sl.dr. Ing Adrian Florin PaunCap 2 . Tehnici de acces multiplu • Tehnici de acces cu alocare fixa (alocare de canale) • Tehnici de acces aleatoriu •… [625591]

Chap 02
p. 1ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunCap 2 . Tehnici de acces multiplu
• Tehnici de acces cu alocare fixa (alocare de canale)
• Tehnici de acces aleatoriu
• Tehnici de acces satistic cu control centralizat

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 2– Cu alocare fixa:
– FDMA – acces multiplu cu diviziune in frecventa
– FDMA calsic
– OFDMA
– TDMA – acces multiplu cu diviziune in timp
– Hibrid TDMA + FDMA
– SSMA – acces multiplu cu spectru imprastiat
– FH – CDMA – cu salt in frecventa
– DS-CDMA – secventa directa
– TH – CDMA – cu salt in timp
– Hibrid
– SDMA – acces multiplu cu diviziune in spatiuTehnici de acces multiplu

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 3– Cu acces aleator (contention):
– Aloha (p-Aloha, S-Aloha)
– CSMA/CD
– CSMA/CA
– Cu control coordonat al accesului:
– Cu rezervare (R-Aloha)
– Cu interogare (polling)
– Cu jeton (token)Tehnici de acces multiplu

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 4– Permite mai multor utilizatori sa partajeze acelasi “canal” de
comunicatie fara sa se perturbe reciproc : principiul ortogonalitatii :
Exista patru dimensiuni ortogonale (in telecomunicatii pentru
accesul multiplu):
– frecventa (FDMA)
– timp (TDMA)
– cod (CDMA)
– spatiu (SDMA)
De regula este necesar un
interval de garda intre utilizatori;Accesul multiplu cu alocare fixa
k2k3k4k5k6 k1
s2ftc
s3ftcchannels ki
s1ftc

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 5– Se utilizeaza de obicei in comunicatiile radio;
– Mai multi utilizatori partajeaza o banda radio finita din
spectru, in acelasi timp;
– Garanteaza accesul la mediu
– Pentru comunicatii bidirectionale trebuie sa se realizeze
duplexarea (separarea sensurilor): FDD, TDD sau hibrid
FDD+TDD;
– Este necesar un “dispecer” care aloca canalul utilizatorilor
– Are performante si costuri ridicateAccesul multiplu cu alocare fixa

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 6Se aloca doua benzi de frecventa fiecarui utilizator: una
pentru un sens si alta pentru sens invers (uplink / downlink);
Intervalul de frecventa dintre cele doua benzi este constant
pentru toti utilizatorii (de regula);
Necesita un circuit , duplexor (un filtru costisitor), care sa
separe sensurile (se utilizeaza aceeasi antena pt cele doua
sensuri separarea in frecventa este limitata). Duplexarea in frecventa – FDD
separatia in frecventacanal invers canal direct
f

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 7Necesita doua intervale temporale pentru fiecare utilizator: un
slot temporal pentru un sens si altul pentru sens invers;
Mai multi utilizatori partajeaza acelasi canal radio;
Nu necesita circuitul duplexor (semnalele de pe cele doua
sensuri nu se suprapun in timp);
Este nevoie o sincronizare temporala buna;Duplexarea in timp – TDD
separatia in timpcanal direct canal invers
t

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 8- Modulatii cu purtatoare sinusoidala
– Utilizatori diferiti au purtatoare diferite, benzi de frecvente
diferite + banda de garda -> asigurarea ortogonalitatii;
– Se poate aplica transmisiunilor analogice si digitale
– Permite transmisiunea simultana si continua
-Aplicabila sistemelor de banda ingusta (exp: AMPS)
– Simplitate (fara coordonare dinamica)
– Dezanvantaje:
– risipa a resurselor (banda frecv.)
(pauza in transmisiune, interval
de garda)
– alocare fixa a spectruluiFDMA
k2k3k4k5k6 k1
f
tc

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 9- Mai multe canale – o antena
-Amplificatoarele de RF opereaza aproape de saturatie
(eficienta a puterii) caracteristica neliniara;
-Apar armonici in benzile adiacente (produse de
intermodulatie) produc interferente inter-canal
– necesita filtre de emisie
– Reducerea C/I la utilizator scade performantele
– Doua sensuri – o antena : necesar duplexor
-PE>>PR, banda limitata pentru separarea sensurilor 
filtru cu panta de atenuare mare, Q mare (in duplexor)
– Filtre cu Q mare, pe frecvente variabile -> costisitoare
-FDMA probleme/neajunsuri

