Blog dedicado a tratar temas sobre electrónica y disciplinas asociadas, así como actualidad de manera clara y sencilla.
Bienvenido a Electrónica Radical. Suscribete al Feed para recibir la información publicada en tu correo electrónico.

junio 13, 2014

Multiplexación por División de Frecuencias (FDM)

Técnicas de Multiplexación

Es la técnica que permite la transmisión simultánea de varias señales al mismo tiempo. Estas señales van guiadas por canales que comparten el mismo medio de transmisión. Su principal objetivo es minimizar la cantidad de líneas de transmisión físicas requeridas y maximizar el uso del ancho de banda de los medios. Así mismo, conlleva la reducción de los costos de transmisión.

¿Cómo funciona?

En general el multiplexado, es el proceso de combinar transmisiones precedentes de más de una fuente y transmitirlas por medio de un solo sistema, como por ejemplo, un cable metálico o una fibra óptica, o por medio de un canal de radio frecuencia. Las señales entran en un equipo llamado MUX (multiplexador) que ubican todas las señales sobre una misma vía, logrando así, enviar múltiples señales por un mismo medio. Para recuperar la señal en el receptor esta pasa por un de-modulador y luego se envía al de-multiplexor en donde se regeneran las señales originales de banda base. 


Ilustración de un equipo de multiplexación.

A manera de visualizar mejor la estructura básica general en que se basa este sistema de transmisión se muestra la siguiente figura:

Ejemplo de multiplexación y demultiplexación por división de frecuencias (FDM)


Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

El multiplexado por división de frecuencia es un método analógico de combinar dos o mas fuentes analógicas que ocupaban originalmente la misma banda de frecuencia, de tal manera que los canales no interfieran entre si. Las señales de inteligencia modulan sub-portadoras que luego se suman, y la señal compuesta se usa para modular la portadora. La modulación permite a la señal de información ser mas compatible con el medio. Es el proceso de hacer que una señal de banda base analógica de voz o vídeo, modifique a otra señal de mas alta frecuencia, lo que se conoce como portadora. La señal del modulador en conjunto con la banda base modifica a la portadora en una forma única.

En FDMA, el acceso al medio se realiza dividiendo el espectro disponible en canales, que corresponden a distintos rangos de frecuencia, asignando estos canales a los distintos usuarios y comunicaciones a realizar, sin interferirse entre sí. Los usuarios pueden compartir el acceso a estos distintos canales por diferentes métodos como TDMA, CDMA o SDMA, siendo estos protocolos usados indistintamente en los diferentes niveles del modelo OSI.

Se presenta el siguiente modelo de banda única lateral con portadora suprimida y multiplexador por división de frecuencias, como ejemplo ilustrativo:

Proceso de multiplexación por división de frecuencias con banda lateral única con portadora suprimida.

En el esquema que se presenta se muestran las etapas básicas de una banda lateral única con portadora suprimida y multiplexador por división de frecuencia, se tiene en un principio una señal de banda base (señales originales de voz, vídeo o señales digitales), esta señal de banda base de 0 a 10Khz pasa por un modulador balanceado de mayor frecuencia que permite crear una señal portadora de 100Khz en el rango de frecuencia aceptado por el medio para su transmisión, en este caso permite llevar los 10Khz de cada banda base en un espacio determinado y único entre el rango de frecuencia permitido por el medio, que en este caso es de 100Khz a 130Khz (un ancho de frecuencia de 30Khz para el medio de transmisión). La salida del modulador balanceado es una forma de onda con portadora suprimida y doble banda lateral, con ancho de banda (BW) de 20Khz cada una, la onda pasa por un filtro pasa banda (BPF) donde se convierte a una señal compatible al medio ocupando la banda de frecuencias de 100 a 110Khz, bloqueando la banda lateral inferior, dando como resultado para cada ancho de banda 10Khz en un ancho de frecuencia único.

En resumen para el canal 2: Las señales del canal modulan una portadora de 110 kHz en un modulador balanceado, y vuelven a producir una forma de onda DSBSC, que se convierte a SSBSC pasándola por un filtro pasa banda sintonizado para pasar sólo las frecuencias de banda lateral superior. Así, la salida del BPF ocupa una banda de frecuencias de 110 a 120 kHz en la salida del multiplexor. De igual forma para el resto de los canales.

Una vez estas señales entran a la linea de transmisión deben pasar por un proceso de de-multiplexación con el cual se busca devolver las señales a su canal con su respectiva banda base, que no es mas que la señal (vídeo o voz) original. Como se muestra en la imagen.

