Capitulo TDMA

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CAPÍTULO V ACCESO MÚLTIPLE POR ASIGNACIÓN DE TIEMPO El acceso múltiple por asignación de tiempo (TDMA) es un protocolo de acceso múltiple en el cual muchas estaciones terrenas en una red de comunicaciones satelitales emplean una sola portadora para la transmisión vía cada transpondedor satelital en una base de división de tiempo; esto es, a todas las estaciones terrenas que operan en un mismo transpondedor se les permite que transmitan ráfagas (bursts) de tráfico en una trama (frame) de tiempo periódica –la trama TDMA. En la longitud de la ráfaga, cada estación terrena dispone del ancho de banda del transpondedor completo para su transmisión. El tiempo de transmisión de las ráfagas está cuidadosamente sincronizadote tal forma que todas las ráfagas que llegan al transpondedor delsatélite y que provienen de una comunidad de estaciones terrenas que pertenecen a la red están espaciadas en tiempo pero no existe un traslape. El transpondedor del satélite recibe una ráfaga a un tiempo, la amplifica y la retransmite a la tierra. Así, cada estación terrena que recibe el haz satelital transmitido por el transpondedor puede recibir la trama de la ráfaga completa y extraer las ráfagas que son dirigidas a ella. La fig. (5.1) muestra un diagrama simplificado de la operación de un TDMA. 5.1 ESTRUCTURA DE LA TRAMA TDMA En una red TDMA cada estación terrena transmite periódicamente una o más ráfagas al satélite. La señal de entrada al transpondedor del satélite que lleva tráfico TDMA consiste de un conjunto de ráfagas originadas desde un determinado número de estaciones terrenas. El conjunto de ráfagas se le llama una trama TDMA y se ilustra en la fig. (5.2). Consiste de dos ráfagas de referencia RB1 y RB2, Ráfagas de tráfico y el tiempo de guarda entre las ráfagas (bursts). La trama TDMA es el período entre los bursts de referencia RB1.

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Acceso Multiple por Division en Tiempo

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CAPÍTULO V

ACCESO MÚLTIPLE POR ASIGNACIÓN DE TIEMPO

El acceso múltiple por asignación de tiempo (TDMA) es un protocolo de acceso

múltiple en el cual muchas estaciones terrenas en una red de comunicaciones

satelitales emplean una sola portadora para la transmisión vía cada

transpondedor satelital en una base de división de tiempo; esto es, a todas las

estaciones terrenas que operan en un mismo transpondedor se les permite que

transmitan ráfagas (bursts) de tráfico en una trama (frame) de tiempo periódica

–la trama TDMA. En la longitud de la ráfaga, cada estación terrena dispone del

ancho de banda del transpondedor completo para su transmisión. El tiempo de

transmisión de las ráfagas está cuidadosamente sincronizadote tal forma que

todas las ráfagas que llegan al transpondedor delsatélite y que provienen de

una comunidad de estaciones terrenas que pertenecen a la red están

espaciadas en tiempo pero no existe un traslape. El transpondedor del satélite

recibe una ráfaga a un tiempo, la amplifica y la retransmite a la tierra. Así, cada

estación terrena que recibe el haz satelital transmitido por el transpondedor

puede recibir la trama de la ráfaga completa y extraer las ráfagas que son

dirigidas a ella. La fig. (5.1) muestra un diagrama simplificado de la operación

de un TDMA.

5.1 ESTRUCTURA DE LA TRAMA TDMA En una red TDMA cada estación terrena transmite periódicamente una o más

ráfagas al satélite. La señal de entrada al transpondedor del satélite que lleva

tráfico TDMA consiste de un conjunto de ráfagas originadas desde un

determinado número de estaciones terrenas. El conjunto de ráfagas se le llama

una trama TDMA y se ilustra en la fig. (5.2). Consiste de dos ráfagas de

referencia RB1 y RB2, Ráfagas de tráfico y el tiempo de guarda entre las

ráfagas (bursts). La trama TDMA es el período entre los bursts de referencia

RB1.

Page 2: Capitulo TDMA

5.1.1 Ráfagas (bursts) de referencia Cada trama TDMA normalmente consiste de dos bursts de referencia RB1 y

RB2 para fiabilidad. El burst de referencia primario (PRB), el cual puede ser

cualquiera de los dos RB1 o RB2, se transmite por una de las estaciones de la

red designada como la estación de referencia primaria (PRS). Un burst de

referencia secundario (SRB), el cual también puede ser cualquiera RB1 (si PRB = RB2) o RB2 (si PRB = RB1), se transmite por una estación de

Fig.( 5.1) Acceso múltiple por asignación de tiempo

Page 3: Capitulo TDMA

Fig. (5.2) Estructura de la trama TDMA Referencia secundaria (SRS) la cual permite una conmutación automática en el

caso de una falla de la estación de referencia primaria para proporcionar un

servicio ininterrumpido en la red TDMA. Los bursts de referencia no llevan

tráfico de información y se emplean para proporcionar referencias de tiempo

para todas las estaciones que accesan a un transpondedor de un satélite en

particular. Esto permite un satisfactorio intercalado de bursts dentro de una

trama de TDMA. Las estaciones de tráfico de TDMA toman su tiempo de

referencia del burst de referencia primario o del burst de referencia secundario

cuando hay una falla en la estación de referencia primaria.

