso permite transferir varios canales de vídeo y audio a la vez sobre el mismo canal de frecuencia, además de otros servicios.

En televisión digital, tenemos varios estándares, SDTV (televisión en definición estándar) y HDTV (televisión en alta definición). En muchos sistemas, la multiplexación da lugar a una ráfaga de transporte MPEG y los estándares DVB-S2 y DVB-T2 tienen capacidad para llevar varios canales de HDTV (incluso el DVB original puede llevar más de un canal HDTV usando compresión MPEG-4).

En comunicación vía satélite, por otra parte, se emplea canal múltiple por portadora (multiple channel per carrier, MCPC). Cuando la multiplexación no sea posible, se pasará a modo de canal simple.

***

Transmisión analógica

Para transmisión por FM y similares, se habla de multiplexación como el proceso para añadir suportadoras a la señal de audio antes de ser transmitida, que es cuando se da la modulación. Este tipo de multiplexación se conoce como MPX, que es también un viejo término para FM estereofónico, originado en los 60.

La última parte (que espero poner el viernes) será un vistazo a cómo se usa la multiplexación en la red telefónica, comentando la conmutación de circuitos y la familia DSL, entre otros.

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Pequeñas curiosidades Multiplexación, parte 3

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