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Pasla... F I S INTRODUÇÃO 3 1. PRINClfrOS DA TÉCNICA PCM 6 1.1 Teorpniíí da amostragem 6 1.2 Conversão analógica •* digital B 1.2.1 Amostragem 1 .'1.2 Quantização 1.2.3 Codificação 10 1.?.<1 Multiplexação TC 1.3 Conversão digital y analógico 10 1.3.1 Demultiplsxação 10 1.3.2 Decodíficação 11 1.4 Sumário tias funções 1 1i2. TRANSMISSÃO DIGITAL . . . . . . 1™ 2.1 Características gerais do sistema de trartsmísfão PCM , . 12 2.2 Sistemas de transmissão PCM . ;-, 13 2.2.1 Sistema de transmissão PCIV30 14 2.2.2 Sistema de transmissão PCM24. 16 2.3 Sistemas digitais de transmissão às capacidades mais elevadas 1H 2.4 Sincronismo através de justificação 19 3. COMUTAÇÃO DIGITAL 20 3.1 Comutador temporal , 7 ! 3.2 Comutador espacial 23 3.3 Memória cie controle , » , . . , . . . '.M 3.4. Órgãos de uma central de comutação digita! •• ?ri 3.4.1 Equipamentos de conexão , 2í' 3.4.2 Matriz de acoplamento digitai 26 3.5. Ligação entre dois assirmmas ?7 3.6. Sincronização de redes digitais 27 4. EXPLANAÇÃO DOS TERMOS TÉCNICOS ||g 5. ÍNDICE REMISSIVO. . ™ Traduzido e adaptado do caderno TOP! C 7 SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT' A entrega a terceiros e a reprodução deste documento. do seu conteúdo, são proibidos, salvo por sutorizaçáto e Os infratores respondem por perdas s danos. i como o uso e a revelação Publicado pelo Departamento de Comutação Pública Rua João Tibiríçá, 1112 - Vila Anastácio 05077 - São Paulo- SP Traduzido e adaptado por: EQT-TS1, U31 - H anseie Equite! S.A. Equipamentos e Sistemas de Telecomunic! £>J •fraODUÇÃO u (. ás. ssto .'uíf)j Engenheiro Elúcricista Telecomuniciaçãu- Eletrônica - Eletricidade Reg CREA2497/D frste caderno é uma introdução às técnicas dü modulação por codificação de pulsos (PCMj, muitiplexação por divisão de íempo (TDM) e comutação telefônica digital. As explicações se restringem aos princípios básicos e conceitos e, para possibilitar uma rápida e sucinta visão geral, não se entra em detalhes técnicos. Os valores mencionados neste caderno correspondem aos recomendados pelo CCITT ), quando disponíveis. A comunicação por telefone começou com vias de conversação individuais, o que quer dizar, para cada ligação telefônica era necessário comutar um par de fios. Devido ao gran- de número de linhas dispostas fisicamente lado a lado, esta estrutura foi denominada de • — ú _-^^~ multiplexação por divisão de espaço (SDM - space-divjsion multiplex}. Como a implantação da rede de linhas físicas absorve a maior parcela do investimento, pensou-se ria utilização múltipla destas linhas, pelo menos na rede de longa distância. £ste esforço levou à técnica de multiplexação por divisão de freqüências (FDM = frequen- cy-division multiplex), onde uma faixa larga de freqüência é dividida em faixas parciais estreitas. A figura 1 mostra uma faixa de freqüência de 48 kHz dividida em 12 faixas par- ciais. Os sinais telefônicos são convertidos em faixas parciais através da modulação com diferentes ondas senoidais (portadoras) e assim transmitidas. Como as portadoras são moduladas pelo sinal telefônico, este método também é denominado de método de fre- qüência portadora. Após uma demodulação na recepção, estes sinais estão disponíveis novamente em sua forma original. O método de freqüência portadora é ainda hoje um método usual e econômico de transmissão. A í;k;nií,a dü muliíplexaa_ãp por divisão,de..freqüência é somente uma das possibilidades de transmitir simultaneamente vários sinais telefônicos através de um meio de transmissão comum. Uma outra possibilidade é a técnica de multiplexação por divisão de tempo (TDM - time-division multiplex}. Aqui os sinais telefônicos não são transmitidos lado a lado na faixa de freqüência como na multiplexação por divisão de freqüência, mas sim. deslocados no tempo. A figura 2 mostra, gomo exemplo, um período com 32 "time slots'.' Esta subdivisão se repete a cada 125 /us em períodos subseqüentes. A um smal telefônico é atribuído um "lime sioí" em cada pei iodo subseqüente. l l j / [ 3 | 4 