5.1.2 Burst de Tráfico Los bursts de tráfico (TBs) transmitidos por las estaciones de tráfico llevan

información digital. Cada estación accesando a un transpondedor puede

transmitir uno o más bursts de tráfico por trama TDMA y puede colocarlos en

cualquier posición de la trama de acuerdo al plan de tiempo del burst que

coordina el tráfico entre estaciones. La longitud del burst de tráfico depende de

la cantidad de información que lleve y puede cambiarse si se requiere. La

ubicación de los bursts de tráfico en una trama toma como referencia al tiempo

Page 4: Capitulo TDMA

de ocurrencia del burst de referencia primario. Mediante la detección del burst

de referencia primario, una estación de tráfico puede localizar y extraer los

bursts de tráfico o porciones de los bursts de tráfico que se envían a ella.

También puede derivar en forma precisa el tiempo de transmisión de sus bursts

de tal manera que ellos lleguen al transpondedor del satélite en su posición

correcta dentro de la trama TDMA y evitar traslapamiento con los bursts que

provienen de otras estaciones.

5.1.3 Tiempo de guarda Se requiere de un tiempo de guarda corto entre los bursts originados en varias

estaciones que accesan a un transpondedor común para asegurar que los

bursts nunca se traslapan cuando llegan al transpondedor. El tiempo de guarda

debed ser lo suficientemente grande que permita diferencias en la precisión de

los tiempos de transmisión y en la variación de la tasa del satélite. El tiempo de

guarda normalmente es igual al intervalo de tiempo empleado para detectar el

pulso de tiempo de recepción que marca el inicio de una trama TDMA recibida

en una estación. No hay transmisión de información durante el tiempo de

guarda.

La longitud de la trama TDMA se selecciona normalmente para que esté en el

rango de 0.75 20≤≤ fT ms para servicios de voz. Generalmente es un múltiplo

de 0.125 ms, el cual es el período de muestreo de un PCM ( con una tasa de

muestreo de 8000Hz). La longitud de la trama (frame) se selecciona al principio

y permanece constante para un sistema TDMA. Sin embargo en el caso de que

un nuevo servicio requiera de un cambio en la longitud de la trama, ésta puede

alterarse redefiniendo el número de bits por trama y almacenando este número

en la memoria de la red.

5.2 ESTRUCTURA DE LA RÁFAGA (BURST) TDMA En general la estructura del burst de referencia y del burst de tráfico son como

se muestran esquemáticamente en la fig.(5.3). En el burst de tráfico, los bits de

información son precedidos por un grupo de bits referidos como un preámbulo

que se usa para sincronizar el burst y que lleva información de control y de

administración.

Page 5: Capitulo TDMA

Fig. (5.3) Estructura de una ráfaga (burst) TDMA

Page 6: Capitulo TDMA

El burst de referencia contiene solamente el preámbulo, esto es, no contiene

datos de tráfico Normalmente el preámbulo consiste de tres partes contiguas: la

secuencia de recuperación de reloj y portadora (CCR), la palabra única

(UW) y el canal de señalización

5.2.1 Secuencia de recuperación de reloj y portadora (CCR) Cada burst comienza con una secuencia de bits o símbolos (para modulación

tal como la QPSK) lo cual permite al demodulador de la estación terrena

recuperar la fase de la portadora y regenerar el reloj del tiempo del símbolo o

del bit para la demodulación de los datos. Normalmente, la longitud de la

secuencia de recuperación del reloj y la portadora depende de la razón

portadora a ruido a la entrada del demodulador y del rango de adquisición

(incertidumbre de la frecuencia de portadora). Una alta razón portadora a ruido

y un pequeño rango de adquisición requiere de una corta secuencia CCR y

viceversa. Típicamente, un sistema TDMA con una alta tasa de bit requiere una

larga secuencia CCR, por ejemplo, 300 a 400 bits ( 150-200 símbolos) para

120 Mbps TDMA.

5.2.2 Palabra única La Palabra única que sigue a la secuencia de recuperación de portadora y de

reloj se emplea en el burst de referencia para proporcionar el tiempo de la

trama del receptor que permita a una estación localizar la posición de un burst

de tráfico en la trama. La palabra única en el burst de tráfico marca el tiempo

de ocurrencia del burst de tráfico y proporciona el tiempo del burst del receptor

que permite a la estación extraer solamente los subbursts requeridos dentro

del burst de tráfico. La palabra única es una secuencia de unos y ceros

seleccionados para exhibir buenas propiedades de correlación para realzar la

detección. En el demodulador, la palabra única entra a un detector de palabra

única, semejante al correlador digital que se muestra en la fig. (4.4), donde es

correlacionada con un patrón almacenado de si misma. El correlador consiste

de dos registros de corrimiento de N etapas (donde N es la longitud de la

palabra única), N sumadores de módulo2, un sumador y un detector de umbral.