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 10- Numarul de canale de frecventa:
– Wtbanda totala
– Wguardintervalul de garda
– Wcbanda de frecvente pentru fiecare canal
– Banda unui canal include banda de transmisiune + intervalul
de garda dintre doua canale adiacente
Wc i= Winfo i+ Wgrd i
– Comunicatii bidirectionale numarul de utilizatori : Nu=Nch/2
– Comunicatii unidirectionale numarul de utilizatori : Nu=NchCapacitate (utilizatori) in FDMA
2t guard
ch
cW WNW 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 11Ipoteze simplificatoare:
– Canal fără ISI , afectat de zgomot alb (AWGN)
– Canal cu DSmP a zgomotului = N0/2, per dimensiune a
modulației (DSmP = densitatea spectrală medie de putere);
– lărgimea de bandă disponibilă pentru sistem = W(Hz).
– există Kuutilizatori activi, fiecare transmite cu puterea medie PS;
Capacitatea pentru un singur utilizator – Th C. Shannon
(pt cazul un singur utilizator, capacitatea canalului AWGN de
banda Wafectat de zgomot alb, gaussian, aditiv)Eficienta binara FDMA
2 2
0log 1 log 1S S
NP PC W WP N W               

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 12FDMA – fiecare utilizator are alocata o bandă egală cu a celorlalți;
(se neglijeaza Wguard) capacitatea canalului pentru un utilizator este:
capacitatea totala a celor Kuutilizatori este
– Situație echivalent cu cea a unui canal AWGN, cu un singur
utilizator, ce transmite date continuu cu o putere medie de Kuori mai
mare.
– In realitate capacitatea efectiva a unui utilizator este:
Iar capacitatea totala efectiva este :Capacitatea binara FDMA
 _id 2
0log 1/S
k
u uP WCK N W K      
_ 2
0log 1u S
T u k idK PC K C WN W       
info_k 2
0 info_klog 1S
kPC WN W 
      
_efT u kC K C 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 13Eficienta ηFDMA:
Unde ηWeste eficienta in utilizarea spectrului.Eficienta FDMA
  _k 2
0 _k
2
0
2
_k 0
2
02 log 1
2
log 1
log 12 unde
log 1u S
guard u guard
guard u guardu k
FDMA
T u S
u S
guard u guard W
FDMA W W
u SK PW W K W
N W W K W K C
C K PWN W
K P
W W K W N W
W K P
N W
   
                   
            

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 14- Utilizatori diferiti utilizeaza diferite sloturi temporale din acelasi
canal radio + interval de garda asigurarea ortogonalitatii;
– Se utilizeaza o singura purtatoare (mai multi utilizatori)
– Se poate aplica doar transmisiunilor digitale in banda de baza
sau modulate cu purtatoare sinusoidala
– Un utilizator primeste tot canalul
radio pe durata slotului propriu;
– Throughput mai mare per utilizator
– Permite gestionare dinamica
a throughput per utilizator
(atribuirea mai multor sloturi)
– Comunicatii necontinue
– Utilizeaza metode de buffer-ing si burstTDMA
f
tck2k3k4k5k6 k1

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 15- Duplexarea necesita comutator in locul duplexorului (cost mic)
– Procesul de handoff in sistemele celulare mai simplu (permite
handover soft ).
– Consum redus al bateriei (statia mobila)
– Este mai adecvata pentru transmisiuni cu rata foarte mare
Dezavantaj:
– necesita sincronizare perfecta intre utilizatori
– necesar interval de garda
– Numar mare de biti de control (overhead) pentru sincronizare
si format (delimitare) cadreTDMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 16Cadrul TDMA se repeta periodic in timp
Numar de utilizatori
(pentru un canal radio)
Tcadru– durata unui cadru
Db– rata binara
Npre– numar biti in preambul cadru
NF_tail– numar biti tail cadru
Nslot– numar biti slot temporal Ntail– numar biti tail / slot
Nsincro– numar biti sincro / slot Ndate– numar biti date / slot
Ngarda– numar biti garda / slot TDMA
Slot 1 Slot 2 Slot 3 … Slot NPreambul Mesaj informatie biti Tail Un cadru TDMA
biti tail biti sincro biti date biti garda_ cadru b pre F tail
u
slotT D N NKN  
sincro    slot tail date gardaN N N N N

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 17TDMA – fiecare utilizator transmite cu puterea PS o fractiune de
timp 1/Kudin utilizarea totala a un canal cu lărgimea de banda W;
echivalent cu o puterea medie per utilizator PS/ Ku→ capacitatea
medie a canalului AWGNpentru un singur utilizator , neglijind
intervalele de garda, este:
capacitatea totala a celor Kuutilizatori este
– Situație echivalent cu cea a unui canal AWGN, cu un singur
utilizator, ce transmite date continuu cu o putere medie de PSintr-o
banda W.Capacitatea binara TDMA
_id 2
0log 1u S
k
u uW K PCK N W K       
2
0log 1S
b u kPD K C WN W       

