Optimización de Ancho de Banda: Fundamentos de Multiplexación y FDM en Comunicaciones

Conceptos Fundamentales de Multiplexación

Siempre que el ancho de banda de un medio que enlaza dos dispositivos es mayor que el ancho de banda que necesitan, el enlace se puede compartir.

La multiplexación es el conjunto de técnicas que permiten la transmisión simultánea de múltiples señales a través de un único enlace de datos.

Si la capacidad de transmisión del enlace es mayor que las necesidades de transmisión de los dispositivos conectados a él, la capacidad sobrante se malgasta. Un sistema eficiente maximiza la utilización de todos los recursos. El ancho de banda es uno de los recursos más preciados en las comunicaciones de datos. En un sistema multiplexado, 'n' líneas comparten el ancho de banda de un enlace.

Las líneas de origen envían sus flujos de transmisión a un multiplexor (MUX), que los combina en un único flujo (mucho a uno). En el extremo receptor, el flujo se introduce a un demultiplexor (DEMUX), que separa el flujo en sus transmisiones componentes (uno a muchos) y los dirige a sus correspondientes líneas.

Definiciones Clave

• Enlace: Se refiere al camino físico.
• Canal: Porción de un enlace que transporta una transmisión entre un par dado de líneas. Un enlace puede tener 'n' canales.

Técnicas de Multiplexación

Multiplexación por División de Frecuencia (FDM)

Es una técnica analógica que se puede aplicar cuando el ancho de banda de un enlace es mayor que los anchos de banda combinados de las señales a transmitir. En FDM, las señales generadas por cada dispositivo emisor se modulan usando distintas frecuencias portadoras. A continuación, estas señales moduladas se combinan en una única señal compuesta que será transportada por el enlace.

Las frecuencias portadoras están separadas por un ancho de banda suficiente como para acomodar la señal modulada. Estos rangos de ancho de banda son los canales a través de los que viajan las distintas señales. Los canales deben estar separados por franjas de ancho de banda sin usar (bandas de guarda) para prevenir que las señales se solapen. Además, las frecuencias portadoras no deben interferir con las frecuencias de datos originales.

Proceso de Multiplexación FDM

Cada fuente genera una señal con un rango de frecuencia similar. Dentro del multiplexor, estas señales se modulan sobre distintas frecuencias portadoras (f1, f2, f3). Las señales moduladas resultantes se combinan después en una única señal compuesta que se envía sobre un enlace que tiene un ancho de banda suficiente para acomodarlas.

Proceso de Demultiplexación FDM

El demultiplexor utiliza una serie de filtros para descomponer la señal multiplexada en sus señales componentes. Las señales individuales se pasan después a un demodulador que las separa de sus portadoras y las pasa a líneas de salida.

Sistema de Portadora Analógica

Las compañías telefónicas multiplexan las señales de líneas de bajo ancho de banda en líneas de gran ancho de banda.

Jerarquía de Señales Analógicas (AT&T)

Uno de los sistemas jerárquicos utilizados por AT&T está compuesto por:

• Grupos: 48 kHz - 12 canales de voz.
• Supergrupos: 240 kHz - 60 canales de voz.
• Grupos Máster: 2.52 MHz - 600 canales de voz.
• Grupos Jumbo: 16.989 MHz - 3600 canales de voz.