Proceso de de-multiplexación por división de frecuencia de una señal de banda lateral única con portadora suprimida 

Para este proceso se necesita en cada linea de transmisión un filtro pasa banda que se encargara de filtrar la banda deseada al canal correspondiente, una vez la señal sea filtrada esta debe pasar por un de-modulador cuya principal función es eliminar la señal portadora para devolver al canal correspondiente su frecuencia original, en este caso de 0 - 10Khz.

Principales características
  • Las portadoras se separan mediante bandas de resguardo para evitar solapamiento de comunicaciones.
  • Tecnología muy experimentada y fácil de implementar.
  • Gestión de recursos rígida y poco apta para flujos de tránsito variable.
  • Requiere duplexor de antena para transmisión dúplex.
  • Se asignan canales individuales a cada usuario.
  • Los canales son asignados de acuerdo a la demanda.
  • Cada señal de entrada se modula con una frecuencia portadora distinta.
  • El conjunto de todas las señales de entrada se transmite por un enlace radio.
  • Necesidad de establecer bandas de guarda para evitar interferencias.
  • Ancho de banda útil (medio) mayor que el ancho de banda necesario para transmitir las señales de entrada.
  • La señal de entrada y salida es analógica.

Resumen del funcionamiento general

La forma de funcionamiento es la siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así se pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.
El FDM es un esquema análogo de multiplexado; la información que entra a un sistema FDM es analógica y permanece analógica durante toda su transmisión y demultiplexación de la señal transmitida hasta devolverla a su origen.


Multiplexado y de-multiplexado de una señal analógica de banda lateral única con portadora suprimida.

Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM, que ocupa un espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el audio de cada estación con el espectro original de frecuencias, sería imposible separar una estación de las demás. En lugar de ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta de portadora, y produce una señal de doble banda lateral.
Hay muchas aplicaciones de FDM, por ejemplo, la FM comercial y las emisoras de televisión, así como los sistemas de telecomunicaciones de alto volumen. Dentro de cualquiera de las bandas de transmisión comercial, las transmisiones de cada estación son independientes de las demás.

Número de canales definidos por la UIT que pueden ser enviados de manera simultanea 

Tabla de canales definidos por la UIT.
Estos número de canales pertenecen a unos denominados grupos de jerarquía FDM de AT&T que se explican a continuación:
  • Grupo Básico: un grupo básico consiste en 12 canales de banda de voz apilados uno con otros en el dominio de la frecuencia. El bloque modulador de 12 canales se llama banco de canales tipo A (de analógico). Este grupo posee un rango de banda ocupada que va desde los 60 Khz - 108 Khz.
  • Súper Grupo Básico: es la combinación de cinco grupos en un súper grupo. El multiplexado de cinco grupos se logra en un banco de grupos. Un solo súper grupo puede llevar información de 60 canales VB. Posee un rango de bandas ocupadas que va desde 312 Khz - 552 Khz. 
  • Grupo Maestro Básico: consiste en 10 supergrupos. Hay dos categorías de grupos maestros: U600 y L600, que ocupan distintas bandas de frecuencias. Este tipo de grupo depende de la capacidad del sistema, y de si el medio de transmisión es un cable coaxial, un radio de microondas, una fibra óptica o un enlace.
  • Súper Master Grupo: se pueden seguir multiplexando los grupos maestros en bancos de grupos maestros, para formar grupos jumbo, mutijumbo y súper jumbos.

Definiciones relacionadas
  1. Ancho de banda: es la diferencia entre los limites de frecuencia superior e inferior de la señal o el intervalo de generación del equipo. BW = f2 - f1
  2. Frecuencia: en electrónica, frecuencia es el numero de ciclos de una onda repetitiva que ocurre en un periodo determinado. Unidad Hertz (Hz).
  3. Banda base: En Telecomunicaciones, el término banda base se refiere a la banda de frecuencias producida por un transductor, tal como un micrófono, un manipulador telegráfico u otro dispositivo generador de señales que no es necesario adaptarlo al medio por el que se va a trasmitir. Por ello, podemos decir que la banda base describe el estado de la señal antes de la modulación y de la multiplexación y después de la de-multiplexación y de-modulación.
  4. Banda Ancha: Se conoce como banda ancha en telecomunicaciones a la transmisión de datos simétricos por la cual se envían simultáneamente varias piezas de información, con el objeto de incrementar la velocidad de transmisión efectiva. En ingeniería de redes este término se utiliza también para los métodos en donde dos o más señales comparten un medio de transmisión. Así se utilizan dos o más canales de datos simultáneos en una única conexión, lo que se denomina multiplexación.
Fuentes:
Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Autor: Louis E. Frenzel - Editorial AlfaOmega.
Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Autor: Tomasi. 4ta Edición. Editorial: Prentice Hall.
Compilación 4. Por Constantino Perez Patiño. - Enlace: http://goo.gl/K4kUqu 

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Gracias por tu comentario!