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 18Eficienta de transmisie:
Capacitatea unui sistem TDMA cu o banda de frecventa Weste:
Capacitatea per utiliaztor este :Eficienta TDMA
 TDMA
sincro _u date u date
cadru b u tail date garda pre F tailK N K N
T D K N N N N N N       
2
0log 1S
bPD WN W     
2
0log 1TDMA b S TDMA
k
u uD P WCK K N W         

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 19- FDMA necesita mai putini biti pentru sincronizare;
– FDMA necesita mai putini biti pentru delimitarea cadrului;
– FDMA au cost mai ridicat pentru BS in sistemele celulare
– FDMA au cost mai mare pentru duplexare (BS si MS)
– FDMA necesita filtre RF de emisie pentru minimizarea
interferetelor cu canalele adiacente (produse de intermodulatie) Comparatie FDMA – TDMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 20- FDMA/FDD:
– FDMA/TDD
– TDMA/FDD
– TDMA/TDD
Exemple de acces multiplu cu duplexare

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 21Exemple de acces multiplu cu duplexare
Sistemul celularTehnica de acces
multiplu si duplexareMod de
operareRata binară
(kps)
AMPS (Advanced Mobile
Phone System)FDMA/FDD analogic
GSM (Global System for
Mobile)TDMA/FDD digital 271
USDC (US Digital Cellular) TDMA/FDD digital
JDC (Japanese Digital Cellular) TDMA/FDD digital
CT2 (Cordless Telephone) FDMA/TDD digital 72
DECT (Digital European
Cordless Telephone)FDMA/TDD digital 1152
IS95 (US Narrowband Spread
Spectrum)DS-CDMA/FDD
FDMA /FDDdigital /
analogic FM1228.8
IS136 (US ) TDMA /FDD digital 48.6
UMTS (Universal Mobile
Telecommunication System)CDMA/FDD, CDMA/TDD digital

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 22•O combinatie a celor doua metode TDMA si FDMA
•Un canal de comunicatie primeste o banda de frecventa pentru
un interval de timp (un slot)
•Exemplu: GSM , intr-un canal de frecventa de 200kHz sunt 8
canale de comunicatie (temporale).
•Avantaje:
–Protectie impotriva interferentelor
selective in frecventa
–Capacitate binara globala mai
mare decit CDMA
•dar: necestia o sincronizare
foarte precisa si are cost mai
ridicatAcces multiplu combinat TDMA / FDMA
f
tck2k3k4k5k6 k1

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 23Accesul multiplu cu spectru imprasitat (SSMA)
– Necesita o banda de transmisie mult mai mare decit
transmisiunea radio clasica
– Utilizeaza o secventa pseudoaleatoare PN pentru imprastierea
semnalului in frecventa
– Transmisia este imuna la interferentele multicale si la
interfentele de tip jamming sau a altor interferente externe.
-Asigura o utilizare eficienta a benzii intr-un mediu multiutilizator
– Exista trei tipuri : DS-CDMA , FH-CDMA si TH-CDMASSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 24Accesul multiplu cu salt de frecventa (Frequency
Hopping – Code Division Multiple Access )
– Frecventa purtatoare fcvariaza intr-o maniera pseudoaleatoare
data de PN, intr-un canal (de frecventa) de banda larga;
– Se utilizeaza cu modulatie de frecventa (FSK)
-Asigura securitatea comunicatiei
– Este imuna la fading (fast hopping)
– Exista doua tipuri
– fast hopping: rata de modificare
a fceste > 1/TS
– slow hopping: rata de modificare
a fceste < 1/TSFH-CDMA
Modulator
Sintetizor de
frecvențăDate
Oscilator
Generator
secvență PNBază de
timp Semnal
cu salt de
frecvență

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 25Accesul multiplu cu salt in timp (Time Hopping – Code
Division Multiple Access )
– utilizează impulsuri purtătoare de durată mult mai mică decât
intervalul de timp alocat pentru transmiterea lui, poziția acestui
impuls în interiorul intervalului fiind dictata de codul individual
pseudoaleator.
– TH-CDMA combinata cu modularea impulsurilor în poziție
(PPM – Pulse
Position Modulation) → tehnica de comunicație de bandă ultra
largă (Ultra Wide Band communications -UWB);TH-CDMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 26Accesul multiplu cu diviziune in cod cu seventa directa
(Direct Sequence – Code Division Multiple Access )
– Semnalul de banda ingusta al unui
utilizator este inmultit cu o secventa
pseudo-aleatoare PN , de banda larga;
– Toti utilizatorii transmit simultan in
aceeasi banda de frecventa
– Problema Near-far : utilizatorul nedorit
este receptionat cu o putere mai mare decit
cel dorit se utilizeaza controlul puterii de emisie;
– Duplexarea: TDD sau FDD DS-CDMA
k2k3k4k5k6 k1
f
tc

