Unidad 8

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Unidad 8: Modulación y Multiplicación de señales
La transmisión analógica y digital
En las redes de ordenadores, los datos a intercambiar siempre están disponibles en forma de datos
digitales. No obstante, para su transmisión podemos optar por la utilización de señales digitales o
analógicas. La elección no será, casi nunca, una decisión del usuario, sino que vendrá determinada por el
medio de transmisión a emplear.
No todos los medios de transmisión permiten señales analógicas ni todos permiten señales digitales.
Como la naturaleza de nuestros datos será siempre digital, es necesario un proceso previo que adecue
estos datos a la señal a transmitir.
Hay dos formas de Transmisión:
1. Información digital y transmisión de señal digital
➢ Para obtener la secuencia que compone la señal digital a partir de los datos digitales se efectúa un
proceso denominado codificación.
➢ Existen multitud de métodos de codificación.
➢ Se conocen como Transmisión Banda Base, Codificación de Línea o Transmisión Banda Angosta
2. Información digital y transmisión de señal analógica
➢ Al proceso por el cual obtenemos una señal analógica a partir de unos datos digitales se le denomina
modulación.
➢ Esta señal la transmitimos y el receptor debe realizar el proceso contrario, denominado demodulación
para recuperar la información.
➢ El módem es el encargado de realizar dicho proceso.
Técnicas de Modulación: Principios y Definiciones
Se denomina Modulación al proceso de colocar la información contenida en una señal, generalmente de
baja frecuencia (banda base), sobre una señal de alta frecuencia.
➢ Debido a la modulación la señal de alta frecuencia denominada portadora, sufrirá la modificación de
alguno de sus parámetros, siendo dicha modificación proporcional a la amplitud de la señal de baja
frecuencia denominada moduladora.
➢ El proceso de modulación supone una adaptación de la señal al medio de transmisión por el cual va a
propagarse.
➢ Normalmente implica la alteración de su banda de frecuencias para transmitir la señal en una gama de
frecuencias más adecuada.
➢ La necesidad de modular viene dada por la imposibilidad de la propagación de la señal en su banda de
frecuencias “base”, o en superar las dificultades que representa esta propagación.
➢ La Demodulación es el proceso inverso, mediante el cual es posible recuperar la señal de datos de la
señal modulada.
Un MODEM es un dispositivo de transmisión que contiene un modulador y un demodulador.
Es necesario modular las señales por diferentes razones (I):
➢Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o moduladora, no será posible
reconocer la información inteligente contenida en dicha señal, debido a la interferencia entre las señales
transmitidas por diferentes usuarios.
➢A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al medio que se emplee.
➢Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la multiplexación por frecuencias.
➢En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables.
En resumen, la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya que posibilita transmitir
más información en forma simultánea por un mismo canal y/o proteger la información de posibles
interferencias y ruidos.
Es necesario modular las señales por diferentes razones (II):
➢Para proteger la información de las agresiones del medio.
➢Por facilidad de radiación.
➢Para compartir del espectro.
Las técnicas de modulación pueden ser clasificadas según el tipo de señales que se utilicen para la señal
moduladora (banda base) y la portadora, atento a que sean ANALOGICAS o DIGITALES
Tipos de modulaciones
MODULACION DIGITAL: d(t) y pa(t)
➢Dentro de este caso la situación más conocida es la transmisión de datos digitales a través de la red
telefónica. Esta red se diseño originalmente para recibir, conmutar y transmitir señales analógicas en el
rango de frecuencias de voz (300 a 3400Hz). Por lo tanto esta red no es del todo adecuada para la
transmisión de señales digitales. No obstante se pueden conectar dispositivos digitales mediante el uso de
módems (modulador-demodulador), los cuales convierten los datos digitales en señales analógicas y
viceversa.
➢Los módems telefónicos, se utilizan en la red telefónica para producir señales en el rango de frecuencias
de voz, los módems de banda ancha, por ejemplo los módems ADSL y los módems de cable o
cablemodems, utilizan las mismas técnicas pero a frecuencias más altas que las de la voz humana
Dentro del grupo de transmisiones con señales de transmisión analógicas y datos digitales tenemos los
siguientes casos de técnicas de modulación o codificación dependiendo del parámetro de la señal
portadora que es afectado.
❑Desplazamiento de Amplitud – ASK (Amplitudes-shift keying)
❑Desplazamiento de Frecuencia – FSK (Frequency-shift keying)
❑Desplazamiento de Fase – PSK (Phase-shift keying)
MODULACION DIGITAL: ASK (Amplitud Shift Keying)
En la Modulación por Conmutación de Amplitud (ASK), la amplitud de una señal portadora de alta
frecuencia se conmuta entre DOS valores en respuesta a un código binario de entrada, manteniendo
constante la frecuencia y la fase.
Si uno de los valores es cero se le llama ASK- OOK (On-Off Keying).
➢Podemos decir que la portadora está encendida o apagada, según tenga amplitud máxima o mínima
respectivamente.
➢El uso de ASK es un tipo de modulación digital de relativamente baja calidad y bajo costo, en
consecuencia , rara vez se usa en sistemas de comunicaciones de gran capacidad y alta eficiencia.
➢ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de modulación ineficaz.
➢La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas, en los transmisores con
LED, la expresión de la señal modulada sigue siendo válida. Es decir, un elemento de señal se representa
mediante un pulso de luz, mientras que el otro se representa mediante la ausencia de luz.
➢Los transmisores láser tienen normalmente un valor de desplazamiento, "bias", que hace que el
dispositivo emita una señal de alta intensidad para representar un elemento y una señal de menor amplitud
para representar al otro.
Bit vs Baudio
MODULACION DIGITAL: FSK (Frequency Shift Keying)
La técnica de Modulación por Conmutación de Frecuencia consiste en variar la frecuencia de la portadora
entre dos valores diferentes de acuerdo a los datos de entrada. Durante el proceso de modulación se
mantiene constante la amplitud y la fase de la señal portadora.
Para “1” lógico se asigna una frecuencia F1 y para un “0” lógico se emplea una frecuencia F2.
Generalmente F1 y F2 corresponden a desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos de
la frecuencia de la señal portadora fp
➢Con una FSK binaria, la señal binaria de entrada corre (desvía) a la frecuencia de la portadora con cada
bit de entrada.
➢Cuando la señal binaria de entrada cambia de un “0” lógico a un “1” lógico y viceversa, la frecuencia de
salida se desplaza entre dos frecuencias Modulación Digital en Frecuencia (FSK)
Bit vs Baudio
MODULACION DIGITAL: ASK vs FSK
❑Ofrece una alta eficiencia de ancho de banda: 2B
❑Tiene un diseño de receptor simple.