Los datos recibidos son desviados en el registro de corrimiento en

sincronización con la tasa del reloj de los datos. En cada etapa del registro de

Page 7: Capitulo TDMA

corrimiento es aplicado a un sumador de módulo 2 cuya salida es un cero

lógico cuando el bit de datos o símbolo en el paso está en concordancia con el

bit o símbolo de la palabra única almacenada en la misma posición. Todas las

salidas de los sumadores de módulo 2 se suman y el resultado se compara a

un umbral preestablecido por el detector de umbral. La salida del sumador es

así una función de pasos representando el número de coincidencias o

desacuerdos entre los datos de entrada y el patrón de la palabra única

almacenada. El máximo número de errores permitidos en la detección de la

palabra única Se le llama umbral de detección ε. Cuando los errores de

correlación son iguales o inferiores a ε, se declara la detección de la palabra

única. La detección de la palabra única ocurre al instante de la recepción del

último bit o símbolo de la palabra única y se usa para marcar el tiempo de la

trama recibida si la palabra única pertenece al burst de referencia primario, o

para marcar el tiempo del burst del tráfico recibido si la palabra única

pertenece al burst de tráfico. La posición de cada burst en la trama está

definida con respecto al tiempo de trama recibido, y la posición de cada

subburst en un burst de tráfico está definido con respecto al tiempo del burst

recibido del burst. Una detección exacta de la palabra única es de gran

importancia en un sistema TDMA. Por ejemplo, cuando la palabra única de un

burst de tráfico se pierde, también se pierde el tráfico entero del burst. Esto

origina impulsos o ruidos en la transmisión de voz. En la transmisión de datos

cuando se pierde un bloque se incrementa la tasa de error del bit. Una falsa

detección del burst de referencia primario de la palabra única genera un

tiempo de la trama de recepción equivocado y consecuentemente un incorrecto

tiempo en la trama de transmisión, originando que la estación terrena transmita

fuera de sincronía dando lugar a un traslapamiento con otros bursts en el

sastélite. Una falsa detección se genera cada vez que los datos o el ruido

coinciden con el patrón de la palabra única almacenada hasta el punto de que

el número de bits o símbolos en desacuerdo sean menores que el umbral de

detección ε. Un error en la palabra única ocurre cuando el ruido del canal causa

más de ε errores en la secuencia de la palabra única recibida, haciendo que el

número de bits o símbolos en desacuerdo excedan el umbral de detección ε.

En general, para una longitud de una palabra única dada, incrementar el

Page 8: Capitulo TDMA

Fig. 5.4 Detector de palabra única

umbral de detección ε origina que la probabilidad de detección errónea

disminuya, pero se eleva la probabilidad de falsa detección. Por otra parte

disminuyendo ε para mejorar la probabilidad de la falsa detección, se

incrementa la probabilidad de detección erronea.

Basándose en la discusión anterior la probabilidad de detección erronea para

una palabra única de longitud N es la probabilidad de que se tengan ε + 1 o

más errores. Si p es la probabilidad de error promedio para los datos

recibidos, entonces la probabilidad ( )iP que i bits o símbolos fuera de N sean

erroneos está dada por las distribución binomial

Page 9: Capitulo TDMA

( ) iNi ppiN

iP −−

= )1( (5.1)

donde )!(!

!iNi

NiN

−=

La probabilidad de una detección correcta es así la suma de las probabilidades

de 0,1,2,…,ε errores:

iNi

iC pp

iN

P −

=

= ∑ )1(

0

ε

(5.2)

Consecuentemente la probabilidad de detección erronea MP es simplemente

CM PP −= 1 ó

iNiN

iM pp

iN

P −

+=

= ∑ )1(

(5.3)

La probabilidad de detección erronea MP se muestra en forma de gráfica en la

fig. (5.5) para 310−=p la cual es la probabilidad de error de umbral típica para

los datos del enlace. Se observa, que para una probabilidad de error de enlace

dada, la probabilidad de detección de error (miss) de la palabra única MP

puede reducirse disminuyendo la longitud N de la palabra única o

incrementando el valor del umbral de detección ε. En cualquier caso, N y ε

deben seleccionarse de tal forma que =MP << p .

La probabilidad de falsa detección FP está dada por la probabilidad de que

datos aleatorios (se supone que los bits de datos 1y 0 son generados con la

misma probabilidad) accidentalmente correspondan al patrón de la palabra

única almacenada hasta el punto de que el número de bits o símbolos en

desacuerdo no exceda el umbral de detección ε. Para una palabra única de

longitud N, hay N2 combinaciones en las cuales pueden ocurrir datos

aleatorios, entonces la probabilidad de la ocurrencia de una combinación única

que corresponda al patrón de la palabra única almacenada es N21 , lo cual es

también la probabilidad de la falsas detección cuando ε = 0. Para un valor dado

de ε, el número total de posibles combinaciones en las cuales pueden ocurrir ε

o menos errores es )(0∑=

ε

i iN . Así, la probabilidad de que N bits o símbolos de

Page 10: Capitulo TDMA

Fig.(5.6) Probabilidad de falsa detección de la palabra única

PF

PM

Page 11: Capitulo TDMA

datos aletorios sean decodificados como la palabra única, o la probabilidad de

falsa detección FP , es

∑=

=

ε

021

iNF i

NP (5.4)

y es independiente de la probabilidad de error del enlace. La probabilidad de

falsa detección se grafica en la Fig. (5.6). Se observa que FP puede reducirse

al incrementar la longitud de la palabra única N o disminuyendo el umbral de

detección ε.