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 27- In CDMA fiecare utilizator are un cod unic de imprastiere cu
care se va imprastia semnalul in banda de baza inaintea emisiei
– Semnalul receptionat are o puteremai mica decit a zgomotului
– Receptorul utilizeaza un corelator (corelator Rake ) pentru a
obtine semnalul emis
– PN-urile sunt alese special sa aiba autocorelatie maxima si
corelatie nula cu alte PN-uri sau o varianta deplasata a lui (pentru
asigurarea ortogonalitatii); Daca PN-urile nu sunt perfect ortogonale
apare jamming.
– Rata secventei de imprastiate (chip rate) este mult mai mare
decit rata de simbol a semnalului de informatie (banda de baza);
– Cistigul de procesare DS-CDMA
 chipss
p
b bDWGD DGp: cistig de procesare
Wss: rata codului PN
Dchip: rata de chip
Db: rata bitilor de date

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 28Ch 01 – Introducere
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunEmitator DS-CDMA
Receptor DS-CDMADS-CDMA
2( ) ( ) ( )cos(2 )s
ss c
sEs t m t p t f tT   Generator
PN Code
Chip ClockFTB
Oscilator
fcMesaj sss(t)
m(t)
p(t)Semnal
transmis
sss(t) ( )p tm(t) Filtru IF
Wideband
Generator
PN CodeDemodulator
PSK
Sistem
SincronizareDate
rec.
Semnalul
DSSS rec la IFs1(t)
s1(t)=√2Es
Tsm(t)cos(2πfct+θ)

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 29DS-CDMA
ff
fsemnalS f
semnalul împr ăștiat
codP f
s t p ts t
p t
Codul de împrăștiere
cTsemnalSSS f
Modulatie QPSK:
30kbps 15kBauds
3840kcps =3.84MHz
256b S
chip ss
ss
p
SD D
D W
WGD  
 
 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 30Presupuneri:
– Numarul utilizatori activi Ku;
– Interferenta de acces multiplu (MAI)
intra-celula datorata celorlalti utilizatori,
modelata ca AWGN ;
– Controlul perfect al puterii – receptie cu
aceeasi putere indiferent de distanta – Psputerea
de receptie de la un utilizator;
– Secventa aleatoare si zgomot de fundal neglijabil
– WSSbanda semnalului imprastiat
-Dbrata binara in band ade baza (bitii de informatie)
Puterea MAI la iesirea detectorului BTS:
Dens. spectrala de putere a interferentei
Energia per bit de informatie: Capacitatea DS-CDMA – utilizatori
……
.
.
.User 1User 2
User k
User Ku
1u sI K P 
0Watts/Hz (one-sided)
SSIIW
b s bE P D

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 31Semnalul de interferenta MAI (de la ceilalti utilizatori este vazut ca un
zgomot aditiv alb independent fata de alte surse de zgomot).
Astfel, daca puterea zgomotului de fundal este Pnoise, raportul Eb/N0:
Numarul utilizatorilor pentru un anumit Eb/N0este:
Cresterea numarului de utilizatori crestere castigului de proces
(factorului de imprastiere).
Pentru modulatia multinivel in BB, cu kbiti per simbol:Capacitatea DS-CDMA
01 , unde reprezinta factorul de imp rastieress b noise
u ss b
b sW D PK W DE N P  0 1b s b ss b
ss noise ss u noise sE P D W D
N I W P W K P P   
0 01 1 S b ss S noise ss b noise
u
b S S s b sE kE W D P W D PKD kD E N P E N P        

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 32Tehnici de crestere a capacitatii
– Utilizarea detectorului de activitate: cand un utilizator nu are date de
transmis , nu transmite semnal CDMA. Coeficientul de activitate 0< α<1.
undeGV=1/αeste castigul datorat detectiei de activitate.
– Utilizarea unor antene sectoriale (de 1200sau 600) in locul celor
omnidirectionale, numarul utilizatorilor dintr-un sector Ku st:
Daca se tine cont si de interferenta de la celulele vecine, fraportul
intre MAI global al celulelor vecine si MAI propriu celuleiCapacitatea DS-CDMA
 0 0 01 1 1' 1 ' 'b ss b ss b noise ss b noise
u V V
u noise s b s b sE W D W D P W D PK G GN K P P E N P E N P            
sect
01 ss b noise
u st u A u st u st
b sW D PK K G K nr KE N P     
   0 0 mare11 1A V ss b noise ss b v A
u
b s bSNRG G W D P W D G GKf E N P E I f       

