BroadbandNetworks_4_Multiplexing(nov2011)

1

Ευρυζωνικά

δίκτυα

(4)

Αγγελική

Αλεξίου[email protected]

2

Αποτελεσματική

χρήση του

φάσματος

–

Πολυπλεξία

και Διασπορά

Φάσματος


Δίκτυα

–

Α. Αλεξίου 3

Αποτελεσματική

χρήση

του

φάσματος

Η αποτελεσματική χρήση του φάσματος έγκειται στη βελτιστοποίησητης επίδοσης (μεγιστοποίηση ρυθμού μετάδοσης, βελτιστοποίησηποιότητας συνδέσμου κλπ) ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος γιαδεδομένο διαθέσιμο εύρος ζώνης.

Για την αποτελεσματική χρήση του φάσματος χρησιμοποιείται –μεταξύ άλλων- πολυπλεξία

Για την προστασία από παρεμβολές μπορεί να χρησιμοποιηθείδιασπορά φάσματος


Δίκτυα

–



Όταν το εύρος ζώνης του μέσου που υλοποιεί μία σύνδεση είναιμεγαλύτερο από τις ανάγκες σε εύρος ζώνης των συσκευών πουσυνδέονται, τότε η σύνδεση μπορεί να ‘μοιραστεί’.

Πολυπλεξία είναι ένα σύνολο τεχνικών που επιτρέπουν τηνταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών σημάτων μέσα από την ίδια σύνδεση.

Multiplexer (MUX) : many-to-one

Demultiplexer (DEMUX) : one-to-many

•

Link

(σύνδεση): physical path

•

Channel

(κανάλι): χαρακτηρίζει

τη

μετάδοση

μεταξύ

πηγής

και

προορισμού

•

Μία

σύνδεση

μπορεί

να

περιλαμβάνει

πολλά

κανάλια


Δίκτυα

–



(2)


Δίκτυα

–



στη

συχνότητα

Frequency Division Multiplexing (FDM)

Η

πολυπλεξία

στη

συχνότητα

συνδυάζει

αναλογικά

σήματα

multiplexing demultiplexing


Δίκτυα

–


Frequency Division Multiplexing (2)

Τα

κανάλια

που

πολυπλέκονται

στη

συχνότητα

διαχωρίζονται

μεταξύ

τους

με

μικρές

ζώνες

αχρησιμοποίητων

συχνοτήτων

–

guard bands-

για

την

αποφυγή

επικάλυψης

μεταξύ

σημάτων

διαφορετικών

καναλιών.

freq

uenc

y

F0

F1

F2

F3

F4

Frequency band

Frequency band

Frequency band

Frequency bandF5

F6

Guard band

Guard band

Guard band


Δίκτυα

–


FDM –

παράδειγμα

τηλεφωνικού

δικτύου

Το

κανάλι

φωνής

καταλαμβάνει

4 kHz.

Τρία

κανάλια

φωνής

συνδυάζονται

σε

μία

σύνδεση

με

εύρος

ζώνης

12 kHz, από

20 στα

32 kHz. Υποτίθεται

ότι

δεν

υπάρχουν

guard bands.


Δίκτυα

–


Αναλογική

ιεραρχία

(Analog Hierarchy)

Για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα των υποδομών τους, οι τηλεφωνικέςεταιρίες πολυπλέκουν γραμμές μικρότερου εύρους ζώνης σε άλλες μεπολλαπλάσιο εύρος ζώνης.Στην Αναλογική Ιεραρχία ένα group υποστηρίζει 12 κανάλια φωνής και έχειεύρος 48 kHz.Ένα supergroup υποστηρίζει μέχρι 60 κανάλια φωνής και έχει εύρος 240 kHz.Ένα master group υποστηρίζει μέχρι 600 κανάλια φωνής και έχει εύρος 2.52MHz (guard bands προστίθενται μεταξύ των supergroups).Ένα jumbo group αποτελείται από 6 master groups και έχει εύρος 16.984 MHz


Δίκτυα

–



μήκους

κύματος

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

Η πολυπλεξία μήκους κύματος είναι ουσιαστικά ίδια με την FDM με τη διαφορά ότι συνδυάζει οπτικά σήματα που μεταδίδονταιμέσα από οπτικές ίνες.Όμοια με την περίπτωση του FDM, συνδυάζονται σήματαδιαφορετικών συχνοτήτων, που όμως στην περίπτωση αυτήείναι πολύ υψηλές.Στην πολυπλεξία μήκους κύματος στενές ζώνες φωτόςπολυπλέκονται σε μία ευρύτερη ζώνη φωτός.