❑La modulación ASK se puede utilizar para transmitir datos digitales a través de fibra óptica.
❑Los procesos de modulación ASK y demodulación ASK son relativamente económicos.
❑Su variante OOK se usa en frecuencias de radio para transmitir más códigos.
❑Ofrece menor eficiencia energética.
❑La modulación ASK es muy susceptible a la interferencia de ruido. Esto se debe al hecho de que el ruido
afecta la amplitud.
❑Tiene menor probabilidad de error (Pe).
❑Proporciona una alta SNR (relación señal / ruido).
❑Tiene mayor inmunidad al ruido debido a la envolvente constante. Por lo tanto, es robusto frente a la
variación en la atenuación a través del canal.
❑Las implementaciones de transmisor FSK y receptor FSK son simples para aplicaciones de baja
velocidad de datos.
❑Utilizaun ancho de banda mayor en comparación con otras técnicas de modulación: 2(Δf+B)
MODULACION DIGITAL: PSK (Phase Shift Keying)
Consiste en variar la fase de la sinusoide portadora de acuerdo a los datos. Para el caso binario, las fases
que se seleccionan son 0 y π
➢Entre las dos últimas expresiones de v(t), existe una diferencia de fase de 180º, y la señal varia entre
dos fases, es por ello que se denomina 2PSK.
➢Al sistema modulador de 2PSK se lo suele comparar con una llave electrónica controlada por la señal
moduladora, la cual conmuta entre la señal portadora y su versión desfasada 180º.
➢En el sistema PSK convencional es necesario tener una portadora en el receptor para sincronización, o
usar un código auto-sincronizante, por esta razón surge la necesidad de un sistema PSK diferencial.
➢Es diferencial puesto que la información no está contenida en la fase absoluta, sino en las transiciones.
➢La referencia de fase se toma del intervalo inmediato anterior, con lo que el detector decodifica la
información digital basándose en diferencias relativas de fase.
Bit vs Baudio
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias
➢Las técnicas de modulación digital hasta ahora estudiadas solo empleaban un bit cada vez para modular
la señal portadora.
Cada bit de entrada produce una portadora modulada en amplitud, frecuencia o fase, durante el tiempo de
duración de cada bit
➢A diferencia de las modulaciones digitales anteriormente mencionadas que son utilizadas solo un bit a la
vez como mensaje de entrada, en este tipo de modulaciones se consideran símbolos para elaborar las
modificaciones a la señal portadora.
➢Un sistema M-Ario es sucesor de los sistemas binarios, donde la letra “M” representa la cantidad de
símbolos posibles para una cantidad de valores binarios.
Mientras que para modulaciones digitales como ASK, FSK y PSK se trabaja con bits individuales (1 y 0) el
cual es el equivalente a decir M=2, en este sistema se manipulan conjuntos de bits donde M>2.
Mediante la ecuación, se puede relacionar el número de bits con el número de símbolos para un mejor
entendimiento de lo que representa un sistema M-ario
Donde “n” representa la cantidad de bits y “M” cantidad de condiciones posibles de
salida con un número “n” de bits. De esta manera, se toma de ejemplo un sistema FSK
el cual tiene dos posibles valores (un “1” lógico o “0” lógico) donde solo se procesa un
bit por vez, así que:
n = Log (2) = 1 [bit/símbolo] o M = 21 = 2 niveles
En este tipo de modulaciones, el ancho de banda viene limitado por una relación entre
número de bits y velocidad de transmisión. Donde es la tasa de símbolos en baudios y
velocidad de transmisión en bps
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias = 4PSK
Como hay cuatro fases distintas de salida, debe haber 4 condiciones distintas de entrada.
Su entrada es binaria, para producir 4 condiciones distintas, se necesita más de un bit de entrada.
𝑛 = 𝑙𝑜𝑔2𝑀 = 𝑙𝑜𝑔24 = 2 bits/simbolo
Con 2 bits hay cuatro condiciones posibles: 00, 01, 10, 11
Los datos binarios de entrada se combinan en grupos de 2 bits cada vez, llamados dibits. Cada dibits
genera una de las 4 fases posibles.
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : QPSK
Modulación por Desplazamiento de fase en cuadratura QPSK
En esencia la modulación QPSK se construye a partir de un modulador BPSK utilizando desplazamientos
de 90° y codifica dos bits por cada uno de los desplazamientos, es decir, cada π/4 donde el factor M es
igual a 4. De esta manera la ecuación general para QPSK es la siguiente
Mientras que para la determinación del ancho de banda, viene siendo igual a la mitad de la velocidad de
trasmisión original debido que en su procesamiento la señal es dividida en dos partes para la generación
de los dos bits necesarios para asignar valores al desfase. El esquema eléctrico del modulador se
presenta en la siguiente figura.
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : QAM
❑ Es la combinación de modulación de fase y modulación de amplitud
❑ Significa combinar ASK + PSK de tal forma que haya un contraste máximo entre cada bit, dibit, tribit,
etc.
❑ Debido a que los cambios de amplitud son susceptibles al ruido y requieren mas diferencias en el
desplazamiento de lo que requieren los cambios de fase, el numero de desplazamientos de fase siempre
en mayor que el numero de desplazamientos de amplitud
❑ Es una modulación lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma
frecuencia desfasadas 90°. Cada portadora es modulada por una de las dos señales a transmitir.
Finalmente las dos modulaciones se suman y la señal resultante es transmitida.
❑ Existen:
➢ 8-QAM➢ 16-QAM➢ 32-QAM➢ 64-QAM➢ 128-QAM➢ 256-QAM
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : 4-QAM
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : 8-QAM
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : 16-QAM
MODULACION DIGITAL: Modulaciones M-arias : n-QAM
MODULACION DIGITAL: n-QAM ADAPTATIVO
SNR en n-QAM
❑ Si bien las tasas de modulación de orden superior son capaces de ofrecer velocidades de datos mucho
más rápidas y mayores niveles de eficiencia espectral para el sistema de comunicaciones por radio, esto
tiene un precio.
❑ Los esquemas de modulación de orden superior son considerablemente menos resistente al ruido y las
interferencias.
❑ Como resultado de esto, muchos sistemas de comunicaciones de radio ahora utilizan técnicas de
modulación de adaptación dinámicas.
❑ Es adaptar el esquema de modulación para obtener la máxima velocidad de datos para las condiciones
dadas de un canal de comunicación en ese momento.