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 33CDMA – fiecare utilizator folosește un cod pseudoaleator pentru
împrăștierea semnalului de date semnalul transmis ocupând toată
banda. În cazul ideal (coduri perfect ortogonale), după deîmprăștiere,
semnalul de la ceilalți utilizatori este văzut ca un zgomot AWGN;
→ capacitatea canalului pt un singur utilizator care emite cu
puterea PSeste:
– capacitatea individuală normată
Utilizând inegalitatea Capacitatea binara CDMA
 2
0log 11S
k
u SPC WN W K P        
 0
2
0log 1
1 1b
k k
b k
uE
C C N
E C W WKN W 
 
   
     
0 0
2 2
01log log
1b
k k k
b k u b
uE
C C N C Ne eE C W W W K EKN W         
   ln1x x 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 34capacitatea normată, totală a celor Kuutilizatori este:Capacitatea binara CDMA
0 0
21 1logln2 ln2k
T u
b bC N NC K eW E E       
 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 35Accesul multiplu cu diviziune spatiala
– Utilizatori diferiti sunt separati pe baza proprietatilor spatiale;
– Utilizatorii pot transmite in acelasi timp, in acelasi canal de
frecventa folosind acelasi cod de imprastiere;
– Se controleaza directia de radiatie a energiei in spatiu pentru
fiecare utilizator cu un fascicul de antene;
– Deplasarea utilizatorilor este
urmarita de statia fixa;SDMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 36Aplicatii initiale – antene sectorizate;
– reutilizarea frecventelor
in sistemele celulare;
Aplicatii avansate: antene adaptive care
directioneaza energia simultan catre mai multi
utilizatori individual.SDMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 37Exemple Sisteme acces centralizat
Sistemul celularTehnica de
acces multipluMod de operareRata binară
(kps)
AMPS (Advanced Mobile
Phone System)FDMA/FDD analogic
GSM (Global System for
Mobile)TDMA/FDD digital 271
USDC (US Digital Cellular) TDMA/FDD digital
JDC (Japanese Digital
Cellular)TDMA/FDD digital
CT2 (Cordless Telephone) FDMA/TDD digital 72
DECT (Digital European
Cordless Telephone)FDMA/TDD digital 1152
IS95 (US Narrowband
Spread Spectrum)DS-CDMA/FDD
FDMA /FDDdigital /
analogic FM1228.8
IS136 (US ) TDMA /FDD digital 48.6
UMTS (Universal Mobile
Telecommunication
System)DS-CDMA/FDD,
DS-CDMA/TDDdigital

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 38-Accesul multiplu aleator se poate aplica in sistemele cu comutatie de
pachete;
– Se bazeaza pe un mecanism ce confirmari comunicatia este
bidirectioanala
-Accesul la mediu doar atunci cind sunt pachete de transmis
– Nu necesita un dispozitiv de coordonare a accesului
– Durata de transmisie a unui pachet timp de transmisie TFR;
– Durata necesara unui pachet sa ajunga de la sursa la destinatie 
timp de propagare TP
– Cind transmisiile de la 2 sau mai multi utilizatori se suprapun 
coliziune (nici un pachet nu se receptioneaza corect)
– Intervalul maxim in care poate apare o coliziune interval de
vulnerabilitateAcces multiplu aleator

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 39
– Utilizeaza mecanismul confirmarilor pozitive (ACK), contor de timp
(timer) si limitare a incercarilor de retransmisie (Kmax)
– Este cea mai simpla tehnica de acces aleatoriu:
1. Daca un utilizator are de transmis
un cadru il transmite si apoi
asteapta ACK.
2. Dupa expirarea timer, se asteapta
un timp aleatoriu si se reia transmisia;
3. Daca dupa Kmaxincercari nu se
primeste ACK, se renunta la transmisie,
Variante: pure-Aloha (P-Aloha),
sloted-Aloha (S-Aloha);
reserved-Aloha (R-Aloha) Organigrama algoritmului P-AlohaAloha

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 40Capacitatea accesului pure-Aloha (P-Aloha)
Presupuneri:
– Cadrele au toate aceeasi lungime (bbiti durata TFR = b/ Db) ;
– Numar infinit de utilizatori :
-λrata traficului cu succes (cadre/s)
-λtrata traficului total (oferit) (cadre/s)
-λrrata traficului rejectat – cu coliziuni (cadre/s)
– Capacitatea canalului (a legaturii) Db (bps)
– Traficul total (bps)
– Traficul cu succes (throughput) (bps)
– Statistica mesajelor intr-un canal de la utilizatori independenti: proces
Poisson – probabilitatea de a primi Kmesaje pe
durata Tintr-un sistem (link) cu rata traficului
total λt:Aloha
t r   
(traficul total normalizat) ' t t bG b G b D     
(traficul normalizat) ' S b S b b D     
Pr[ ]!tKT
tT e
KK


ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 41Capacitatea accesului pure-Aloha
– Transmisia este cu succes daca
nu se transmite nici un alt cadru
in intervalul vulnerabil (2 TFR).Aloha
 max1 2e 0.184exp 2
1 2SS G G
G      Intervalul de vulnerabilitate
pure-Aloha = 2TfrTfr
Tfr
TfrTfr  02
2 22 ePr[ 0]0!
e eFR t
t bT
t FR
b D GT SKG
S
G

      
 

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 42
Capacitatea accesului sloted-Aloha
– S-Aloha similar cu P-Aloha +
timpul este divizat de sloturi
temporale de durate unui cadru TFR,
iar statiile transmit doar la inceputul
slotului.
– Transmisia este cu succes daca
nu se transmite nici un alt pachet
in intervalul vulnerabil ( TFR).Aloha
 max1 e 0,368exp 1SS G GG      0ePr[ 0] e0!FR tT
t FR G T SKG
   

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 43Aplicatia 1:
Un grup de statii partajeaza un canal de 144kbps. Fiecare statie trimite,
in medie la 1s, un cadru de 2500 biti, chiar daca cadrul anterior nu a fost
trimis (se utilizeaza buffere la emisie), independent de celelalte statii. Care
este numarul maxim de statii pentru P-Aloha si S-Aloha?
Daca statiile genereaza un trafic mediu mai mare decit throughput-ul
sistemul nu va putea functiona fara pierderi.
Generarea cadrelor in canal proces Poisson
traficul mediu generat de o statie este: Dst=2500/1 = 2.5kbps
P-Aloha:
S-Aloha: Aloha
'
max max max0.184 24.496kbpsb S S S D    
'
st maxNr 24.496 2.5 9 statiistS D     
'
max max max0.368 53.24kbpsb S S S D    
'
st maxNr 53.24 2.5 21 statii stS D     

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 44Aplicatia 2:
Un grup de 3 statii independente partajeaza un canal de 144kbps.
Statiile transmit cadre de 1500 biti, cu ratele binare medii de 45kbps,
21kbps si 15kbps. Care este traficul normalizat in canal, throughput–ul
normalizat, probabilitatea de transmisie cu succes a unui pachet si rata cu
care se transmit corect pachetele pentru P-Aloha si S-Aloha?
Ratele cu care se genereaza cadrele:
Timpul de transmisie:
Traficul normalizat:
Throughput-ul normalizat (P-Aloha):
Throughput-ul normalizat (S-Aloha): Aloha
i sti iD b 
1
2 1 2 3
345kbps 1.5kb=30 cadre/s
21kbps 1.5kb=14 cadre/s + + 54 cadre/s
15kbps 1.5kb=10 cadre/st
    
 
    
 
1.5kb 144kbps 10.416ms FR bT b D  
0.5625t b FR tG b D T     
exp 2 0.1826S G G   
exp 0.3205S G G   

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 45Aplicatia 2:
Prob. transmisie cu succes (P-Aloha):
Prob. de transm. cu succes (S-Aloha):
Rata sosire succes pachete (P-Aloha):
Rata sosire succes pachete (S-Aloha):
Obs: Deoarece pentru P-Aloha sistemul trebuie sa lucreze la un G>0.5
este de asteptat ca in realitate sa nu functioneze, comparativ cu S-Aloha
(G<1).Aloha
 Pr 0 exp 2 0.3247SP K G    
 Pr 0 exp 0.57SP K G    
17.5 cadre/sS tP   
30.7 cadre/sS tP   

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 46Aplicatia 3:
Un grup de statii S-Aloha independente genereaza o rata 120 cereri/s
atit pentru cadre noi cit si retransmise, durata unui slot fiind12.5ms. Cat
este traficul total normalizat? Care este probabilitatea ca un cadru sa fie
transims cu succes la prima tentativa si dupa fix doua coliziuni?
Traficul total normalizat (incarcarea):
Probabilitatea de succes la prima incercare:
Probabilitatea de succes dupa fix doua coliziuni:Aloha
12,5ms 120rq/s=1,5FR tG T   
 Pr 0 exp 0.22SP K G    
      22
_21 Pr 0 Pr 0 1 exp exp 0.135SP K K G G             