Δίκτυα

–


Wavelength Division Multiplexing (2)

Η πολυπλεξία μήκους κύματος στον πομπό και η αντίστροφηδιαδικασία στο δέκτη μπορούν να υλοποιηθούν με χρήση ενόςπρίσματος.Το πρίσμα ‘στρέφει’ μία ακτίνα φωτός με τρόπο που εξαρτάταιαπό τη γωνία πρόσπτωσης και τη συχνότητα.WDM χρησιμοποιείται στα σύγχρονα οπτικά δίκτυα (SONET).Όταν χρησιμοποιείται Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) πολυπλέκονται μεγάλος αριθμόςκαναλιών πολύ στενού εύρους ζώνης.


Δίκτυα

–


Wavelength Division Multiplexing (3)


Δίκτυα

–



στο

χρόνο

Time Division Multiplexing (TDM)

Κατά την πολυπλεξία στο χρόνο τα σήματα (1, 2, 3, 4, ..) καταλαμβάνουν τη σύνδεση διαδοχικά.Η διαφορά από τη μεταγωγή (switching) είναι ότι η πληροφορίααπό την πηγή κατευθύνεται σε ένα συγκεκριμένο και σταθερόπροορισμό.Η πολυπλεξία στο χρόνο είναι ψηφιακή και συνδυάζει αριθμόκαναλιών μικρότερου ρυθμού διάδοσης σε ένα κανάλιμεγαλύτερου (πολλαπλάσιου) ρυθμού διάδοσης.Η πολυπλεξία στο χρόνο μπορεί να είναι σύγχρονη ή στατιστική.


Δίκτυα

–


Σύγχρονη

πολυπλεξία

στο

χρόνο

Synchronous Time Division Multiplexing (TDM)

Κατά τη σύγχρονη πολυπλεξία στο χρόνο, η πληροφορία στην είσοδοτου MUX διαιρείται σε μονάδες, time slots, διάρκειας T.Στην έξοδο του MUX η πληροφορία διαιρείται σε μονάδες, time slots, διάρκειας T/n, όπου n ο αριθμός των σημάτων.Έτσι μετά την πολυπλεξία η μονάδα, time slot, έχει μικρότερη διάρκειακαι συνεπώς μεταδίδεται γρηγορότερα.Για να υπάρχει σταθερή ροή πληροφορίας θα πρέπει ο ρυθμός κάθεσήματος στην έξοδο του MUX να είναι n-φορές μεγαλύτερος από τορυθμό κάθε σήματος στην είσοδο.Frame: αποτελείται από n time slots, καθεμία για ένα από τα σήματα.


Δίκτυα

–


Synchronous TDM -

παράδειγμα

Time slot εισόδου T=1/1Mbps=1μsTime slot εξόδου = ¼ μsΡυθμός εξόδου 4 Mbps


Δίκτυα

–


TDM vS FDM

Πλεονεκτήματα ΜειονεκτήματαFDM Ευκολότερος

συγχρονισμός,

Φθηνότερο

hardware

Guard bands αύξηση bandwidth,

RF filtering –

Bandpass φίλτρα,

Αναλογική

διαδικασίαTDM Δεν

χρειάζεται

φίλτρα

ακριβείας,

Ψηφιακή

διαδικασία

Network-wide συγχρονισμός,

Επεξεργασία

σήματος

και

προσαρμοσμένα

φίλτρα


Δίκτυα

–


Ψηφιακή

ιεραρχία

(Digital Hierarchy)