Modulaciones de más alto nivel proporcionan mayor número de bits eficaces por símbolo (baudio) y por lo
tanto mayor tasa binaria R. Por el contrario, estas modulaciones presentan constelaciones más complejas
y son más sensibles a interferencias, por lo que necesitarán mayores requisitos de potencia para mantener
el mismo EVM (Error Vector Magnitude)
MODULACION DIGITAL: QAM vs SNR
La tabla se puede interpretar de dos formas:
1. Cuál es el SNR mínimo requerido para modular n bits sobre una portadora?
2. Cuántos bits pueden modularse para un dado SNR?
Eficiencia del Ancho de Banda [bits/seg/Hertz]
La Eficiencia del Ancho de Banda o Densidad de Información, se usa con frecuencia para comprobar el
funcionamiento de dos técnicas de modulación digital.
“Es la relación de rapidez de transmisión de bits entre el ancho de banda mínimo necesario para un
esquema de modulación dado”
En general, la eficiencia del ancho de banda se normaliza a un B de 1 Hz y en consecuencia indica la
cantidad de bits que se puede propagar a través de un medio, por cada Hertz de ancho de banda.
Técnicas de Modulación: Modulación por Pulsos
Modulación de pulsos consiste esencialmente de muestreo de señales de información analógicas y luego
convertir esas muestras en pulsos discretos y transporte de los pulsos de una fuente a un destino a través
de un medio de transmisión físico.
❑ PAM Pulse Amplitude Modulation❑ PPM Pulse Position Modulation
❑ PWM Pulse Width Modulation ❑ PCM Pulse Code Modulation
Las Condiciones de Muestreo
El teorema demuestra que la reconstrucción exacta de una señal periódica x(t) continua en banda base a
partir de sus muestras, es matemáticamente posible si la señal está limitada en banda (fMAX ) y la
frecuencia de muestreo fS es superior al doble de su ancho de banda fS ≥ 2 fMAX
La señal x (t) se muestrea impulsivamente cada TS segundos con TS ≥ 1/ 2 fMAX
PAM
La modulación de amplitud de pulso se denota como PAM (Pulse Amplitude Modulation) y se produce al
multiplicar una señal a(t) que contiene la información por un tren de pulsos periódicos pd (t) que actúa
como portadora. Al realizar el producto, la amplitud de los pulsos será escalada en magnitud por la
amplitud de la señal a(t). De esta manera el resultado final es un tren de pulsos cuyas amplitudes son
función del valor de la señal a(t) en cada uno de ellos.
Hay tres métodos de muestreo:
1. IDEAL: Un impulso en cada instante de muestreo.2. NATURAL: Un impulso de ancho pequeño con amplitud variable siguiendo la forma de onda original
3. DE TECHO PLANO: Un impulso en cada instante de muestreo y luego retención del valor
muestreado
PAM – Muestreo y Retención
PAM c/TDM
❑VENTAJAS ▪ Fácil de generar y de detectar ▪ Permite enviar más de un canal usando TDM
❑DESVENTAJAS
▪ Resulta difícil eliminar el ruido aditivo una vez incorporado a la señal sin modificarla sustancialmente ya
que afecta directamente la amplitud que contiene la información.
▪ El ancho de banda de transmisión es muy grande
▪ Ineficaz en comunicaciones debido a que aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de
pulsos, siguen teniendo la amplitud de pulsos todavía señal analógica y no digital.
PWM
PWM (Pulse Width Modulation) a veces se llama modulación de duración de pulsos (PDM) o modulación
de longitud de pulso (PLM), como el ancho (porción activa del ciclo de trabajo) de un pulso de amplitud
constante se varía proporcional a la amplitud de la señal analógica en el momento en que la señal es
muestreada.
➢ La amplitud máxima de la señal analógica produce el pulso más ancho
➢ La amplitud mínima de la señal analógica produce el pulso más estrecho.
➢ Todos los pulsos tienen la misma amplitud.
Ventajas:➢Alta inmunidad al ruido➢Se puede distinguir la señal (pulso) del ruido en amplitud
Desventajas:➢El ancho de banda requerido por un PWM es mayor que el requerido por un PAM
PAM vs PWM
PPM
Con PPM (Pulse Position Modulation), la posición de un pulso de ancho constante dentro de un intervalo
de tiempo prescrito Ts se varía de acuerdo con la amplitud de la muestra de la señal analógica. Cuanto
mayor sea la amplitud de la muestra, el pulso se coloca más a la derecha dentro de la ranura de tiempo
prescrito. La muestra de amplitud más alta produce un impulso más a la derecha, y la muestra más baja
amplitud produce un impulso a la extrema izquierda.
El mínimo desplazamiento de pulso se usa para designar el mínimo valor de a(t) y el cambio de posición
es proporcional a la señal moduladora a(t).
❑Ventajas:➢Muy alta inmunidad al ruido➢Se puede distinguir fácilmente la señal (pulso) del ruido en
amplitud
❑Desventajas:➢El proceso y la circuitería de detección son más complejos
PAM-PWM-PPM
PCM Pulse Code Modulation
El PCM consta de tres procesos:
1. Muestreo y Retención de la señal (básicamente PAM)
2. Cuantificación
3. Codificación
Nota: Antes de muestrear la señal a(t) la misma debe ser filtrada para limitar la frecuencia a fMAX
Muestreo: (sampling) Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de la onda. La velocidad de
muestreo es la frecuencia de muestreo fs
Retención: (hold) Las muestras tomadas han de ser retenidas por un circuito de retención el tiempo
suficiente para permitir evaluar su nivel, generalmente hasta el próximo muestreo.
Cuantificación: En el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras
anteriores con el objeto de asignarles un único nivel de salida preestablecido. Este proceso añade una
señal indeseada llamada ruido de cuantificación que será menor cuando mayor sean los niveles de
cuantificación.
Codificación: Consiste en traducir esos valores obtenidos durante la cuantificación a un código binario
Consideraciones del Cuantificación:
➢ En este proceso la señal analógica a(t) se divide en un determinado número de niveles de
cuantificación M=2n , siendo n el numero de bits que se emplearan para la transmisión.
➢ El bits mas significativo en la codificación es empleado como el bit de signo
➢ Se supone que la señal se distribuye uniformemente dentro del intervalo de cuantificación.
➢ En consecuencia, una señal cuantificada a*(t) es una aproximación de la señal analógica a(t)
➢ Se considera que la señal a ser cuantificada no presenta componente continua y alcanza una amplitud
máxima preestablecida.
PCM es, con mucho, la forma más frecuente de la modulación de impulsos.