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 47
Carrier Sense Multiple Access
– Intai se asculta mediul;
– Daca este liber trasmite;
– Daca nu este liber asteapta;
– confirmari pozitive ACK + timer
– Se reduce probabilitatea
coliziunilor, dar nu se elimina;
– tipuri: – CSMA non persistent
– CSMA 1-persistent
– CSMA p-persistent
– CSMA /CD
– CSMA /CACSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 48
– Intervalul de vulnerabilitatate este timpul de propagare
– CSMA eficienta daca tp< tframepe arii geografice mici (LAN)
– Dupa modul in care se comporta daca mediul este acopat:
– CSMA 1-persistent: daca mediul este ocupat, va asculta
continuu pina la eliberarea lui si apoi va transmite imediat fara sa
mai astepte;
– CSMA p- persistent: asculta continuu mediu daca este ocupat,
iar la eliberare
va transmite cu o anumita
probabilitate pla incepulut
slotu-ului de timp urmator;
– CSMA nepersistent:
daca mediul este ocupat
va asculta din nou dupa timpul backoff(ca la prima incercare); CSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 49- Risc mare de coliziune cind se
elibereaza mediul (daca mai
multe statii au de tranmsis);
– Eficienta scazuta daca dupa
eliberarea mediului are de
transmis o singura statie (mediul
este liber si statia asteapta);
– Compromis intre cele doua
anterioare: la inceputul slotului
unde poate sa transmita, va
transmite cu probabilitatea p;CSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 50Algoritmii CSMA
OBS: la p-persistent se
definesc intervale de timp,
slot, la inceputul caruia
statiile pot transmite
(ca la slotted-Aloha);CSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 51
Se definesc:
TFR– durata de transmisie a unui cadru;
Tp– timpul maxim de propagare; si raportul a = Tp / TFR;
G – traficul total normat;
S– traficul transmis cu succes (throughput), normat ;
– Throughput CSMA nepersistent
– Throughput slotted-CSMAThroughput CSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 52- Throughput CSMA 1-persistent
– Throughput slotted-CSMA 1-persistentThroughput CSMA
 
     1 exp exp 1
1 1 exp exp 1a aG G G aSa aG a G a                         
       1 1 /2 exp 1 2
1 2 1 exp 1 exp 1G G aG G aG G G aSG a aG aG G a                            

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 53- Throughput comparativ intre variante de Aloha si CSMA
Throughput CSMA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 54
CSMA/CD
– CSMA + detectia
coliziunilor
– La CD transmite
un semnal de perturbatie
jam(48 biti) ;
– Fiecare statie reia
transmisia dupa un timp
dat de algoritmul de backoff;
– Detectia coliziunii : stati asculta in timp ce transmite si detecteaza un
semnal mai mare decit cel transmis.
– Durata cadrului (slot) > 2 timpul
maxim de propagare
Exp: tp=25.6μs, Db=10Mbps
bframe>512 biti

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 55
Algoritmul CSMA/CD
(Algoritmul Backoff)
– In cazul coliziunii se alege
numarul slotului de transmisie
intre 1 si 2k-1, (k – numarul de
incercari) , kmax=10;
– Numarul maxim de
incercari =16, dupa care
se renunta la transmisia
cadrului;CSMA/CD

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 56Se definesc:
TFR– durata de transmisie a unui cadru;
Tp– timpul maxim de propagare; si raportul a = Tp / TFR;
G – traficul total normat;
S– traficul transmis cu succes (throughput), normat ;
bjam– lungimea normata a cadrului de eroare – jamming;
– Throughput CSMA/CD
– Throughput slotted CSMA/CDThroughput CSMA/CD

   exp
2 2 2 1 xpjam jamG aGS
b G aG aG b G G e aG 
      

   2exp
2 xpjam jam jamaG aGS
a b b ab a a G aG e aG 
      

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 57Ch 01 – Introducere
sl.dr. Ing Adrian Florin Paun- Limitari ale CSMA/CD in transmisiunile radio
– detectarea coliziunilor nepractica (semnalul receptionat este
semnificativ mai mic decit cel transmi, o singura antena);
– problema nodului ascuns (a): A transmiste lui B,
C nu detecteaza semnal, C transmite lui B coliziune;
– problema nodului expus : B transmite lui A,
D nu detecteaza dar C detecteaza, C are de transmis
lui D si amina inutil transmisia;
Solutie : CSMA/CA ;CSMA/CA
B A CD

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 58CSMA with Collision Avoidance
– Ο statie asculta mediul pt un timp predefinit (DIFS – distributed inter-
frame space) pentru a detecta orice activitate;
– Dacă mediul este ocupat sau începe a fi utilizat pe durata DIFS, stația
va amâna încercarea de transmisie conform algoritmului backoff
exponențial (contorizarea se face doar când mediul este ulterior liber);
– dacă mediul este liber pe tot intervalul DIFS → se incepe transmisia:
– Sursa emite o cerere către destinație – un cadru scurt RTS (Request
To Send), care conține adresa sursei, a destinației și durata tranzacției
care va urma (incluzând datele și ACK);
– Stația destinație răspunde (dacă mediul este liber) cu un cadru de
control scurt – CTS (Clear to Send), cu aceleași informații ca și RTS;
– Toate celelalte stații care recepționează RTS și/sau CTS își setează
indicatorul de purtătoare virtuală – NAV (Network Allocation Vector) la
durata tranzacției → mediul este ocupat pe acest interval;
-CSMA/CA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 59- Pe durata NAV celelalte stații nu vor încerca să transmită → se
reduce probabilitatea coliziunilor;
– Receptorul îl verifică (CRC) și îl confirmă emițătorului → trimite
(ACK);
-Dacă emițătorul primește ACK → transmisie completă, fără coliziune;
– Dacă emițătorul nu primește confirmarea → a avut loc o coliziune și
va încerca retransmisia cadrului după aplicarea algoritmului backoff
exponențial;
. CSMA/CA
CW
Amânarea transmisieiSursă
Destinație
Alte stații
Algoritm
backoffDIFS – Distributed inter-frame deferral
SIFS – Short inter-frame deferral
(SIFS<DIFS)
CW – Contention Window
NAV – Network Allocation Vector

