Repaso de tratamiento de señal
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4. Multiplexación por división de tiempo:
La Multiplexación por división de tiempo o TDM por sus siglas en inglés es una técnica que permite transmitir varios canales de información a través de un mismo medio físico, aprovechando el ancho de banda disponible. La idea es que cada canal ocupe una porción del tiempo, llamada ranura o slot, y se vaya alternando con los demás canales en un ciclo repetitivo. De esta forma, se crea la ilusión de que cada canal tiene el medio exclusivo para sí mismo. La multiplexación por división de tiempo se usa principalmente en sistemas de transmisión digital, como la telefonía móvil, las redes de datos o la televisión digital.
Para entender mejor cómo funciona la TDM, podemos imaginar un ejemplo sencillo. Supongamos que tenemos cuatro teléfonos que quieren comunicarse con una central telefónica usando un solo cable. Si usamos la TDM, lo que hacemos es dividir el tiempo en cuatro ranuras iguales, y asignar cada una a un teléfono. Así, el primer teléfono envía su señal en la primera ranura, el segundo en la segunda, y así sucesivamente. Luego, se repite el ciclo y cada teléfono vuelve a enviar su señal en su ranura correspondiente. La central telefónica recibe las señales de los cuatro teléfonos y las separa según el orden temporal en que llegan. De esta forma, se establece una comunicación simultánea entre los cuatro teléfonos y la central, usando un solo cable.
El siguiente esquema muestra gráficamente, con otro ejemplo, cómo se realiza la TDM:
La imagen que se observa arriba muestra un esquema de la técnica de Multiplexación por División de Tiempo.
Para realizar la multiplexación por división de tiempo se necesita un dispositivo llamado multiplexor, que se encarga de combinar las señales de entrada en una sola señal de salida. El multiplexor funciona sincronizado con un reloj, que determina la duración y el orden de las ranuras. Cada ranura tiene una longitud suficiente para transmitir una muestra o un bit de cada señal. El multiplexor alterna las señales de entrada y las envía secuencialmente por el canal común.
En el extremo receptor, se necesita otro dispositivo llamado demultiplexor, que se encarga de separar las señales de salida del canal común y enviarlas a sus destinos correspondientes. El demultiplexor también funciona sincronizado con el reloj del multiplexor, para poder identificar las ranuras y las señales que contienen. El demultiplexor recupera las señales originales y las reconstruye a partir de las muestras o los bits recibidos.
Descripción de cada componente del esquema:
Entradas: En la parte superior del esquema, se muestran cuatro señales de entrada etiquetadas como (x_1(t)), (x_2(t)), (x_3(t)) y (x_m(t)). Estas representan las señales que se van a multiplexar.
Filtros LPFs: Las señales de entrada pasan a través de filtros de paso bajo (LPFs, por sus siglas en inglés) antes y después del canal de transmisión. Estos filtros se utilizan para limitar el ancho de banda de las señales.
Canal de transmisión: Este es el medio a través del cual se transmiten las señales multiplexadas.
Salidas: Las señales de salida, etiquetadas como (x_1(t)), (x_2(t)), (x_3(t)) y (x_m(t)), son las señales demultiplexadas que se obtienen después de pasar por el canal de transmisión y los filtros LPFs.
Onda PAM multiplexada: En la parte inferior del esquema, se muestra una onda de modulación por amplitud de pulsos (PAM, por sus siglas en inglés) multiplexada. Esta onda representa cómo se organizan las señales en marcos dentro del método TDM.
Para reforzar el concepto básico de TDM presentamos un último ejemplo: En este ejemplo, se tienen tres señales digitales (A, B y C) que se quieren transmitir por un mismo canal. Cada señal tiene una tasa de datos diferente: A = 4 bits/s, B = 2 bits/s y C = 1 bit/s.
| Tiempo | Ranura | Señal | Bit |
|------------|------------|---------|-----|
| 0 - 0.5 s | 1 | A | 0 |
| 0.5 - 1 s | 2 | A | 1 |
| 1 - 1.5 s | 3 | B | 0 |
| 1.5 - 2 s | 4 | C | 1 |
| 2 - 2.5 s | 5 | A | 0 |
| 2.5 - 3 s | 6 | A | 1 |
| 3 - 3.5 s | 7 | B | 1 |
| 3.5 - 4 s | 8 | C | 0 |
El multiplexor divide el tiempo en ranuras de 0.5 s cada una y asigna dos ranuras a la señal A, una ranura a la señal B y una ranura a la señal C. De esta forma, cada dos segundos se transmiten dos bits de A, un bits de B y un bit de C. El orden de las ranuras es: A-A-B-C.
El demultiplexor recibe la señal del canal común y separa las ranuras según el orden establecido. Luego envía los bits correspondientes a cada señal a su destino. De esta forma, se recuperan las señales originales A, B y C.
La Multiplexación por División de Tiempo es una técnica que se utiliza para transmitir múltiples señales a través de un único canal de comunicación, dividiendo el tiempo en intervalos y asignando cada intervalo a una señal diferente.
La multiplexación por división de tiempo tiene varias ventajas, entre las que se pueden destacar:
- Permite aprovechar mejor el ancho de banda del canal común, al transmitir varias señales simultáneamente.
- Evita las interferencias entre las señales, al separarlas en el tiempo y no en la frecuencia.
- Facilita la transmisión de señales digitales, al adaptarse a su naturaleza discreta y binaria.
- Permite ajustar el ancho de banda asignado a cada señal, al variar la longitud o el número de ranuras.
- Permite transmitir señales con diferentes velocidades o tasas de datos, al adaptar la frecuencia del reloj.
La TDM es una técnica muy utilizada en las redes de telecomunicaciones, ya que permite optimizar el uso de los recursos físicos y aumentar la capacidad de transmisión. Además, tiene la ventaja de que es fácil de implementar y no requiere sincronización entre los emisores y los receptores.
En conclusión, la multiplexación por división de frecuencia y la multiplexación por división de tiempo son dos técnicas complementarias que permiten optimizar el uso de los recursos de comunicación. Ambas técnicas tienen sus ventajas y desventajas, y se aplican según las características y requerimientos de cada sistema.