PCM es el método preferido de las comunicaciones dentro de la red telefónica pública conmutada porque
con PCM es fácil de combinar voz digitalizada y los datos digitales en una única señal digital, de alta
velocidad y propagarla sobre los cables de fibra óptica o metálica. El término modulación de pulso
codificado es un nombre inapropiado, ya que no es realmente un tipo de modulación, sino más bien una
forma de codificación digital de señales analógicas
➢Con PCM, los pulsos son de longitud fija y amplitud fija.
➢PCM es un sistema binario en el que un pulso o la falta de un pulso dentro de una ranura de tiempo
prescrita representan ya sea un 1 lógico o un 0 lógico.
➢PWM, PPM, y PAM son digitales, pero rara vez binaria. Un pulso no representa un solo dígito binario
(bit).
Cuantificación UNIFORME
➢ Hay que utilizar un número finito de valores discretos para representar en forma aproximada la amplitud
de las muestras. Para ello, toda la gama de amplitudes que pueden tomar las muestras se divide en
intervalos iguales y a todas las muestras cuya amplitud cae dentro de un intervalo, se les da el mismo
valor.
➢ El proceso de cuantificación introduce necesariamente un error, ya que se sustituye la amplitud real de
la muestra, por un valor aproximado. A este error se le llama error de cuantificación.
➢ El error de cuantificación se podría reducir aumentando el número de intervalos de cuantificación M,
pero existen limitaciones de tipo práctico que obligan a que el número de intervalos no sobrepase un
determinado valor.
➢ Una cuantificación de este tipo, en la que todos los intervalos tienen la misma amplitud, se llama
cuantificación uniforme.
En una cuantificación uniforme la distorsión es la misma cualquiera que sea la amplitud de la muestra. Por
lo tanto cuanto menor es la amplitud de la señal de entrada mayor es la influencia del error. La situación se
hace ya inadmisible para señales cuya amplitud analógica está cerca de un intervalo de cuantificación.
Para solucionar este problema existen dos soluciones:
1. Aumentar los intervalos de cuantificación - si hay más intervalos habrá menos errores pero
necesitaremos más números binarios para cuantificar una muestra y por tanto acabaremos necesitando
mas ancho de banda para transmitirla.
2. Mediante una cuantificación no uniforme, en la cual se toma un número determinado de intervalos y se
distribuyen de forma no uniforme aproximándolos en los niveles bajos de señal, y separándolos en los
niveles altos. De esta forma, para las señales débiles es como si se utilizase un número muy elevado de
niveles de cuantificación, con lo que se produce una disminución de la distorsión. Sin embargo para las
señales fuertes se tendrá una situación menos favorable que la correspondiente a una cuantificación
uniforme, pero todavía suficientemente buena.
Por lo tanto lo que podemos hacer es realizar una cuantificación no uniforme mediante un codec
(compresor-descompresor) y una cuantificación uniforme
Cuantificación NO UNIFORME
✓ La cuantificación no-uniforme se usa en los codificadores PCM de voz, ya que durante la mayor parte
del tiempo los niveles de potencia de la voz son bajos y conviene tener la relación S/N relativamente
constante en una amplia gama de potencia.
✓ Consiste en ecualizar con intervalos mas pequeños las señales de menor potencia, y con niveles mas
espaciados las muestras de mayor energía de la señal.
✓ La distorsión de la señal se evita efectuando el proceso inverso en el extremo receptor.
✓ Es importante que se hayan desarrollado estándares para determinar el tamaño de los niveles de
cuantificación.
✓ Ley A: Se emplea en Europa y el resto del mundo
✓ Ley µ: Se emplea en EEUU, Canadá y Japón.
✓ El efecto de cuantificación no uniforme se logra también amplificando los niveles pequeños de la señal y
comprimiendo las muestras de mayor amplitud antes de presentar la muestra a un conversor A/D uniforme.
Por lo tanto, si damos más niveles de cuantificación a las bajas amplitudes y menos a las altas
conseguiremos más resolución, un error de cuantificacióninferior y por lo tanto una relación SNR superior
que si efectuáramos directamente una cuantificación uniforme para todos los niveles de la señal
La ley A esta formada por 13 segmentos de recta (en realidad son 16 segmentos, pero como los tres
segmentos centrales están alineados, se reducen a 13). Cada uno de los 16 segmentos, esta dividido en
16 intervalos iguales entre si, pero distintos de unos segmentos a otros
❑ Entonces, cada muestra cuantificada se representa, o codifica mediante un numero binario.
❑ Normalmente en telefonía se utilizan 256 intervalos de cuantificación para representar todas las
posibles muestras (por ejemplo para G.711 tanto ley A como ley μ), por tanto se necesitarán números
binarios de 8 bits para representar a todos los intervalos (pues 28 = 256).
❑ El dispositivo que realiza la cuantificación y la codificación se llama codificador.
La decodificación es el proceso mediante el cual se reconstruyen las muestras, a partir de la señal
numérica procedente de línea. Este proceso se realiza en un dispositivo denominado decodificador. Al
conjunto de un codificador y de un decodificador en un mismo equipo, se le llama codec.
Ejemplo1: Los datos de voz se limitan por debajo de 4000Hz o sea fMAX= 4000Hz El audio de telefonía se
muestrea a fS=8000Hz y se cuantiza a n=8 bits que asigna a cada muestra un valor entre M= 256 = 28 Si
tienen 8000 muestras por segundo y 8 bits por muestra tenemos: Velocidad del Canal C = 8000
muestra/seg x 8 Bits/muestra = 64.000bps= 64Kbps
Ejemplo2: El audio de los CD se muestrea a fS=44.100Hz y se cuantiza a n=16 bits que asigna a cada
muestra un valor entre M= 56536 = 216 Si tienen 44.100 muestras por segundo y 16 bits por muestra
tenemos: Velocidad del Canal C = 44.100 muestra/seg x 16 Bits/muestra = 705.600bps= 705,6Kbps
Ventajas de la transmisión Digital
1. La ventaja principal de la transmisión digital es la inmunidad al ruido. Las señales analógicas son más
susceptibles que los pulsos digitales a las variaciones de amplitud, frecuencia y de fase. Con la
transmisión digital, no se necesita evaluar esos parámetros, con tanta precisión, como en la transmisión
analógica, los pulsos recibidos se evalúan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola
determinación si el pulso está arriba (1) o abajo de un umbral específico (0).
2. Almacenamiento y procesamiento: Las señales digitales pueden guardarse y procesarse más fácilmente
que las señales analógicas. Además pueden usarse algoritmos matemáticos de compresión de datos
mucho más eficientes, ahorrando gran cantidad de espacio y ancho de banda.
3. Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación, por lo tanto
producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica.