i.j. i " ! ? l 8 | 9 j 10 l 11 | 1?. W 108'kHz. Figura 1 Multiplexação por divisão de freqüência Figura 2 Multiplexação por divisão de tempo 3 são explicados no capítulo 4. ©2- 3 Na multiplexação por divisão de tempo, toma-se como base que, para transmitir oscila- ções elétricas, como p. ex. sinais telefônicos, nãpjijia necessidade de enviar toda a fojrna da onda (teorema da amostragem, veja o item 1.1.), É suficiente retirarem intervalos re- gulares uma amostra do sinal (figura ' 3 ) e transmitir só esta. Através da amostragem^ obtém-se uma seqüência de puisos curtos cujas amplitudes correspondem aos valores ins- tantâneos do sinal. Esta conversão é conhecida como modulação por amplitude de pulsos (PAM). A envoltôria dos sinais PAM reproduz a forma original da onda (figura 4). Entre cada amostra de um mesmo sinal telefônico surgem pausas relativamente grandes. Estas pausas podem ser utilizadas para a transmissão de outros sinais PAM, isto é, as amostras de diferentes sinais telefônicos podem ser transmitidas ern seqüência cfclica. Os pulsos de diferentes sinais PAM formam, assim reunidos, um sinal PAM multiplexado por divisão de tempo (veja a figura 5}. Figura 3 - Amostragem periódica de um sinal telefônico analógico a Figura 4 - Amostragem periódica de urn sinal telefônico analógico a Figura 5 - Sinal multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras de três sin telefônicos analógicos a, b e c, em seqüência cíclica ordenada. Quando as amostras da forma de onda nâ"o são Transmitidas com pulsos de diferentes amplitudes, porém com palavras de códigos binários, então tem-se a modulação por codi- ficação de pulsos {PCM). As amostras em forma de pulsos são quantizadas e, geralmente, codificadas com 8 bíís. A figura 6 mostra, para maior clareza, urn sinal digital com somen- te 4 bits no lugar de palavras de códigos de 8 bits. AG amostras codificadas de diferentes sinais PCM, reunidos ciclicamente, formam um sinal PCM rnultiplexado por divisão de tempo (veia a figura 7). Os sinais PCM multiplexados por divisão de tempo permitgm a múltipla utilização de li- nhas e elementos eletrônicos de comutação. Além disso, devido à estrutura digital da men- sagem, os sinais PCM são bem menos sensíveis a interferências que os sinais analógicos {p. ex. sinais PAMJ. •' nooi l r i MIM Qil ioioltóm 1001010101 100011 Mgura 6 - Sinal PCM, formado pelas amostras codificadas do sinal telefônico analógico a IT1 l Õ t M O I O MQ 1.1 l 001 O l 01 01 100 O t 1 fel ldfoToo.il Q O o f l Q 1011 -.1.00 M 10 1ÍMOOÍ1 Q..1 íl Figura 7 • Sinal PCM multtplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras codificadas dos sinais telefônicos analógicos a, &... O avanço tecnológico dos últimos anos na área dos componentes semicondutores permite hoje a implementação econômica da modulação por codificação de pulios lamüém na co- mutação telefônica, permitindo substituir os órgãos "analógicos" de comutação por siste- mas "digitais", totalmente eletrônicos. Os sistemas telefônicos digitais oferecem, comparados aos sistemas analógicos, ae seguin- tes vantagens: — Tecnologia digital ern todos os níveis do sistema (alta imunidade a ruídos). - Uso múltiplo de linhas e órgãos da central através da multiplexação por divisão de tempo. — Um canal próprio para cada um dos dois sentidos de conversação (correspondente à interconexão a 4 fios na técnica analógica). — Espaço físico reduzido. — Matriz de acoplamento com alta capacidade de tráfego e bloqueio interno desprezível. — Diversos serviços podem ser integrados em uma rede: telefonia, todos os tipos de transmissão de dados bem como "fac-símile" de alta velocidade entre outros. Vantagens nos aparelhos telefônicos digitais: Um canal digital próprio para cada um dos sentidos de conversação até o assinante, estabelecendo melhores condições para a implantação de novasfacilidades. Um canal de sinalização permanentemente disponível nos dois sentidos, entre o apa- relho telefônico e a central pública local. Desta forma, na futura rede digital de ponta a ponta será possível: indicação do número do assinante charnador, correio eletrô- nico e comunicação mista entre outros. 