Ejemplo:

considérese una palabra única de longitud N = 40 y un umbral de detección de

ε = 5. La probabilidad de detección de error (miss) MP para una probabilidad de

error de enlace dado de 310−=p se observa en la gráfica de la fig. (5.5) que

≈MP 5 X 1210−

Si la tasa de datos es R = 60 Mbps, entonces puede esperarse que ocurra una

falsa detección de al menos 60 veces cada segundo.

El ejemplo anterior muestra que ocurre muy infrecuentemente una palabra

única erronea, en contraste con una falsa detección. Para evitar este problema,

se emplea la técnica de apertura para suprimir la falsa detección. El período

del tiempo de apertura se inicia con la detección del pulso de la palabra única y

una trama TDMA, después se forma una ventana de apertura en la ocurrencia

esperada del pulso de detección de la palabra única , como se muestra en la

fig. (5.7). Todos los pulsos de correlación que no ocurran dentro de la apertura

son suprimidos. La ventana de apertura permite la detección de la palabra

única dentro del intervalo de tiempo especificado. La longitud de la ventana de

apertura debe ser suficiente para compensar el desvío de la palabra única de

su posición esperada como resultado de la incertidumbre de tiempo en el

sistema TDMA a consecuencia del movimiento del satélite. La fig. (5.8) muestra

la posición de la ventana de apertura relativa al pulso de detección como

resultado de la correlación de la secuencia de recuperación del reloj y la

portadora que precede a la palabra única y a la palabra única en si misma con

el patrón de la palabra única almacenada. Cuando ellas son desviadas

secuencialmente en el registro de corrimiento. La ventana de apertura es W

Page 12: Capitulo TDMA

Fig. ( 5.7) Técnicas de apertura para reducir la falsa detección

bits, y la ocurrencia de la detección de la palabra única relativa al final de la

apertura es X bits. Si X = 0, la apertura está en la posición más avanzada. Un

avance adicional de la apertura hacia la izquierda originará que la detección de

la palabra única sea errónea. Para X = W-1, la ventana de apertura está en la

posición menos avanzada. Si la apertura se coloca algo hacia atrás, la

detección de la palabra única será errónea. En la práctica X=W/2 es la posición

nominal para la apertura relativa a la ocurrencia de la detección de la palabra

única. Obsérvese que la ocurrencia de la detección de la palabra única

completa el proceso de detección de la palabra única por lo tanto el patrón de

bits o de símbolos del preámbulo que siguen a la secuencia de la palabra única

no juega un papel en el proceso de correlación y solamente la secuencia de

recuperación de reloj y portadora toman parte en la correlación. Obsérvese que

en el peor de los casos, cuando la apertura está en la posición más avanzada,

esto es en X=0, la función de correlación a la salida del sumador en el intervalo

W-1 bits antes de la detección de la palabra única puede causar una falsa

detección en el número de bits en desacuerdo durante cualquier intervalo de

correlación de 1 bit que ocurra y que sea menor al nivel de umbral ε. Por lo

tanto es importante seleccionar que los últimos W-1 bits de la secuencia de

Page 13: Capitulo TDMA

Función de correlación debido a parte de la secuencia CCR y parte de la

secuencia UW

Fig. ( 5.8) Posición de la ventana de apertura

recuperación de reloj y portadora de tal manera que no exhiban una fuerte

correlación con el patrón de la palabra única. Un ejemplo de dicha selección se

ilustra en la fig. (5.9), donde se muestra la función de correlación dentro de la

ventana de apertura W=23 bits y X=2 bits. La amplitud de las funciones de

correlación dependen del número de bits en la secuencia de recuperación de

reloj y portadora que reside en el registro de corrimiento. La correlación de

cualquier bit ib en el registro de corrimiento con el correspondiente bit 'ib de la

palabra única almacenada es la salida del sumador de módulo 2 y está dado

por la siguiente regla: 'ii bb ⊕ 0 1

0 0 1

1 1 0

Page 14: Capitulo TDMA

Fig. (5.9) Función de correlación de CCR, UW y secuencias UW almacenadas

Se observa, que cuando los últimos 10, 8, y 6 bits de la secuencia de

recuperación de reloj y portadora y los primeros 10, 12 y 14 bits de la palabra

única que reside en el registro de corrimiento, las funciones de correlación

tienen las siguientes más baja amplitud de 7. Cuando todos los 20 bits de la

palabra única que reside en el registro de corrimiento, la función de correlación

tiene una amplitud de 0. Si el umbral de detección ε se selecciona de tal

manera que ε < 7, entonces la palabra única es detectada. Para esta particular

secuencia de recuperación de reloj y portadora y esta particular palabra única,

el valor medio de la amplitud de la correlación debido a las combinaciones de la

Función de Correlación

Page 15: Capitulo TDMA

secuencia de recuperación de reloj y portadora y la palabra única es N/2 =10

con δ fluctuaciones de amplitud, donde -3≤ δ ≤ 3. La probabilidad de falsa

detección PF claramente depende del ancho W de la apertura y de la amplitud

de la función de correlación. También depende de la posición X del final de la

apertura relativa a la ocurrencia de la detección de la palabra única. Como una

ilustración considérese el caso de la fig. (5.9) con X=0. Si W=1, entonces PF=0.