4. Las señales digitales son más sencillas de medir y evaluar. Por lo tanto es más fácil comparar el
rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de señalización e información, que con
los sistemas analógicos comparables.
5. Los sistemas digitales están mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo,
detección y corrección de errores), que los analógicos.
6. Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son más pequeños, y muchas
veces son más económicos
Desventajas de la transmisión Digital
1. La transmisión de las señales analógicas codificadas de manera digital requieren de más ancho de
banda para transmitir que la señal analógica.
2. Las señales analógicas deben convertirse en códigos digitales, antes de su transmisión y convertirse
nuevamente en analógicas en el receptor.
3. La transmisión digital requiere de sincronización precisa de tiempo entre los relojes del transmisor y
receptor.
4. Los sistemas de transmisión digital son incompatibles con las instalaciones analógicas existentes
Ventajas de los sistemas PCM
1. En comunicaciones a largas distancias, las señales PCM pueden regenerarse por completo en
estaciones repetidoras intermedias porque toda la información está contenida en el código.
2. En cada repetidora se transmite una señal esencialmente libre de ruido. Los efectos del ruido no se
acumulan y solo hay que preocuparse por el ruido de la transmisión entre repetidoras adyacentes. Los
circuitos para la modulación y demodulación son todos digitales, alcanzando por ello gran confiabilidad y
estabilidad, y se adaptan con rapidez al diseño lógico de circuitos integrados.
3. Las señales pueden almacenarse y ponerse a escala en el tiempo de manera eficiente.
4. Puede usarse un código eficiente para reducir la repetición innecesaria de información binaria (la
redundancia en los mensajes).
5. Una codificación adecuada puede reducir los efectos del ruido y la interferencia
La gran DESVENTAJA de PCM es su gran ancho de banda en comparación con el ancho de banda que
requiere la señal analógica original, sin embargo con las ventajas tan potentes que posee, con mucha
frecuencia se recurre a la PCM para ser utilizados en los sistemas de comunicaciones.
QAM vs SNR
La tabla se puede interpretar de dos formas:
1. Cuál es el SNR mínimo requerido para modular n bits sobre una portadora?
2. Cuántos bits pueden modularse para un dado SNR?
PCM vs SNR
La tabla se puede interpretar de dos formas:
1. Cuál es el SNR mínimo requerido para M niveles de cuantificación?
2. Cuántos bits por muestras se pueden usar para un dado SNR?
MULTIPLEXACION
Las técnicas de compartición del medio físico permiten un mejor aprovechamiento de los recursos
EL MULTIPLEXOR
▪ Combina (multiplexa) los datos (servicios) de las líneas de entrada
▪ Los transmite a través del enlace de mayor capacidad
EL DEMULTIPLEXOR
▪ Acepta la cadena de datos multiplexada
▪ Separa (demultiplexa) los datos (servicios) conforme al canal al que pertenece.
▪ Los distribuye a la línea apropiada de salida
“Con esto se permite el compartir la infraestructura de un sistema de comunicación ya existente para
enviar varias señales, en algunos casos de orígenes distintos”
❑Las técnicas de compartición del medio físico permiten un mejor aprovechamiento de los recursos
❑Permiten que varios dispositivos compartan un mismo canal de comunicaciones
❑Útil para rutas de comunicaciones paralelas entre dos localidades
❑Minimizan los costos del comunicaciones, al rentar una sola línea privada para comunicación
Ejemplos:➢Redes telefónicas.➢Televisión por cable➢Enlaces satelitales➢Telefonía Celular➢Internet
Tipos Básicos de Multicanalización o Técnicas de Multiplexación
1. Por División de Frecuencia (FDM)
2. Por División de Tiempo (TDM)
▪ TDM Síncrona: señal digital / señal analógica digitalizada
▪ TDM Asíncrona / Estadística / Inteligente
3. Por División de Código (CDM)
4. Por División de Longitud de Onda (WDM)
TDM: solo es para señales digitales.
FDM: las señales pueden ser analógicas o digitales.
WDM: se usa Fibra Óptica para transmitir varias señales, cada una de ellas con distinta longitud de onda,
siendo un caso especial de FDM.
FDM
En FDM el ancho de banda disponible se divide en un número determinado de slots o segmentos
independientes (sin solapamientos). Cada segmento lleva una señal de información, como por ejemplo un
canal de voz
Esta técnica es muy popular en la transmisión analógica como la radiodifusión, TV...Suponiendo que los
mensajes a transmitir son de ancho de banda limitado, lo que se hace es modular cada uno de ellos a una
frecuencia portadora distinta con lo que se consigue trasladar el mensaje a otra banda del espectro de
frecuencias que se encuentre libre.
FDM en el plano del tiempo
FDM en plano de la frecuencia
FDM para ASK
Ejemplo1: Se multiplexan cinco canales de radio, cada uno con un B=100KHz. Cual es el ancho de banda
del enlace si se necesita una banda de guarda de 10KHz entre los canales para evitar interferencias?
Ejemplo2: Para 4 canales de datos digitales, cada uno transmitiendo a R=1Mbps, se utiliza un canal
satelital de ancho de banda B=1MHz. Diseñe una configuración apropiada utilizando FDMcon modulación
n-QAM
Solucion1: El canal satelital se divide entonces en 4 canales cada uno de:
(𝑀−𝑎𝑟𝑖𝑜) = 250KHz
R =1Mbps es modulado de forma que cumpla:
𝐵𝑀−𝑎𝑟𝑖𝑜= 𝑅 𝑙𝑜𝑔2𝑀
𝑙𝑜𝑔2𝑀 = 𝑅/𝐵𝑀−𝑎𝑟𝑖𝑜= 1𝑀𝑏𝑝𝑠/0,250𝑀𝐻𝑧 = 4
Entonces M=4 Por lo tanto la modulación será 16-QAM
TDM
El principio de los TDM consiste en utilizar un solo canal de alta capacidad y dividirlo en subcanales
lógicos definidos en base al tiempo. A cada uno de los subcanales se le asigna un breve intervalo temporal
durante el cual puede disponer de todo el canal principal. Por rotación o por métodos estadísticos
evolucionados cada subcanal puede transmitir y recibir los propios datos al mismo tiempo (en termino de
percepción humana, ya que los intervalos son muy breves y por eso imperceptibles) que los otros
subcanales
El mecanismo para asignar los intervalos de tiempo se basa en una técnica de interleaving, según la cual
los datos que se transmiten por los distintos canales se secuenciarían mediante una ley previamente
definida. Se utilizan dos modelos de interleaving, llamados character interleaving y bit interleaving
TDM Sincrónica
La TDM síncrona asigna secuencialmente una ranura de tiempo a cada dispositivo aún en el caso de que
alguno de ellos no tenga nada que transmitir (no se aprovecha toda la capacidad del camino, ya que
algunas ranuras de tiempo pueden quedar vacías).