1 PRINCÍPIOS DA TÉCNICA PCM 1.1 Teorema de amostragem O teorema da amostragem especifica a menor freqüência de amostragem de um sinal ana lógico, para que na reconstituição do sinal analógico originai, a partir das amostras, não haja perdas na informação. A freqüência de amostragem (f A t deve ser muior que duas. vezes a maior Trgqüència contida no sinal analógico (fé): 9* 1.2 1.2.1 Conversão analógico -> digital Amostragem Para a faixa de freqüência de 300 Hz a 3400 Hz, usada na telefonia, foi fixada, internacio- nalmente, uma freqüência de amostragem (f . ) de 8000 Hz. O intervalo entre duas amos- tras sucessivas de uni mesmo sinal telefônico (inten/aio de amostragem -- T ,) resulta de. TA = 1 1 8000 Hz = 125 ns A figura 8 mostra como o sina! telefônico chega a uma chave eletrônica através de um fil- tro passa-baixas, que limita a faixa de freqüências a ser transmitida. Ele suprime as fre- qüências maiores que a metade da freqüência de amostragem. A chave eletrônica, coman- dada com a freqüência de aniostragern de 8000 W:z, retira do cinal telefônico uma ameaça a cada 125 JLÍS. Deita forma obtém-5e um sinal modulado dos puleoe em amplitude: o sinal PAM. Figura 8 - Formação de um sina! PAM Ü sina! PAM ainda é unia forma analógica do sinal telefônico. As amostras são porém trans- mitidas e processadas mais facilmente em forma digital, e o primeiro passo para 3 conver- são da amostra em um sinal digital — no caso em um sinal PCM — é a quantizacão. Para isto, o espectro dos valores possíveis do sinal é subdividido em intervalos de quantizacão, p. ex., para os sistemas de transmissão PCM30, em 256 intervalos (veja os itens 2.2 e 2.2.1). A figura 9 ilustra, como demonstrativo do princípio de quantizacão, só 16 intervalos de mesma largura. Estes intervalos são numerados de +1 a +8 na faixn positiva e de •—1 a —8 na faixa negativa do sinal telefônico. Cada amostra é alocada ao intervalo que a ela corres- ponde, fc V' Os intervalos de quantizacão são delimitados entre si porlvalores de decisão.JA amostra que ultrapassar a um valor de decisão é enquadrada no intervalo imediatamente superior e aqueia que ficar abaixo, no intervalo imediatamente inferior. Portanto, no lado da emis- são, diferentes valores analógicos são reunidos em um intervalo de quantizacão. No lado da recepção, para cada intervalo é recuperado um valor de sinal, que corresponde ao valor médio de um intervalo de quantização. Daí resultam, no lado da emissão, pequenos des- vios em relação à amostra original do sinal telefônico. O desvio (erro de^auantlzacjÍQLcor- responde, no máximo, a meio intervalo para cada amostra. O erro de quantização daí re- sultante pode transformar-se em ruído no lado da recepção, sobreposto ao sinal útil. O erro de quanítzacão é tanto menor quanto maior for o número de intervalos de quanti- zacão. Uma adequada graduação destes intervalos reduz este erro a um valor desprezível Q o ruído a um nível imperceptível. F igura 9 • Quantização linear das amostras de um sinal telefônico analógico í :• 7 Para intervalos de quantização de mesma largura & distribuídos linearmente dentro de faixa de amplitude, ter-se-ia erros de quantização relativamente grandes para sinais de pe- queno valor {quantização linear, veja figura 9). Ejtes erros poderiam ser de mesrna grandeí za que o jpróprio sinal de entrada e a relação sinal/ruído não seria suficientemente grande^ (mesmo para 256 intervalos de quantização). Por este motivo usam-se ria prática interva- los de quantização de larguras diferentes (quantização nâo-linear, figura 10): — pequenos intervalos d« quantização para sinais do pequeno valor — maiores intervalos de quantização para sinais de maior valor. Desta forma, a relação entre o sinal de entrada e o erro de quantização é aproximadamen- te igual para todos os sinais. H"U Os detalhes da quantização nâo-linear são fixados pala curva característica. O 4 comenda eml'G.711 j duas curvas; V-a) a curva de 13 segmentos (feí A, para o sistema PCM30) b) a