Δίκτυα

–


Ψηφιακή

ιεραρχία

(Digital Hierarchy) (2)


Δίκτυα

–


Ψηφιακή

ιεραρχία

(Digital Hierarchy) (3)


Δίκτυα

–


Ψηφιακή

ιεραρχία

(Digital Hierarchy)

(4)


Δίκτυα

–


Στατιστική


στο

χρόνο

Statistical Time Division Multiplexing

Δυναμικός

τρόπος

ανάθεσης

χρόνου

(time slots) για

βέλτιστη

χρησιμοποίηση

του

εύρους

ζώνης


Δίκτυα

–


Στατιστική


στο

χρόνο

(2)

Στη στατιστική πολυπλεξία στο χρόνο, μόνο όταν το σήμα εισόδουδιαθέτει πληροφορία ίση με ένα time slot του ανατίθεται time slot στηνέξοδο του MUX.Ο αριθμός των time slots σε κάθε frame είναι γενικά μικρότερος απότον αριθμό των σημάτων στην είσοδο.Ο MUX ελέγχει την είσοδο κάθε σήματος με τρόπο round-robin καιαναθέτει time slots αν υπάρχει πληροφορία, διαφορετικά προχωρά στοεπόμενο σήμα.Δεν απαιτείται συγχρονισμός αλλά διευθυνσιοποίηση.


Δίκτυα

–


Διασπορά

Φάσματος

–

Spread Spectrum

Spread spectrum:•

Το

εύρος

ζώνης

που

ανατίθεται

σε

κάθε

σταθμό

πρέπει

να

είναι

κατά

πολύ

μεγαλύτερο

από

αυτό

που

χρειάζεται

(redundancy).•

Η

διασπορά

του

φάσματος

από

το

αρχικό

του

σήματος

στο

τελικό

μετά

τη

διασπορά

πρέπει

να

είναι

μια

διαδικασία

ανεξάρτητη

από

το

αρχικό

σήμα.


Δίκτυα

–


Διασπορά

Φάσματος

–

Spread Spectrum (2)

Original Data Signal

Narrowband Filter

Other SS Users

Demodulator Filtering

ISI

Modulated Data

Data Signal with Spreading

Narrowband Interference

Other SS Users

Receiver Input

ISI

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) –«άλματα»

από

συχνότητα

σε

συχνότητα

με

ψευδοτυχαίο

τρόπο. Ο

δέκτης

ακολουθεί

τα

ίδια

άλματα

συγχρονισμένα

και

με

τον

ίδιο

ψευδοτυχαίο

τρόπο

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) –Πολλαπλασιασμός

ψευδοτυχαίων

bits (‘chips’) με

πληροφορία. Ο

δέκτης

πολλαπλασιάζει

με

την

ίδια

ακολουθία.


Δίκτυα

–


Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

Pseudorandom Noise (PN)


Δίκτυα

–


FHSS cycles


Δίκτυα

–


FHSS –

bandwidth sharing


Δίκτυα

–


Direct Sequence

Spread Spectrum (DSSS)


Δίκτυα

–


Spreading Factor and Processing Gain

•

Spreading FactorC

S

TT

S =


Δίκτυα

–


Spreading Factor and Processing Gain (2)

Coherent addition of SF chips per symbol with power C

Random addition of SF chips per symbol with power I

Signal to interference ratio after despreading


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Πομποδέκτης


Δίκτυα

–


DS/CDMA

–

Πολλαπλή

πρόσβαση


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Πολλαπλή

πρόσβαση

(2)

Ιδιότητα

κώδικα

Παρεμβολή


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Πολλαπλή

πρόσβαση

(3)


Δίκτυα

–


DS/CDMA –

Near-far effect


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Near-far effect (2)


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Διασκορπισμός


Δίκτυα

–


DS/CDMA –

Channelization


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Channelization (2)


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Channelization (3)


Δίκτυα

–


DS/CDMA -

Scrambling


Δίκτυα

–


DS/CDMA

BroadbandNetworks_4_Multiplexing(nov2011)

Documents

Transcript of BroadbandNetworks_4_Multiplexing(nov2011)