Dado que la única función de correlación que aparece dentro de la apertura es

la correlación de la palabra única. Cuando W=2 existe una función de

correlación adicional incluyendo el último bit de la secuencia de recuperación

de reloj y portadora más N -1=19 bits de la palabra única en el registro de

corrimiento. Si no hay errores, la amplitud de este pulso será N/2+δ =12,

donde δ = 2, y no ocurrirá falsa detección antes de la ocurrencia del puso de

correlación de la palabra única. Sin embargo si la secuencia de arriba contiene

entre N/2+δ -ε = 12- ε y N/2 +δ = 12 errores (ε < 7), se alcanzará el umbral de

correlación y ocurrirá una falsa detección. La probabilidad de falsa detección

es la probabilidad de que i bits, N/2+δ - ε ≤ i ≤ N/2+δ , de cada N/2+δ bits

en desacuerdo estarán en error:

iNiN

NiN pp

i

NP −+

+

−+=+ −

+= ∑ δ

δ

εδδ

δ 2/2/

2/2/ )1(2 (5.5)

donde p es la probabilidad de error del enlace. En el caso de W=2 la

probabilidad falsa es 22/ +NP .

Considérese ahora el caso en donde W= 3; hay dos funciones de correlación

que existen antes de la ocurrencia de la detección de la palabra única. Esto nos

proporciona dos oportunidades para una falsa detección. La probabilidad total

( )de una falsa detección es la suma de las probabilidades individuales. La

probabilidad de una falsa detección de la primera correlación (el último bit en la

secuencia CCR y los primeros bits N-1 en la secuencia UW) es justamente

δ+2/NP como se expresa en (5.5). la probabilidad de una falsa detección de la

segunda correlación (los últimos 2 bits en la secuencia CCR y los primeros N-2

bits en la secuencia UW) es la probabilidad unión que el primer bit es correcto,

el cual es 1- p , y que la segunda correlación contiene entre N/2+δ -ε = 9- ε y

Page 16: Capitulo TDMA

N/2 +δ = 9 errores (δ = -1), lo cual es δ+2/NP en (5.5) con δ = -1. Así la

probabilidad unión es 12/)1( −− NPp . La probabilidad de falsa detección total es

12/22/2 )1( −+ −+= NN PpPP (5.6)

Procediendo de una manera similar, la probabilidad total de una falsa detección

es:

PF = 22/3

12/2

12/22/ )1()1()1( +−−+ −+−+−+ NNNN PpPpPpP

32/6

32/5

12/4 )1()1()1( −+− −+−+−+ NNN PpPpPp

32/9

32/8

32/7 )1()1()1( +−+ −+−+−+ NNN PpPpPp

12/12

2/11

12/10 )1()1()1( −− −+−+−+ NNN PpPpPp

12/15

2/14

22/13 )1()1()1( +− −+−+−+ NNN PpPpPp

2/18

12/17

2/16 )1()1()1( NNN PpPpPp −+−+−+ +

2/19)1( NPp−+

(5.7)

Para p < 10-3 , )33(2/2/ ≤≤−≈+ δδ NN PP y

PF 2/

1)1(1N

XW

Ppp −−−−

≈ 2,23 == XW (5.8)

La probabilidad de falsa detección anterior será reducida aún más cuando la

ventana de apertura se posicione de tal manera que 2/WX = .

La selección de la ventana de aperturaW determina directamente el tiempo de

guarda entre los bursts. No obstante que el satélite es estacionario en una

órbita geoestacionaria, la situación es aproximada debido a la atracción del sol

y de la luna. Un análisis de la desviación de una órbita geoestacionaria revela

que, para el peor caso, las variaciones debido al efecto Doppler es de

aproximadamente 40 ns/s. Para un sistema TDMA con una tasa de bits de

burst de R bits por segundo, la desviación Doppler es equivalente a 40 x 10-9 R

bits por segundo. Dado que la ventana de apertura es W bits centrados

Page 17: Capitulo TDMA

alrededor del puso de detección de la palabra única esperada, el tiempo

requerido para que se desvíe fuera de su apertura es aproximadamente

W/(80X10-9 R) segundos.

Por lo tanto cada estación debe de corregir su tiempo de transmisión al menos

una vez cada W/(80X10-9 R) segundos. También el tiempo de guarda entre

bursts debe ser al menos tan grande como el ancho de la apertura para

garantizar el no traslapamiento de los bursts si los pulsos de detección de la

palabra única de dos bursts adyacentes se desvían a los extremos opuestos de

sus aperturas respectivas. Para proporcionar un grado adicional de protección

contra la posibilidad de traslapamiento de bursts, el tiempo de guarda debe

seleccionarse mayor que el de la ventana de apertura.

5.2.3 Canal de Señalización En general el canal de señalización del burst de referencia consiste de los

siguientes subbursts:

1. Un canal de órdenes que lleva voz (telefonía) y datos mediante el cual

se pasan instrucciones hacia y desde las estaciones terrenas. El canal

de órdenes ( order wire) es un término empleado en conmutación de

telefónica para describir un circuito en el cual los operadores y el

personal de mantenimiento pueden hablarse uno con el otro. Los

operadores emplean el canal de órdenes (order wire) para realizar

llamadas.

