Aunque a menudo se usan indistintamente, multiplexación y acceso múltiple resuelven problemas distintos en la capa física y de enlace de datos. La multiplexación combina múltiples flujos en un medio compartido; el acceso múltiple coordina múltiples usuarios/terminales para compartir ese medio sin colisiones inaceptables.
Multiplexación (Multiplexing) — Combinación de señales en el medio
Técnica de capa física (PHY) para transmitir múltiples señales simultáneas sobre un único canal físico (fibra, cobre, aire, guía de ondas). Transparente para capas superiores.
División de Frecuencia (FDM / OFDM)
- Ancho de banda total → subportadoras ortogonales (OFDM) o bandas de guarda (FDM clásico).
- Cada señal modula subportadora distinta.
- Aplicaciones: Radio FM/AM (FDM), DSL (DMT = OFDM), WiFi (OFDM), LTE/5G (OFDMA), DVB-T/C/S.
- Ventaja: Maduro, implementación analógica/digital simple. Desventaja: Banda de guarda desperdicia espectro (FDM); PAPR alto (OFDM).
División de Tiempo (TDM / TDMA)
- Tiempo → frames → slots (ranuras). Cada señal ocupa slot(s) periódicos.
- Sincronización estricta requerida (reloj maestro).
- Aplicaciones: T1/E1 (TDM), GSM (TDMA), Bluetooth (TDD/TDMA), WiMAX, satélite VSAT.
- Ventaja: Eficiencia espectral alta, sin banda guarda frecuencia. Desventaja: Latencia determinista (frame), sincronismo crítico.
División de Código (CDM / CDMA)
- Cada señal multiplicada por código ortogonal (Walsh-Hadamard) o pseudo-aleatorio (Gold/Kasami). Espectro ensanchado (Spread Spectrum).
- Receptor correlaciona con código deseado → recupera señal; otros códigos → ruido.
- Aplicaciones: GPS (CDMA), CDMA2000/IS-95 (celular 2G/3G), WCDMA (UMTS), LoRa (CSS), militar (LPI/LPD).
- Ventaja: Reuso factor 1 (misma frecuencia todas celdas), resistencia interferencia/multipath, seguridad intrínseca. Desventaja: Complejidad receptor, problema near-far (control potencia estricto).
División Espacial (SDMA / MIMO / Beamforming)
- Múltiples antenas (array) → formar haces direccionales / separar usuarios por ángulo llegada (DoA).
- MIMO: Multiple Input Multiple Output → multiplexación espacial (capacidad × min(Nt, Nr)).
- Massive MIMO (5G): 64-256 antenas base → servir 10-20 usuarios simultáneos misma frecuencia/tiempo/código.
- Aplicaciones: WiFi 4/5/6/7 (MU-MIMO), 4G/5G, radar, radioastronomía.
División de Polarización (PDM)
- Dos polarizaciones ortogonales (Horizontal/Vertical, Circular LHCP/RHCP) → 2 canales misma frecuencia/tiempo/código/espacio.
- Aplicaciones: Enlace microondas backhaul, satélite (Ku/Ka band), fibra (PDM-QPSK/16QAM coherente 100G/400G).
Acceso Múltiple (Multiple Access) — Coordinación de usuarios
Protocolo de capa MAC (Medium Access Control) que decide cuándo y cómo cada terminal transmite en el medio compartido. Se basa en esquemas de multiplexación subyacentes.
Esquemas de acceso múltiple
| Esquema | Multiplexación base | Control | Ejemplos |
|---|
| FDMA | FDM | Asignación fija/dinámica frecuencias | Radio FM, AMPS, satélite FDMA |
| TDMA | TDM | Slots asignados (programado / demanda) | GSM, DECT, satélite TDMA, WiFi (CSMA/CA no TDMA puro) |
| CDMA | CDM | Códigos asignados + control potencia | IS-95, CDMA2000, WCDMA, GPS |
| OFDMA | OFDM | Subportadoras (Resource Blocks) asignadas dinámicamente | LTE, 5G NR, WiFi 6/7 (OFDMA DL/UL), WiMAX |
| SC-FDMA | DFT-s-OFDM | Subportadoras contiguas (PAPR bajo) | LTE/5G Uplink |
| CSMA/CA | Tiempo (contención) | Escucha antes transmitir + backoff aleatorio | WiFi (802.11), Ethernet (CSMA/CD histórico) |
| NOMA (Non-Orthogonal MA) | Superposición potencia (Power Domain) | Usuarios superpuestos misma RB, SIC en receptor | 5G NR avanzado, IoT masivo |
| Grant-Free / Configured Grant | Tiempo/Frecuencia pre-asignada | Sin scheduling dinámico (baja latencia URLLC) | 5G URLLC, Industrial IoT |
Relación: Multiplexación habilita Acceso Múltiple
Capa PHY (Multiplexación) → Capa MAC (Acceso Múltiple) → Capa Red / Transporte
OFDM (subportadoras) OFDMA (asignación RB) IP / TCP / QUIC
TDM (slots) TDMA (asignación slots) QoS / Slicing
CDM (códigos) CDMA (asignación códigos) Security / Mobility
Ejemplos integrados
- LTE/5G: PHY = OFDM (DL) / SC-FDMA (UL). MAC = OFDMA (programador asigna Resource Blocks cada 1 ms TTI).
- WiFi 6/7 (802.11ax/be): PHY = OFDM. MAC = OFDMA (AP asigna RUs) + CSMA/CA (contención) + MU-MIMO (espacial).
- GPS: PHY = CDM (códigos Gold). MAC = CDMA (todos satélites misma frecuencia, códigos distintos).
- Radio CB / Walkie-talkie: PHY = FM (analógico). MAC = CSMA (escucha antes hablar) + CTCSS/DCS (filtrado recepción).
Resumen conceptual
- Multiplexación: "Cómo caben varias señales en el cable/aire". Física. Transparente.
- Acceso Múltiple: "Quién transmite cuándo y cómo evitamos choques". Protocolo. Visible para usuario (latencia, colisiones, prioridad).
- Toda red real usa ambas: multiplexación en PHY + acceso múltiple en MAC.
