Sistemi di Telecomunicazione

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1 Sistemi di Telecomunicazione Parte 11: Accesso Multiplo Universita Politecnica delle Marche A.A A.A Sistemi di Telecomunicazione 1/20

2 Tecniche di multiplazione o accesso multiplo? Con tecniche di multiplazione si intende un insieme di regole per la costruzione di tributari (analogici o numerici) di ordine superiore Con accesso multiplo si intende una strategia dinamica per l utilizzo efficiente di una risorsa di comunicazione A.A Sistemi di Telecomunicazione 2/20

3 FDM: multiplazione a divisione di frequenza A.A Sistemi di Telecomunicazione 3/20

4 TDM: multiplazione a divisione di tempo A.A Sistemi di Telecomunicazione 4/20

5 Tecniche di accesso multiplo - I A divisione di frequenza (FDMA) A divisione di tempo (TDMA) A divisione di codice (CDMA) Ibride (combinazione delle precedenti) A divisione di spazio (SDMA) e di polarizzazione (PDMA) Altre tecniche (es, per LAN, a rivelazione di portante CSMA/CD) A.A Sistemi di Telecomunicazione 5/20

6 Tecniche di accesso multiplo - II Storicamente, il primo impiego dell accesso multiplo prevedeva una assegnazione statica a ciascun utente della risorsa di comunicazione, con evidente spreco di risorse qualora l utente non trasmettesse con continuita Allo stato attuale la risorsa di comunicazione viene assegnata su richiesta da parte dell utente (DAMA: Demand Assigned Multiple Access); nel seguito si considera sempre di essere in questa situazione A.A Sistemi di Telecomunicazione 6/20

7 FDMA: accesso multiplo a divisione di frequenza A ciascun utente e assegnata una slot di frequenza per l intero tempo A.A Sistemi di Telecomunicazione 7/20

8 TDMA: accesso multiplo a divisione di tempo A ciascun utente e assegnata l intera banda di frequenza per una slot temporale A.A Sistemi di Telecomunicazione 8/20

9 CDMA: accesso multiplo a divisione di codice Ciascun utente puo utilizzare l intera banda di frequenza per tutto il tempo A.A Sistemi di Telecomunicazione 9/20

10 Esempio: MA in GSM L intera banda a disposizione e suddivisa in canali radio di 200 KHz (FDMA) L utilizzo di ciascun canale radio e suddiviso 8 slot temporali: il tempo di trama e di 4,615 ms ed il tempo di slot e di 0,577 ms (TDMA) La trasmissione bidirezionale (duplex) avviene su due bande di frequenza distinte (FDD) Quindi: FDMA/TDMA/FDD A.A Sistemi di Telecomunicazione 10/20

11 Caratteristiche di FDMA Il canale FDMA trasporta un segnale alla volta Bassa complessita di sistema Necessita di filtraggio RF per minimizzare l interferenza da canale adiacente Uso di duplexer in quanto, in ciascun terminale, trasmettitore e ricevitore lavorano contemporaneamente Ridotta necessita di informazione di overhead (bit di sincronizzazione e di trama) in quanto la trasmissione e continua In FDMA piu utenti condividono lo stesso sistema di ricetrasmissione nella stazione base. Quando questa viene fatta lavorare in condizione prossima alla saturazione, per massimizzare l efficienza in potenza, vengono a prodursi effetti non lineari che conducono alla generazione di armoniche di intermodulazione. Tali frequenze spurie possono causare interferenza ai canali adiacenti A.A Sistemi di Telecomunicazione 11/20

12 Caratteristiche di TDMA Il TDMA assegna a ciascun utente la stessa banda in time slot non sovrapposte La trasmissione non e continua Per trasmissione e ricezione vengono usate differenti time slot; il duplexer non e necessario. Anche nel caso di FDD e sufficiente uno switch Possibilita di allocare un numero differente di time slot per frame ad ogni utente; la banda e assegnata su richiesta Il tempo di guardia deve essere minimizzato; piu rapidamente viene soppresso il segnale trasmesso, con lo scopo di ridurre il tempo di guardia, maggiore e l espansione dello spettro E richiesto un elevato livello di sincronizzazione tra gli utenti A.A Sistemi di Telecomunicazione 12/20

13 Problematiche di sincronizzazione in TDMA A.A Sistemi di Telecomunicazione 13/20

14 Equivalenza (teorica) di FDMA e TDMA In FDMA, N utenti trasmettono contemporaneamente a R c bit/s, essendo R c = B c (B c e la banda assegnata a ciascun utente, e B t = NB c e la banda totale FDMA). La capacita complessivamente trasportata e pari a Rfd = NR c = R t In TDMA, N utenti trasmettono a R t (= B t ) bit/s per 1/N del tempo. La capacita complessivamente trasportata e pari a Rtd = NR t /N = R t Esempio: La banda a disposizione e B t =10MHz. N=10 utenti. In FDMA ciascuno ha a disposizione una banda B c =1 MHz su cui trasmette a R c =1 Mb/s. Complessivamente il canale FDMA trasporta 10 flussi a 1 Mb/s=Rfd=10 Mb/s. In TDMA ciascun utente, avendo a disposizione l intera banda, trasmette a R t =10Mb/s per 1/10 del tempo. Complessivamente i 10 utenti trasmettono a Rtd=10 Mb/s. Nella pratica occorre tener conto di tutti i fattori precedentemente elencati A.A Sistemi di Telecomunicazione 14/20

15 Esempio 1 Consideriamo il sistema GSM, di tipo TDMA/FDD, che usa 25 MHz per il forward link, suddiviso in canali radio da 200 khz. Se 8 canali voce sono supportati da un singolo canale radio, e si assume che non vi sia banda di guardia, trovare il numero di utenti simultanei che possono essere serviti in GSM. Soluzione Il numero di utenti simultanei che possono essere serviti in GSM e dato da: N = ( 25MHz 200kHz ) 8 = = 1000 A.A Sistemi di Telecomunicazione 15/20

16 Esempio 2 Se il GSM usa una struttura di trama in cui ciascuna trama consiste di 8 time slots, e ogni time slot contiene 156,25 bits, e i dati sono trasmessi a 270,833 kbps sul canale, si determini: a) il tempo di bit; b) la durata di una slot; c) la durata di una trama; d) quanto tempo deve aspettare un utente che utilizzi una sola time slot, tra due trasmissioni successive? Soluzione a) T b = 1 R = 1 270,833kbps = 3, 692µs b) T slot = T b 156, 25 = 0, 577 ms c) T F = 8 T slot = 4, 615 ms d) Un utente che usi una sola time slot deve aspettare 4,615 ms, il tempo di arrivo di una nuova trama, per la successiva trasmissione. A.A Sistemi di Telecomunicazione 16/20

17 Esempio 3 Se una normale time slot GSM consiste di 6 bit di trailing, 8,25 bit di guardia, 26 training bits e due burst di traffico da 58 bit di dati, trovare l efficienza di trama. Soluzione Una time slot ha in totale: 6 + 8, (58) = 156, 25 bits. Un frame ha: 156, 25 8 = 1250 bits/frame. Il numero di bit di overhead per frame e dato da: b OH = (6 + 8, ) 8 = 322 bits. Di conseguenza, l efficienza di trama risulta: [ η t = ] % = 74, 24% 1250 A.A Sistemi di Telecomunicazione 17/20

18 SDMA A.A Sistemi di Telecomunicazione 18/20

19 PDMA A.A Sistemi di Telecomunicazione 19/20

20 S&P DMA A.A Sistemi di Telecomunicazione 20/20