2. Un canal de administración el cual se envía por las estaciones de

referencia a todas las estaciones de tráfico llevando tramas de

instrucciones de administración tales como cambios en el plan de tiempo

del burst. El plan del tiempo del burst describe la coordinación del tráfico

entre estaciones. Identifica las fronteras de las ranuras de tiempo de la

trama que ubica a las estaciones, esto es, posiciones del burst. También

identifica la posición, la longitud y la fuente o estaciones de destino que

corresponde los subbursts en los bursts. Este canal también lleva

mensajes de monitoreo y control a las estaciones de tráfico cuando las

estaciones de referencia quieren obtener un reporte del estado

(monitoreo) y/o controlar la conmutación de subsistemas en las

estaciones de tráfico en forma remota.

Page 18: Capitulo TDMA

3. Un canal del tiempo de transmisión que lleva información de

adquisición y sincronización de las estaciones de tráfico lo que les

permite ajustar el tiempo de sus bursts transmitidos de tal manera que

estos lleguen al transpondedor del satélite dentro de las ranuras de

tiempo correctas en la trama TDMA. También lleva los códigos del

estado de la estación, lo cual permite que las estaciones de tráfico

identifiquen los bursts de referencia primario y secundario RB1 y RB2 como se muestra en la fig.(5.2).

El canal de señalización del burst de tráfico consiste de los siguienmtes

subbursts:

1. Un canal de órdenes el cual es el mismo que le canal de órdenes del

burst de referencia.

2. Un canal de servicio que lleva el estatus de las estaciones de tráfico a

la estación de referencia u otra información tal como la alta tasa de error

del bit y las alarmas de la pérdida de la palabra única a otras estaciones

de tráfico. Por lo tanto estos subbursts en el preámblo, tanto en los burst de referencia

y tráfico pueden llevar subbursts adicionales que contienen el número de

identificación de la trama (para propósitos de administración de la trama),

número de identificación de la estación, y tipos de bursts transmitidos

(bursts de referencia primario, secundario, bursts de tráfico). Pueden

emplearse diferentes tipos de palabra única para proporcionar la

identificación del burst.

5.2.4 Datos de tráfico La Información de tráfico se transporta en el burst de tráfico siguiendo

inmediatamente al preámbulo. La longitud de un subburst de tráfico

depende primeramente del tipo de servicios y del número total de canales

requeridos para cada servicio que está siendo soportado por el burst. Esta

porción contiene información del usuario que llama al ser comunicado con el

destinatario, ya sea si son señales de facsimil, voz, datos o video. La

información de cada canal es transmitido como subbursts continuos. El

tamaño de cada subburst puede seleccionarse de tal manera que tenga

cualquier número de bits para acomodar específicamente la actual

Page 19: Capitulo TDMA

velocidad de la señal de voz, datos video o facsimil. Por ejemplo, un canal

de voz PCM es equivalente a 64 kbps; si la longitud de la trama Tf =2 ms, el

subburst resultante de un canal de voz PCM tiene 128 bits de longitud.

Cada estación en una red TDMA normalmente puede transmitir muchos

bursts de tráfico que contienen diferentes números de subburts por trama y

también es capaz de de recibir muchos bits de tráfico o subburts por trama.

5.3 Eficiencia de la trama TDMA La eficiencia de la trama TDMA depende del porcentaje de la longitud de

la trama Tr localizada en los datos de tráfico. Entre mayor sea este

porcentaje, será mayor la eficiencia del sistema. Con el fin de alcanzar esta

meta, la porción de encabezado de la trama (o sea los tiempos de guarda, y

los preámbulos) tienen que ser pequeños, pero no a tal grado de hacer

difícil el diseño del sistema. La secuencia de recuperación de reloj y

portadora debe de ser lo suficientemente grande para proporcionar

suficiente tiempo para la adquisición estable de la portadora y para

minimizar el efecto de interferencia interburst ( la cola del burst precedente

interfiere con la cabeza del burst que le sucede, degradando la razón señal

a ruido del último) originado por una respuesta finita del filtro en el

demodulador. Además, el tiempo de guarda entre bursts debe ser

suficientemente grande que permita la tolerancia de sincronización debido a

la incertidumbre de la posición del satélite y el método empleado para la

sincronización de la trama. Por lo tanto, debe de considerarse

cuidadosamente un equilibrio entre la eficiencia del TDMA y la

implementación del sistema en cualquier diseño de TDMA.

La eficiencia de la trama TDMA η se define generalmente como:

TfTx−= 1η (5.9)

Donde xT es la porción del encabezado de la trama. Si hay n bursts en una

trama, entonces xT puede expresarse como

∑=

+=n

iipgx TnTT

0, (5.10)

Page 20: Capitulo TDMA

donde gT = es el tiempo de guarda entre bursts y ipT , = el preámbulo del

burst i .

Es obvio que la eficiencia de la trama puede incrementarse sin disminuir el

encabezado simplemente aumentando la longitud de la trama. Pero esto a

su vez incrementa la cantidad de memoria necesaria para almacenar los

datos que provienen de la tierra a una tasa continua para una trama, para

transmitir los datos a una tasa de bit del burst mucho mayor al satélite, y

almacenar los bursts de tráfico recibidos y convertirlos a datos terrestres

continuos más bajos. Además la longitud de la trama tiene que mantenerse

pequeña comparada al máximo retardo total del satélite de

aproximadamente 274 ms (con un ángulo de elevación de 50 ) para evitar

adicionar un retardo significante a la transmisión del tráfico de voz. Para

tráfico de voz la longitud de la trama se selecciona normalmente menor a 20

ms.

