Multiplexação (TEL009)

O espectro de RF comporta um número finito de canais de comunicação. Diversas tecnologias permitem aproveitar ao máximo o espaço disponível, colocando num mesmo canal diversos sinais. Para esta finalidade, utilizam-se processos de multiplexação bastante engenhosos que são usados de diversas formas, conforme as tecnologias exigidas pelas aplicações específicas. Neste artigo focalizamos as diversas técnicas de multiplexação usadas nas comunicações sem fio atuais.

Multiplexar (MUX) significa utilizar um mesmo canal de comunicações para transmitir informações de diversas fontes ao mesmo tempo. O processo inverso, a demultiplexação (DEMUX) significa recuperar as informações transmitidas, enviando-as a destinatários separados, conforme sugere a figura 1.



Existem diversas tecnologias que permitem usar um único canal para transmitir informações de diversas fontes. É dessas tecnologias que passamos a tratar em seguida.


Multiplexação em Freqüência
O processo mais usado de multiplexação em freqüência tem por exemplo o Frequency Division Multiple Access ou FDMA. Nele, a faixa que é ocupada pelo sinal é dividida em canais, cada qual tendo uma largura definida e centralizado numa freqüência dentro dessa faixa, conforme mostra a figura 2.


Esta tecnologia é bastante antiga, tendo sido usada desde 1900.
O principal requisito para se utilizar esta tecnologia é que tanto o transmissor como o receptor devem ter uma faixa estreita de sintonia, ou seja, devem ser de alta seletividade.


Multiplexação no Tempo
Neste caso temos o sistema denominado Time-Division Multiplexing ou TDM. Nele, os sinais ocupam a mesma freqüência, mas um de cada vez, havendo uma distribuição de uso no tempo, conforme mostra a figura 3.


O exemplo mais simples deste processo de multiplexação é o Time Division Duplex ou TDD. Nele, temos uma comunicação bilateral (entre duas estações), operando na mesma freqüência. Quando uma transmite, o que é determinado pelo pressionar do botão "falar" na estação A, a outra (B) recebe. Quando a estação B deve transmitir, A tem seu botão falar solto, e agora a estação B é que precisa ter o botão falar pressionado. É o sistema usado normalmente nos walk-talkies de baixo custo comuns, conforme mostra a figura 4.


Evidentemente, trata-se de um processo muito lento e de baixa capacidade. Nos sistemas modernos, a comutação de diversos sinais ocupando parcelas de tempo muito curtas aumenta sua velocidade e capacidade. Neles, o sinal tem o seu tempo comprimido, conforme mostra a figura 5, e depois novamente distendido na recuperação, de modo a não haver interrupção perceptível.



Multiplexação por Código
O exemplo mais comum desta tecnologia é o CDMA. Neste sistema, diversos usuários compartilham um mesmo canal com uma freqüência fixa. A largura do canal é de apenas 1,28 MHz. Nele os sinais são codificados e transmitidos em seqüências diferentes de tal modo que o receptor possa reconhecer a que canal pertence cada uma. Esse reconhecimento é baseado em seqüências que identifica os blocos de informação. A figura 6 mostra como isso é feito.


Neste sistema, a quantidade de canais é limitada a 64 no link direto, mas não existe limite para o número inverso.


Multiplexação Geográfica
Uma outra forma de se obter multiplexação é pelo processo geográfico ou celular, conforme mostra a figura 7.


Se um pares de usuários estiverem longe o suficiente uns dos outros, eles podem usar a mesma freqüência. Esse sistema é usado pelas estações de rádio e TV, de certa forma, já que existem estações que ocupam as mesmas freqüências, mas operando em regiões diferentes do país. No entanto, o exemplo mais comum é o da telefonia móvel celular, em que as estações rádio-base determinam a área de atuação ou célula e a ocupação de uma determinada faixa de freqüências.


Modos Combinados de Multiplexação
Na prática os diversos modos de multiplexação que vimos podem operar combinados. Por exemplo, o GSM usa FDMA, TDMA e FDD e geográfico. Por outro lado, o DECT usa o FDMA, TDD e multiplexação geográfica. Uma tabela no final do artigo fará a comparação.


Penetração e Eficiência
Definimos penetração como a capacidade de um sinal de poder avançar sem muitos problemas num meio de grande atenuação, grande nível de ruído e interferência. Um exemplo pode ser dado, quando comparamos os pagers com os telefones celulares. Os pagers podem receber sinais mesmo em condições difíceis como dentro de construções com grandes estruturas metálicas enquanto os celulares falham.
O tipo de modulação usado pelos pagers permite a detecção dos sinais sob condições de mínima intensidade. A maioria usa a modulação FSK que é mais fácil de demodular. No entanto, a eficiência de um celular é maior, no sentido de que ele proporciona uma comunicação completa nos dois sentidos.


Conclusão
A multiplexação é um recurso fundamental em nossos dias para se obter a capacidade de acomodar a quantidade de usuários que se fazem valer de sistemas de comunicações sem fio. As técnicas devem levar em conta diversos fatores como a penetração, quantidade de canais acomodados, eficiência e muito mais. O que observamos em nossos dias é que a combinação das principais tecnologias de multiplexação que vimos neste artigo levam a sistemas de comunicações sem fio cada vez mais eficientes, acomodando quantidade crescente de usuários e tendo uma penetração maior.

Na tabela dada a seguir mostramos os diversos tipos de multiplexação usados nos sistemas de comunicações atuais.

(*) Com base em documento da Agilent Technologies