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 60Organigrama algoritmului CSMA/CA
– Mecanismul functioneaza eficient pentru
putine statii in retea;CSMA/CA

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 61- Statiile se consulta intre ele pentru a determina care are dreptul sa
transimta;
– O statie nu poate transmite daca nu a fost autorizata de celelalte statii
(sau de dispecer)
– Exista trei metode tipice de acces controlat:
– cu rezervare
– Polling
– cu jeton (Token Passing)Acces control coordonat

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 62- Transmisia este organizata in cicluri de dimensiuni variabile;
– Fiecare cilcu incepe cu un cadru de rezervare, care are un numar de
sloturi egal cu numarul de statii;
– Cind o statie are de transmis un cadru de date, trebuie sa faca o
rezervare (slotul corespunzator din cadrul de rezervare);
– Orice statie care asculta intervalul de rezervare stie ce statii transmist
si in ce ordine
-Reservation-station needs to make a reservation before sending dataAcces cu rezervare

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 63Exemplu R-Aloha
– In modul rezervare: ciclul temporal este divizat in M+1 sloturi, M pentru
cadre de date si ultimul este imparit in M sub-sloturi pentru rezervarea
celor M de date.
– In modul pasiv exista un cadru unic impartit in subsloturi in care statiile
cer permisiunea. Apoi asteapta mesajul ACK, continind si numarul de si
pozitia sloturilor alcate pentru transimsia datelor;
Comparatie a timpului de intirziere la
transmisia unui cadru τDin functie de incarcare,
pentru S-Aloha si R-Aloha;Acces cu rezervare
GS-Aloha R-Aloha
0.37 0.8D

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 64- Statiilor li se permite pe rand accesul la mediu;
– Tipuri de polling: centralizat si distribuit;
– Polling centralizat: una dintre statii este desemnata statie principala ,
iar celelalte statii secundare ;
– Se utilizeaza confirmari pozitive (ACK) si negative (NAK)
– Toate datele se transmit prin intermediul statiei primare;Acces cu polling

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 65- Statia primara are de transmis cadru de date transmite un cadru
selectcu adresa destinatarului; dupa primirea ACK (statia secundara
poate accepta datele) transmite cadrul de date;
– Transmisia cadrului de date incheiata daca se primeste ACK;
– Statia primara este gata sa primeasca date, trimite un cadru pollpe
rind (Round-Robin, sau dupa alta ordine) statiilor secundare; acestea
raspund cu cardul de date (daca exista) sau cu NAK;
– Fiecare cadru de date trebuie confirmat cu ACK de statia primara;
Avantaje: se elimina posibilitatea ca o statie sa acapareze mediul (se
garanteaza accesul tuturor statiilor la mediu);
Dejavantaje: – ineficienta pollingcatre statii care nu au de transmis;
– incarcarea statiei primare;Acces cu polling

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 66-Accesul cu jeton – statiiile din retea sunt organizate intr-un inel logic:
fiecrare isi cunoaste predecesorul si succesorul;
– Jetonul – da dreptul statiei de a avea acces la mediu; necesit
amanagement;
– Intr-o topologie fizica de inel – statiile dau jetonul succesorului;
– In topologia de inel dublu – se utilizeaza un al doilea inel care
opereaza in sens invers;
– Se poate utiliza si in topologii fizice de bus sau steaAcces cu jeton (token)

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 67Topologii
fizice
pentru
accesul
cu jetonAcces cu jeton (token)

ETTI – RITc 2013
Curs TRAFM
sl.dr. Ing Adrian Florin PaunChap 02
p. 68
Procedura accesului cu jeton (toplogie fizica inel)
Moduri ale statiei:
-Ascultare: statia verifica daca adresa destinatie a cadrului
este ai ei, daca da prelucreaza cadrul, daca nu este
retransmis cu 1 bit intirziere;
– Transmisie: dupa ce a capturat jetonul ( free token ) , statia
transmite cadrele de date
si le elimina dupa ce au
parcurs bucla, iar la sfirsit
reintroduce jetonul in retea;Acces cu jeton (token)