Como un ejemplo, considérese un sistema TDMA con la estructura de trama

y burst tal como se ilustra en las figs 5.2 y 6.3 respectivamente. El cálculo

de la eficiencia de la trama se basa en los siguientes parámetros:

1. La longitud de la trama TDMA es de 15 ms.

2. La tasa de bit del burst TDMA es 90 Mbps.

3. Cada una de las 10 estaciones transmite 2 burst de tráfico para un total

de 20 bursts de tráfico en la trama más dos bursts de referencia.

4. La longitud de la secuencia de recuperación de reloj y portadora es de

352 bits.

5. La longitud de la palabra única es de 48 bits.

6. El canal de órdenes tiene 510 bits

7. El canal de administración tiene 256 bits.

8. El canal de tiempo de transmisión tiene 320 bits.

9. El canal de servicio tiene 24 bits.

10. El tiempo de guarda se asume qu es de 64 bits.

Con los datos anteriores se tiene:

Número bits en el preámbulo del burst de referencia : 1486

Número de bits en el preámbulo del burst de tráfico : 934

Page 21: Capitulo TDMA

Número total de bits de encabezado: 23,060

Número total de bits en una trama ( 15ms x 90 Mbps): 1.35x106 .

Eficiencia de la trama: 98.29%.

Suponiendo que todos los datos de tráfico son de voz codificada en PCM.

Cada canal de voz tiene una tasa de 64 kbps y cada canal es transmitido

mediante un subburst en el burst de tráfico. El número de bits en una trama

de 15 ms para un subburst de voz es 64 kbps x 15 ms = 960. El número

máximo de canales de voz PCM transportado en una trama es 0.9829 x

1.35 x 106 / 960 ≈ 1382.

5.3 Estructura de una supertrama TDMA Las dos funciones más críticas en una red TDMA son el control de la posición

del burst en la trama y la coordinación del tráfico entre estaciones de tal

manera que cualquier rearreglo de la posición y longitud de los bursts no cause

disturbios en el servicio o el traslapamiento de los bursts. El control de la

posición de los bursts puede llevarse a cabo por la estación de referencia

empleando el canal del tiempo de transmisión, mientras que la coordinación del

tráfico se logra a través del canal de administración del burst de referencia.

Para proporcionar control y coordinación, la estación de referencia tiene que

dirigir todas las estaciones de tráfico en la red. Si hay N estaciones que tengan

que ser dirigidas en la red, habrá N mensajes en el canal del tiempote

transmisión y N mensajes en el canal de administración del burst de referencia.

Además, para proporcionar comunicación libre de error para estos mensajes

críticos de control y coordinación, normalmente se emplea alguna forma de

codificación. La codificación más comúnmente empleada para estos canales

es el algoritmo de codificación con redundancia 8:1 donde un bit de información

es repetido 8 veces de acuerdo a un patrón predeterminado y entonces

decodificado usando lógica de decisión mayoritaria en el extremo receptor.

Esto efectivamente incrementa la ranura de tiempo localizada a cada ocho

veces el mensaje y además reduce la eficiencia de la trama. El mismo

razonamiento se aplica a los canales de servicio de los bursts de tráfico.

Page 22: Capitulo TDMA

Con el fin de reducir la longitud del preámbulo de los bursts de referencia y los

bursts de tráfico, la estación de referencia puede enviar un mensaje a una

estación por trama en lugar de N mensajes a N estaciones por trama. Para

direccionar N estaciones en la red, el proceso toma N tramas. Por ejemplo, la

estación 1 es direccionada por la estación de referencia en la trama 1, la

estación 2 por uno en la trama 2 y así sucesivamente y finalmente la estación N

por un mensaje en la trama N. El procedimiento se repite de la misma manera

para las siguientes N tramas hasta completarse. Similarmente, si el reporte del

estatus se envió por la estación de tráfico a la estación de referencia, u otra

información se envió a otras estaciones de tráfico, se envían sobre N tramas y

se repite hasta completarla, la longitud del preámbulo del burst de tráfico

también se reducirá y en consecuencia la eficiencia de la trama se

incrementará

De esta manera, N tramas pueden agruparse en un grupo llamado supertrama,

donde N es el número de estaciones direccionadas por la estación de

referencia como se muestra en la fig. (5.10)

Fig. (5.10) Supertrama

Para identificar las tramas en una supertrama, un número identificador de tramas puede incluirse en el canal de administración o en un canal separado en el burst de referencia para cada trama. Normalmente el número de identificación de la trama 1 sirve como el marcador de la supertrama. Alternativamente, diferentes palabras únicas pueden emplearse por los bursts de referencia y los bursts de tráfico para distinguir los marcadoresd e supertramas de los marcadores de tramas. Cuando el número de estaciones N en la red es fijo, o se conoce su máximo, es fácil diseñar el canal de servicio de los burst de tráfico de manera que su mensaje transmitido por el canal de servicio de los bursts de tráfico esté limitado a un máximo de 40 bits. Si se emplea el algoritmo de codificación de redundancia 8:1 para el mensaje, éste tomará 320 bits para transmitirlo. Si se supone que N=10 ( Esto es que una supertrama consiste de 10 tramas): entonces se necesitaría una supertrama para transmitir el mensaje de 320 bits

