William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition Capítulo 8 Multiplexação Multiplexão (multiplex) FDM - Frequency Division Multiplexing • FDM – multiplexação por divisão de frequencia • Útil quando a largura de faixa do meio excede à necessária para o canal de comunicação • Cada sinal é modulado numa frequencia de portadora diferente • Frequencias de portadora são separadas de modo que os sinais não se superpõem (bandas de guarda ou) • e.g. rádio “broadcast” • Canal é alocado mesmo que não haja dados Diagrama FDM Sistema FDM FDM de 3 sinais “voiceband” Sistema com portadoras analógico • AT&T (USA) • Hierarquia de esquemas FDM • Grupo — 12 canais de voz (4kHz cada) = 48kHz — Faixa 60kHz to 108kHz • Supergrupo — 60 canais — FDM de 5 sinais de grupo com portadoras entre 420kHz e 612 kHz • Mastergrupo — 10 supergrupos Multiplexação por divisão do comprimento de onda - WDM • • • • Vários feixes de luz em frequencias diferentes Transmitidos por fibra óptica Similar a FDM Cada cor da luz (comprimento de onda / wavelength) transporta um canal de comunicação diferente • 1997 Bell Labs — 100 feixes — Cada um a 10 Gbps — 1 terabit por segund (Tbps) • Sistemas comerciais de 160 canais de 10 Gbps • Lab systems (Alcatel) 256 canais de 39.8 Gbps cada — 10.1 Tbps — Até 100km DWDM – WDM denso • Não há padrão oficial ainda • Mais canais, menor espaçamento entre eles do que no WDM TDM síncrono – “Synchronous Time Division Multiplexing” • De novo: a taxa de dados do meio físico excede a taxa necessária para um canal • Múltiplos sinais digitais intercalados no tempo • Pode ser ao nível de bits ou ao nível de blocos • Fatias (“slots”) de tempo fixo são fixos préassociados às diferentes fontes • Slot de tempo está alocado mesmo que o canal esteja ocioso (não haja dados) • Slots de tempo não precisam ser distribuídos uniformemente dentre as fontes TDM Sistema TDM Hierarquia Plesiócrona • As hierarquias PCM plesiócronas têm como ponto de partida o PCM de 1a ordem. Estes sistemas são designados de plesiócronos por serem quase síncronos, denominados de PDH (Hierarquia Digital plesiócrona), ou seja, as taxas de bit são iguais, podendo variar em relação ao valor nominal, dentro da margem de determinada tolerância • Isto ocorre devido ao fato de que os tributários não possuem a mesma taxa de transmissão, podendo apresentar pequenos desvios (slips ou “escorregamentos”) entre um e outro. • Fazendo-se uso da justificação, ou seja, da inserção de bits nos quadros, consegue-se reproduzir de forma barata o sincronismo, realizado pela memória elástica. Plesiócrona – cont. • Forma barata o sincronismo, realizado pela memória elástica. De acordo com as normas internacionais ficam estabelecidas as taxas de bits com suas respectivas tolerâncias • Nomenclatura: — Tributários e agregado Taxa de bit (Kbit/s ) Tolerância - ppm (partes por milhão) 64 60 2048 50 8448 30 34368 20 139264 15 Hierarquia digital norte-americana 1 64 Kbit/s 1544 Kbit/s 1 6312 Kbit/s 1 44736 Kbit/s 1 274176 Kbit/s 24 24CH 4 96CH 7 672CH 7 4702CH Hierarquia digital japonesa 1 64 Kbit/s 1544 Kbit/s 1 6312 Kbit/s 1 32064 Kbit/s 1 97728 Kbit/s 24 24CH 1 4 96CH 397200 Kbit/s 5 480CH 3 1440CH 5 5760CH Hierarquia digital européia 1 64 Kbit/s 2048 Kbit/s 1 8448 Kbit/s 1 34368 Kbit/s 1 139264 Kbit/s 24 30CH 1 4 120CH 564992 Kbit/s 4 480CH 4 1920CH 4 7680CH Estrutura de quadro do sinal digital de um sistema PCM de 1a ordem 1 2 3 4 5 6 7 8 número de bits e intervalo de tempo de cada canal 3,9s 0 15 16 17 31 sincronismo de multiquadro e sinalização sincronismo de quadro 125 s Derivação e inserção de 2M a partir de 140M 34M EQUIP DE LINHA 140M PCM DE 4a ORDEM PCM DE 4a ORDEM 8M PCM DE 3a ORDEM PCM DE 3a ORDEM 2M PCM DE 2a ORDEM PCM DE 2a ORDEM 2M 140M EQUIP. DE LINHA Hierarquia síncrona: Sonet e SDH SINAL SONET SINAL SDH STS-1 TAXA DE TRANSMISSÃO 51,84 M bit/s STS-3 STM-1 155,52 Mbit/s STS-12 STM-4 622,08 Mbit/s STS-24 STS-48 1244,16 Mbit/s STM-16 2488,32 Mbit/s SDH: transporte em redes metropolitanas, WAN DS-1 Transmission Format SONET/SDH • • • • Synchronous Optical Network (ANSI) Synchronous Digital Hierarchy (ITU-T) Compatible Signal Hierarchy —Synchronous Transport Signal level 1 (STS-1) or Optical Carrier level 1 (OC-1) —51.84Mbps —Carry DS-3 or group of lower rate signals (DS1 DS1C DS2) plus ITU-T rates (e.g. 2.048Mbps) —Multiple STS-1 combined into STS-N signal —ITU-T lowest rate is 155.52Mbps (STM-1) SONET Frame Format SONET STS-1 Overhead Octets Pulse Stuffing • Problema – sincronizar fontes de dados • Clocks podem variar em diferentes fontes • Solução: “Pulse Stuffing” —Adicione extra “dummy” bits ou pulsos em linha de entrada até que ela seja compatível com clock local —Pulsos “stuffed” inseridos em pontos prédeterminados no frame podem ser removidos no demultiplexador TDM de fontes analógicas e digitais Diferenças entre a hierarquia plesiócrona e síncrona Hierarquia Digital Plesiócrona • Hierarquia Digital Síncrona Rede plesiócrona Rede síncrona Técnica de multiplexação assíncrona Técnica de multiplexação síncrona Está definido um quadro de transmissão para cada nível multiplex Todos os sinais multiplex tem estrutura de quadro idêntica Multiplexação bit-a-bit Multiplexação byte-a-byte Alinhamento de temporização com justificação bit-a-bit Alinhamento de temporização com justificação positiva/ nula/ negativa e byte-a-byte Não há necessidade de sincronização para a palavra de alinhamento de quadro Há necessidade de sincronização para a palavra de alinhamento de quadro O acesso a canais individuais intercalados só é possível após a demultiplexação Um acesso único a canais individuais intercalados é possível após a interpretação do ponteiro Taxas de bit padronizadas até 140 Mbit/s Taxa de bit acima de 155 Mbit/s TDM estatístico • No TDM síncrono vários slots são desperdiçados • TDM estatístico aloca slots de forma dinâmica, sob demanda • Um multiplexador varre as linhas de entrada e coleta dados até que um frame esteja cheio Cable Modem • Dois canais fornecidos pelo provedor de TV a cabo — Um em cada direção • Cada canal é compartilhado por um número de assinantes — Um esquema é necessário para alocar capacidade — TDM estatístico Esquema do Cable Modem Asymmetrical Digital Subscriber Line • ADSL • Tecnologia para o link entre assinante e rede —“Local loop” • Usa o já instalado par trançado —Pode atingir espectro maior do que o canal de voz —1 MHz ou mais Projeto do ADSL • Assimétrico —Maior capacidade downstream do que upstream • FDM —25kHz mais baixas para voz —Convive com a “Plain old telephone service (POTS)” —Usa FDM entre bandas • Alcance 5.5km Configuração do canal ADSL Discrete Multitone • DMT • Multiplas frequencias de portadoras com diferentes frequencias • Alguns bits em cada subcanal (portadora) • Subcanais de 4kHz • Envia sinal de teste e usa subcanais com maior razão sinal / ruído (RSR) • 256 subcanais downstream de 4kHz (60kbps) — 15.36MHz — Ruído, interferência, etc. reduz para 1.5Mbps to 9Mbps Alocação de bits por canal no DMT Transmissor DMT xDSL • High data rate DSL • Single line DSL • Very high data rate DSL OFDM Orthogonal FDM – uma técnica moderna para redes wireless “Multicarrier Modulation” • Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Based on the fast Fourier transform – Standardized for DAB, DVB-T, IEEE 802.11a, 802.16a, HyperLAN II – Considered for fourth-generation mobile communication systems magnitude channel carrier subchannel frequency Subchannels are 312 kHz wide in 802.11a and HyperLAN II OFDM Modem Bits 00110 S/P quadrature amplitude modulation (QAM) encoder N-IFFT add cyclic prefix P/S D/A + transmit filter TRANSMITTER multipath channel RECEIVER N subchannels P/S QAM decoder invert channel = frequency domain equalizer N complex samples N-FFT remove S/P cyclic prefix Receive filter + A/D DMT vs. OFDM • DMT — Channel changes very slowly ~ 1 s — Subchannel gains known at transmitter — Bitloading (sending more bits on good channels) increases throughput • OFDM magnitude — Channel may change quickly ~ 10 ms — Not enough time to convey gains to transmitter — Forward error correction mitigates problems on bad channels DMT: Send more data here OFDM: Try to code so bad subchannels can be ignored frequency Exemplo: IEEE 802.11a • IEEE 802.11 emprega modulação adaptativa — “Code rate” e modulação depende da distância à estação base — Taxas variam de 6 Mbps a 54 Mbps Referência: IEEE Std 802.11a-1999
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