William Stallings Data and Computer Communications 7 th Edition

1. William StallingsData and Computer Communications7th Edition Capítulo 8 Multiplexação

2. Multiplexão (multiplex)

3. 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

4. Diagrama FDM

5. SistemaFDM

6. FDM de 3 sinais “voiceband”

7. 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

8. 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

9. DWDM – WDM denso • Não há padrão oficial ainda • Mais canais, menor espaçamento entre eles do que no WDM

10. 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 pré-associados 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

11. TDM

12. SistemaTDM

13. 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.

14. 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

15. Hierarquia digital norte-americana

16. Hierarquia digital japonesa

17. Hierarquia digital européia

18. Estrutura de quadro do sinal digital de um sistema PCM de 1a ordem

19. Derivação e inserção de 2M a partir de 140M

20. Hierarquia síncrona: Sonet e SDH

21. SDH: transporte em redes metropolitanas, WAN

22. DS-1 Transmission Format

23. 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)

24. SONET Frame Format

25. SONET STS-1 Overhead Octets

26. 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 pré-determinados no frame podem ser removidos no demultiplexador

27. TDM de fontes analógicas e digitais

28. Diferenças entre a hierarquia plesiócrona e síncrona

29. 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

30. 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

31. Esquema do Cable Modem

32. 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

33. 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

34. Configuração do canal ADSL

35. 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

36. Alocação de bits por canal no DMT

37. Transmissor DMT

38. xDSL • High data rate DSL • Single line DSL • Very high data rate DSL

39. OFDM Orthogonal FDM – uma técnica moderna para redes wireless

40. “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 channel carrier magnitude subchannel frequency Subchannels are 312 kHz wide in 802.11a and HyperLAN II

41. OFDM Modem S/P quadrature amplitude modulation (QAM) encoder N-IFFT add cyclic prefix P/S D/A + transmit filter Bits 00110 TRANSMITTER multipath channel RECEIVER N subchannels N complex samples Receive filter + A/D P/S QAM decoder N-FFT S/P remove cyclic prefix invert channel = frequency domain equalizer

42. 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 • 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 magnitude frequency

43. 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