Page 23: Capitulo TDMA

con 32 bits por trama. Esto es, el canal de servicio ocupa una ranura de tiempo de solamente 32 bits. Aunque la tasa de transmisión de datos del mensaje es ahora de solamente 4 bits por trama, la eficiencia de la trama se incrementa significativamente cuando se compara para transmitir 320 bits por trama (40 bits de datos del mensaje por trama). Cuando el número de estaciones N en la red es variable, esto es, la red puede crecer, y si se emplea la asignación por demanda, puede ser apropiado transmitir los mensajes en el canal de servicio de los bursts de tráfico y los mensajes de asignación de demanda en un burst corto de supertrama (SSB) a la tasa de la supertrama. Esto es, cada una de las N estaciones de la red transmite un burst corto de supertrama, uno por supertrama. En otras palabras, cada trama de una supertrama contiene un burst corto de supertrama de una estación designada, como se ilustra en la figura (5.11).

Fig. (5.11) Posición de los bursts cortos de supertrama en una supertrama

Para el ejemplo anterior, el burst corto de supertrama estará ubicado en una

ranura de tiempo de 320 bits para un mensaje de 40 bits con un código

redundante de redundancia de 8:1. Obsérvese que la tasa de datos del

mensaje es aún 40 bits por supertrama, como en el caso donde un canal de

servicio con 4 bits de datos de mensaje por trama se emplea en un burst de

tráfico. La ventaja de poner el canal de servicio en el burst corto de supertrama

en lugar de en el burts de tráfico es la de incrementar la eficiencia de la trama

cuando una estación transmite más de un burst de tráfico por trama. Dado que

los mensajes en el canal de servicio de todos los bursts de tráfico en la misma

trama que se originan en la misma estación son normalmente idénticos por

facilidad de diseño, la redundancia de los mensajes reduce la eficiencia de la

trama. La fig. (5.12) muestra un típico burst corto de supertrama.

5.5 Adquisición de trama y sincronización En un sistema TDMA, una estación de tráfico debe desarrollar dos funciones:

Page 24: Capitulo TDMA

En el lado receptor, la estación de tráfico debe de tener posibilidades de recibir

bursts de tráfico dirigidos a ella desde un transpondedor satelital

periódicamente en cada trama.

En el lado transmisor, la estación de tráfico debe de ser capaz de transmitir

bursts de tráfico dirigidos a otras estaciones periódicamente en cada trama de

tal manera que los bursts lleguen a un transpondedor satelital sin traslaparse

con bursts de otras estaciones de tráfico.

Fig. ( 5.12) Estructura de un burst corto de supertrama

Como se mencionó anteriormente, el tiempo de referencia e un sistema TDMA

está proporcionado por el burst de referencia primario. Para detectar la palabra

única del burst de referencia primario, la estación de tráfico puede establecer el

tiempo de la trama de recepción (RFT) el cual se define como el instante de

ocurrencia del último bit o símbolo de la palabra única del burst de referencia

primario. También, el último bit o símbolo de la palabra única del burst de

tráfico marca su tiempo de burst de recepción (RBT). Dado que el tiempo de

la trama de recepción marca el inicio de una trama recibida, la posición de un

burst de tráfico en una trama recibida está determinada por la desviación entre

lel tiempo de trama de recepción y el tiempo del burst de recepción. Esta

desviación ( en bits o símbolos) está contenida en un plan de tiempo de burst

de recepción el cual es almacenado en la memoria de la estación de tráfico.

Empleando el plan de tiempo del burst de recepción, la estación de tráfico

Page 25: Capitulo TDMA

puede extraer cualquier burst de tráfico que sea dirigida a ella de una trama

recibida.

Para transmitir un burst de tráfico de tal manera que este llegue al

transpondedor del satélite dentro de la posición ubicada en la trama, la estación

de tráfico debe establecer un tiempo de trama de transmisión (TFT), el cual

marca el inicio de la trama de transmisión de la estación y un tiempo de burst

de transmisión (TBT), el cual marca el inicio de la transmisión del burst de

tráfico al satélite. La posición del burst de tráfico en una trama transmitida está

determinada por la desviación entre el tiempo de la trama transmitida y el

tiempo del burst transmitido. Esta desviación está contenida en un plan de

tiempo de burst transmitido almacenado en la memoria de la estación de

tráfico. Si la estación de tráfico transmite un burst de tráfico al tiempo de la

trama de transmisión, este llegará al transpondedor del satélite al mismo

tiempo que el burst de referencia primario que marca el inicio de una trama en

el transpondedor. Cualquier burst de tráfico transmitido en su tiempo de burst

de transmisión se ubicará en su posición apropiada en la trama TDMA en el

transpondedor. De esta manera, los bursts de tráfico de muchas estaciones

que accesan a un transpondedor particular caerán en su posición preasignada

en la trama hacia el transponder y no ocurrirá traslapamiento de bursts.

A los procesos de adquirir el tiempo de la trama de recepción y el tiempo de la

trama de transmisión se les llama Adquisición de la trama de recepción

(RFA) y Adquisición de la trama de transmisión (TFA) respectivamente. A

los procesos de mantener estos tiempos se les llama Sincronización de la

trama de recepción (RFS) y Sincronización de la trama de transmisión

(TFS).