En la entrada: El flujo de datos de cada conexión de entrada se divide en unidades que ocupan una ranura
de tiempo (canal de entrada). Esta unidad o ranura de tiempo puede ser 1, 2, …8 bits (una muestra en
telefonía) o un bloque de datos
En la salida: Cada unidad de entrada se convierte en una de salida y ocupa una ranura de tiempo (time
slot) denominada canal La ranura de tiempo de salida de cada canal es n veces mas corta que la de
entrada. Es decir, la unidad en la conexión de salida viaja mas 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 eso que se denomina TDM sincrónica
Ejemplo 1: TDM Sincronica orientada al bit Cuatro conexiones de 1Kbps se multiplexan juntas. Una unidad
es 1 bit. Calcule:
a) Cantidad de bits de la trama de salida
b) La tasa de transmisión del enlace
c) La duración de cada trama de entrada
a) 4 bits b) 4 Kbps c) 1 ms
Ejemplo 2: TDM Sincronica orientada al caracter Se multiplexan 4 canales utilizando TDM de 100bps cada
uno. Una unidad es 1 byte. Calcule:
a) Cantidad de bits de la trama de salida
b) La tasa de transmisión del enlace
c) La duración de cada trama de entrada
a) 32 bits b) 400 bps c) 80 ms
Ejemplo 3: TDM Sincronica orientada al caracter Un multiplexor que combina 4 canales de 100Kbps
utilizando una ranura de tiempo de 2 bits. Calcule:
a) La tasa de transmisión del enlace
b) Cantidad de bits de la trama de salida
c) La duración de cada trama
a) 400 Kbps b) 8 bits c) 20 µs
Sincronización de tramas
La implementación de TDM no es tan sencilla como FDM. La sincronización entre el Multiplexor y el
Demultiplexor es un problema importante, si no están sincronizados, un bit de un canal puede ser recibido
por un canal equivocado.
Por esta razón se añaden uno o mas 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 y sin errores en el sincronismo.
Ejemplo 1: TDM Sincronica orientada al bit Cuatro conexiones de 1Kbps se multiplexan juntas. Una unidad
es 1 bit. Calcule: a) Cantidad de bits de la trama de salida b) La tasa de transmisión del enlace
c) La duración de cada trama de entrada
a) 4 bits b) 4 Kbps c) 1 ms
Ejemplo 2: TDM Sincronica orientada al caracter Se multiplexan 4 canales utilizando TDM de 100bps cada
uno. Una unidad es 1 byte. Calcule: a) Cantidad de bits de la trama de salida b) La tasa de transmisión del
enlace c) La duración de cada trama de entrada
a) 32 bits b) 400 bps c) 80 ms
Ejemplo 3: TDM Sincronica orientada al caracter Un multiplexor que combina 4 canales de 100Kbps
utilizando una ranura de tiempo de 2 bits. Calcule: a) La tasa de transmisión del enlace b) Cantidad de bits
de la trama de salida c) La duración de cada trama
a) 400 Kbps b) 8 bits c) 20 µs
Ejemplo 4: TDM Sincronica orientada al bit Cuatro conexiones de 1Kbps se multiplexan juntas. Una unidad
es 1 bit mas 1 bit de sincronismo, Calcule: a) Cantidad de bits de la trama de salida b) La tasa de
transmisión del enlace c) La duración de cada trama de entrada
a) 5 bits b) 5 Kbps c) 1 ms
Ejemplo 5: TDM Sincronica orientada al caracter Se multiplexan 4 canales utilizando TDM de 100bps cada
uno. Una unidad es 1 byte mas 1 byte de sincronismo. Calcule: a) Cantidad de bits de la trama de salida b)
La tasa de transmisión del enlace c) La duración de cada trama de entrada
a) 40 bits b) 500 bps c) 80 ms
Ejemplo 6: TDM Sincronica orientada al caracter Un multiplexor que combina 4 canales de 100Kbps
utilizando una ranura de tiempo de 2 bits mas 1 bit de sincronismo, Calcule: a) La tasa de transmisión del
enlace b) Cantidad de bits de la trama de salida c) La duración de cada trama
a) 450 Kbps b) 9 bits c) 20 µs
Ejemplo 7: TDM Sincronica orientada al caracter Un multiplexor que combina 30 canales de 64Kbps
utilizando una ranura de tiempo de 1 byte mas 1 Byte de Sincronismo mas 1 Byte de Señalización, calcule:
a) Cantidad de bits de la trama de salida b) La duración de cada trama
c) La tasa de transmisión del enlace
TDM Asincrónica
En TDM Estadística las ranuras temporales se asignan dinámicamente, según la demanda
❑Cada línea de Entrada/Salida tiene una memoria temporal.
❑El multiplexor sondea las memorias de entrada y recoge datos hasta completar el ciclo, que monta en la
trama y envía…
❑Al recibir la trama el Demultiplexor distribuye las ranuras a las memorias de salida correspondientes.
❑La velocidad de línea es menor que la agregada de dispositivos, por lo que se puede dar servicio a más
dispositivos con la misma velocidad que TDM Sincrónica
❑TDM Estadística NO envía ranuras vacías si no hay datos a enviar.
❑Necesita direccionamiento en cada ranura para reconocer la salida correspondiente
❑Usa protocolo síncrono (HDLC)
En TDM sincrónica, cada entrada tiene una ranura reservada en la trama de salida. Esto puede ser
ineficiente si algunas de las líneas de entrada no poseen datos para enviar (se enviara una ranura vacía).
En TDM asincrónica, las ranuras se asignan dinámicamente. Solo cuando una línea de entrada tiene datos
que enviar obtiene una ranura en la trama de salida
Que pasa si las tasas de datos a la entrada del multiplexor TDM no son iguales? Hay 4 estrategias:
1.- TDM Multinivel
▪ Cuando la tasa de bits de un canal de entrada es múltiplo de las otras
▪ Se añade un nivel previo de multiplexación para igualarlas tasas de bits
2.- Múltiples ranuras
▪ Cuando la tasa de bits de un canal de entrada es múltiplo de las otras
▪ Se inserta un conversor serie paralelo para asignar a este canal mas de una ranura en la trama de salida
3.- Inserción de bits
▪ Cuando las tasas de bits de los canales de entrada no son múltiplos enteros unos de otros
▪ Se insertan bits extras a los canales con las tasas mas bajas de manera de igualar sus velocidades
Que ocurría si la línea 1 utiliza grandes paquetes de datos y la línea 2 utiliza paquetes muy pequeños
(sonido y video), o sea no se da ninguno de los casos anteriores?
La mezcla de paquetes pequeños de voz y video con el trafico de datos convencional crea retardos
inaceptables y hace que los enlaces de paquetes compartidos no se puedan utilizar para voz y video
Así se creo una tecnología llamada ATM (Asynchronous Transfer Mode) para poder transportar diferentes
fuentes y de distintas velocidades. Utiliza TDM asincrónica para multiplexar los paquetes de datos que
viene de diferentes canales. Por eso se la denomina Modo deTransferencia Asincrónica ATM
En ATM, los paquetes de diferentes tamaños se segmentan y reensamblan en
unidades de igual longitud, llamadas celdas de 53 bytes (48 bytes datos + 5 bytes de
control), las cuales se multiplexan en forma asincrónica.
JERARQUÍAS DIGITALES: PDH (E1 y T1)
En la transmisión de señales digitales se recurre a la multiplexación TDM con el fin de agrupar varios
canales en un mismo vínculo. Si bien la velocidad básica usada en las redes digital se encuentra
estandarizada en 64Kbps, las velocidades de los órdenes de multiplexación en cambio forman varias
jerarquías.
El primer sistema estándar se desarrolló en los años 70 y se denomina Jerarquía PDH (Plesiochronous
Digital Hierarchy). Plesio=casi ya que diferentes partes de la red están ‘casi’ sincronizadas❑ En Europa
se utiliza la PDH del sistema ‘E’ (G.732) que utiliza como agrupación básica la señal E1, contiene 30
canales + 2 de servicio y sincronismo y transmite 2048 Kbps❑ En Norteamérica y Japón se utiliza el
sistema ‘T’ (G.733) que tiene su base en la señal T1 con 24 canales + 1 bit y trasmite a 1544 Kbps
PDH-E
❑ 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.
❑ Multiplexación se produce bit a bit, excepto para E0.
PDH-T
❑ 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.
❑ Multiplexación se produce bit a bit, excepto para T0.
Los cinco problemas de la jerarquía PDH
1. Incompatibilidad intercontinental: Su diferente velocidad según los continentes la hace incompatible, por
lo que las conexiones intercontinentales requieren el uso de costosísimas ‘cajas negras’ para la conversión
de unos formatos a otros.
2. No pensada para fibra óptica: Su diseño no prevé el uso de fibras ópticas, ya que en los años setenta
sólo se utilizaba cable de cobre en las comunicaciones guiadas
3. Capacidades máximas bajas: Las capacidades máximas previstas resultan insuficientes para las
capacidades de los equipos actuales (Japón 98 Mbps, Norteamérica 274 Mbps, Resto mundo E4=139
Mbps)
4. Carece de herramientas de gestión y de mecanismos de tolerancia a fallos:
▪ No dispone de mecanismos de gestión ni se prevé la creación de topologías malladas para dotar a la red
de una mayor resistencia a fallos.
5. Los relojes no están perfectamente sincronizados.
▪ La sincronización de las tramas que componen un determinado nivel jerárquico se realiza mediante el
uso de bits de relleno, lo cual impide la extracción o inserción de tramas entre niveles no contiguos. Por
ejemplo no es posible extraer una trama E1 de una E3 sin realizar antes la separación de las E2
correspondientes.
SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
❑ Es un conjunto de protocolos de transmisión de datos.
❑ Se puede considerar como la revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia de la
utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más
flexibles y que soporten anchos de banda elevados.
❑ La jerarquía SDH se desarrolló en EE. UU. bajo el nombre de SONET o ANSI T1X1 y posteriormente el
CCITT (Hoy UIT-T) en 1989 publicó una serie de recomendaciones donde quedaba definida con el nombre
de SDH.
❑ Uno de los objetivos de esta jerarquía estaba en el proceso de adaptación del sistema PDH
(Plesiochronous Digital Hierarchy), ya que el nuevo sistema jerárquico se implantaría paulatinamente y
debía convivir con la jerarquía plesiócrona instalada. Ésta es la razón por la que la ITU-T normalizó el
proceso de transportar las antiguas tramas en la nueva. La trama básica de SDH es el STM-1
(Synchronous Transport Module level 1), con una velocidad de 155 Mbps, que es la suma de tramas E.
❑ Los estándares SONET/SDH se desarrollaron a la vez que ATM con el objetivo de que se
complementaran. SONET/SDH abarca el nivel físico y ATM los niveles de enlace, de red y de transporte
El módulo de Transporte Síncrono: STM-1
En SDH, cada trama va encapsulada en una estructura denominada contenedor, y se organiza como un
marco, con campos de carga útil y encabezados de control para identificar el contenido de la estructura. La
transmisión de una trama comienza en la esquina superior izquierda y termina en la inferior derecha. Se
transmiten 8.000 tramas por segundo (una cada 125 µs).
STM-1:
8000 tramas * (270 columnas * 9 filas * 8 bits)= 155,52
Mbps
(270*9*8) bit/125 µs = 155,52Mbps
(261*9*8) bit/125 µs = 150,336Mbps carga útil de datos
A diferencia de PDH, en SDH las señales tributarias se multiplexan byte a byte de forma síncrona (las
señales de reloj se extraen de una referencia común).
Importante.- SDH no nace para sustituir a PDH, sino para ser usado en conjunto como medio de transporte
en los enlaces que requieren mayor capacidad. Por ello, se ha previsto una forma estándar para transporta
tramas PDH dentro de tramas SDH (hasta 3 E3 en una STM-1).
En palabras simples, las transmisiones SDH son como tuberías que portan tráfico en forma de paquetes
de información. Estos paquetes son de aplicaciones de E1, PDH, ATM o IP. El papel de SDH es gestionar
la transmisión eficiente a través de la red óptica, con mecanismos internos de protección
JERARQUÍAS DIGITALES: SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
SDH es la tecnología dominante en la capa física de transporte de las actuales redes ópticas. Permite el
transporte de muchos tipos de tráfico, tales como voz, video y el paquete de datos como los genera IP.
Usando el modelo OSI, SDH es visto como un protocolo de nivel 1 que actúa como el portador físico de
aplicaciones de nivel 2 a 4.
En palabras simples, las transmisiones SDH son como tuberías que portan tráfico en forma de paquetes
de información. Estos paquetes son de aplicaciones de E1, PDH, ATM o IP. El papel de SDH es gestionar
la transmisión eficiente a través de la red óptica, con mecanismos internos de protección.
Multiplexación SDH
Los niveles de jerarquía superior se forman multiplexando a nivel de byte varias estructuras STM-1
utilizando una referencia común de reloj. Es así que se obtienen STM-4, STM-16, STM-64, etc.
En general, los módulos de transporte síncrono SDH se denominan STM-N, siendo N el nivel jerárquico.
Actualmente están definidos para N= 4, N=16, N= 64 y N=256.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE SDH
Aunque los usuarios finales se beneficiarán de SDH de forma indirecta, puesto que ésta potenciará el
desarrollo e implantación de sistemas de banda ancha de alta calidad y fiabilidad, sus beneficios directos
recaerán sobre los explotadores de redes:
❑Reducción de coste de los equipos de transmisión. Las razones principales son la posibilidad de integrar
las funciones de transmisión, multiplexación e interconexión en un solo equipo; y la alta competencia entre
proveedores de equipos debida a la alta estandarización de SDH.
❑El acceso directo a las señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles.
❑La amplia gama de anchos de banda de transmisión y la posibilidad de acceder directamente a las
señales de cualquier nivel sin necesidad de demultiplexar en todos los niveles inferiores, permiten la
creación de una infraestructura de red muy flexible y uniforme.
❑La compatibilidad multifabricante a nivel de interfaces de transporte y de explotación, lo cual garantizará
la integración de las redes de los distintos operadores.
❑La convergencia con ATM e IP, y la capacidad de inter-funcionamiento simultáneo con PDH.
Técnicas de Multicanalización: WDM
WDM (Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología de telecomunicacionesque transporta varias
señales sobre una única fibra óptica, empleando para cada señal una longitud de onda λ (portadora)
diferente
DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) está basado en la FDM, o WDM La tecnología WDM se
puede considerar como densa o DWDM a partir de 16 portadoras. DWDM está reservado para ondas muy
cercanas en cuando a longitud de onda (o sea menor de 100GHz correspondiente a 0,8nm) para una λ de
1,5 µm
Se diseñó para utilizar la capacidad de altas tasas de datos de la fibra. Conceptualmente es lo mismo que
FDM, excepto que involucra señales luminosas (frecuencias muy altas)
La idea es muy simple: Se requiere combinar múltiples haces de luz dentro de una única luz en el
multiplexor WDM
Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente mediante un prisma. Un prisma curva un rayo de luz
basándose en el ángulo de incidencia y la frecuencia.
Un sistema WDM se compone básicamente de un multiplexor y un demultiplexor ópticos
Las señales monocromáticas de diferentes λ (λ1 , λ2 , λ3 ,… λn ) son generadas por láseres y conducidas
por n fibras hasta el multiplexor
El multiplexor combina las señales que le llegan en una señal policromatica que se envía a una solo fibra
para su transmisión.
El demultiplexor separa las diferentes λ de la señal policromatica para su correspondiente procesamiento
Con el tipo adecuado de fibra se dispone de un dispositivo que realice ambas funciones a las vez,
actuando como un multiplexor óptico de inserción extracción OADM: Optical Add-Drop Multiplexer
Tipos de WDM
1.- Los primeros sistemas WDM usaron 2 longitudes de onda centradas en las ventanas de 1310 nm y
1550 nm.
2.- Después fue CWDM (Coarse WDM) . La ITU (G.694.2) define una banda óptica de 18 λ´s, entre 1270 y
1610 nm, espaciadas entre ellas 20 nm. Alrededor de 1.400 nm existe una atenuación alta debido al pico
de absorción. Se fabrican fibras con este pico de absorción compensado
3.- Luego fue DWDM (Dense WDM) La ITU (G.692) define una banda óptica de 20 a 40 λ´s , entre 1530 y
1570 nm. Se usan 2 separaciones: 200 GHz (1.6 nm) 100 GHz (0.8 nm)
4.- Ya hay disponibles sistemas UWDM (Ultra dense WDM) con separaciones más densas.
50 GHz (0.4 nm) 25 GHz (0.2 nm)
Topologías para DWDM
DWDM se ha diseñado para aplicaciones en redes de transporte WAN con alcances de varios cientos a
miles de km sin regeneración CWDM para aplicaciones en redes de acceso metropolitano como 10GbE,
FTTH-PON, CATV y otros sistemas de corto alcance, que cubren decenas de km sin amplificación.
Para ambos casos se imponen estrategias separadas. Según la necesidad, se dispone de topologías
punto a punto, en anillo y malla.
CARACTERISTICAS:
❑ La fibra y el tráfico son lineales. Se usan en redes de transporte WAN y de acceso metropolitano. Con o
sin multiplexor óptico OADM.
❑ Son de alta velocidad; actualmente hasta 160 Gbps. Pueden cubrir varios cientos a miles de km, con
menos de 10 amplificadores.
❑ En redes de acceso metropolitano no se necesitan amplificadores.
❑ En los equipos, la redundancia está a nivel del sistema. Los enlaces paralelos conectan sistemas
redundantes a cualquier punto final.
Topología en anillo
En los esquemas de anillos bidireccionales, el tráfico viaja desde el
nodo origen al nodo receptor por la ruta más directa. Se usan para
redes SONET/SDH, en especial cuando se implementan con 4
fibras, ofreciendo una completa redundancia
CARACTERISTICAS:
❑ La fibra se instala en anillo. Los canales de tráfico se transmiten a través de los OADM hasta alcanzar
su destino. Se usa en redes de acceso metropolitano.
❑ El anillo de fibra puede contener 4 canales con sus λ´s respectivas. Es típico que existan menos nodos
que canales
❑ La velocidad de tráfico está en el rango de 622 Mbps a 10 Gbps por canal. Pueden cubrir decenas de
km sin amplificación
❑ En los OADM, se extraen y agregan λ´s, y otras pasan transparentemente. Las topologías en anillo
permiten a los nodos OADM proporcionar el acceso para conectar routers, switches o servidores,
agregando o extrayendo canales en el dominio óptico en el dominio óptico.
Topología en malla
La arquitectura en malla es el futuro de las
arquitecturas en redes ópticas. Durante su
despliegue, abarcará a los anillos y a las
arquitecturas punto a punto, gracias a la introducción
de los OXC (Optical Cross-Connects) y switches
configurables, que en algunos casos reemplazarían,
y en otros complementarían a los dispositivos
DWDM fijos.
CARACTERISTICAS:
❑ Todos los nodos ópticos se interconectan entre sí. Se usan en redes de acceso metropolitano
❑ Requiere esquemas de protección con redundancia al sistema, tarjeta o nivel de fibra. La redundancia
en esta arquitectura emigrará a la redundancia por λ