curva de 15 segmentos (lei M, para o sistema PCM24), Figura 10 - Quantização não-íinear e codificação correspondente t c? A figura 11 mostra a curva de 13 segmentos. Ela é composta de 7 segmentos de reta na feixa positiva e 7 segmentos de reta na faixa negativa. O segmento acima e o segmento abaixo do ponto zero formam juntos um segmento de reta, totalizando assim 13 segmen- tos (dai' a denominação de curva de 13 segmentos). A figura 12 mostra, de forma ampliada, a parte positiva da curva de 13 segmentos, A ithcissa tem o comprimento 1, correspondente ao maior valor de amplitude de um sinal. Ma ordenada estão representados os intervalos de quantização (1...128) para os valores po- >itivos do sinal. A correspondência dos intervalos de quantização relativa aos valores dos sinais Uent mos- ira claramente que os valores grandes dos sinais são quantízados com uma escala expandi- da e os valores menores, corn uma escala mais comprimida (compressão e expansão). Os valores dos sinais U ent estão representados em vermelho na parta inferior da figura 12. igura 11 - Curva completa de 13 segmentos (!ei A} Figura 12 - Parte positiva da curva de 13 segmentos (lei A) Codificação (vermelho); decodificação (azul) (.2.3 Codificação 1.2.4 Multiplexação O sinal PCM a ser transmitido é obtido pela codificação dos números dos intervalos de quantização. O codificador eletrônico atribui a cada amostra uma palavra de código de 8 bits em correspondência ao intervalo de quantização fixado (veja figura 10), conforme é mostrado na figura 12, onde as setas vermelhas indicam as palavras de código a partir das amostras Uent Os 128 intervalos positivos e os 128 intervaios negativos ds quaníização (128 + 128 = 256 — 2 ) são representados nos sistemas de transmissão PCM, através de um código bi- nário de 8 dígitos; as palavras de código têm, conseqüentemente, 8 bits. (a ft"fTÉ/ trJ-n^-W® f c 5. i r> -J^^fV.^fyv C( 6Í f A tr*TVrW/Wo t-Vi&fvTi Jo =ò i( c f <è*r of As palavras de código de 8 bits de diversos sinais telefônicos podem ser transmitidos em uma següéncia cíclica, isto é, entre duas palavras de código de um mesmo sina! telefônico são introduzidas em seqüência palavras de código üe outros sinais telefônicos, formando assim o smaj-PCM multíplexado por divisão üe tempo.' Os processos de multiplexação são totalmente eletrônicos. A fiyura 13 mostra, a título de explicação, 4 sinais de entrada amostrados periodicamente por um seletor rotativo A. Este seletor A gira de uma entrada à próxima em sincronismo fsíncrono) com a entrada das palavras de código. Na saída do setor A tem-s.fi sntão um sinaí PCM multiplexado por divisão de tempo. O intervalo de tempo, em que uma palavra de código é transmitida, é denominada de "time siot". A seqüência de bits, que contém uma palavra de código cfé cada sinal de entrada, é deno- minada de^quadro do pulsosj No nxernplo ds figura 13, um quadro de pulsos é formad por quatro palavras de código seqüenciais dos sinais de entrada S1...S4. No sistema transmissão PCM30, o quadro de pulsos é formado por 32 palavras de código (veja o item 2.2.1). 1,3 Conversão digital -*• analógico 1.3.1 Demultipíexação Do sina! muitiplexado no tempo obtém-se na recepção novamsnte os sinais PCM, isto é, as palavras de código de 8 bits são distribuídas & correspondentes saídas. Ta! como ns multiplexação na emissão, também aqui os processos d(? demultíplexação são totalmente eletrônicos. Para melhor entendimento, a figura 13 mostra um seletor rotativo B, que dis- tribui as palavras de código às 4 saídasem total sincronismo com o seietor A. n Figura 13 - Princípio da multiplexação por divisão de tempo e da demultiplaxaçao ,3,2 DftGodíficsçãc? A cada palavra de código de 8 bits é atribuído um valor U saída na recepção, e que corres- ponde ao valor médio do correspondente intervalo de quantização. A curva da decodifica- rão é a mesma da codificação nao-linear na emissão. Os valores dos sinais U saida es^° representados em azui na parte superior da figura 12. As setas azuis desta figura indicam os valores de sinais Usaída alocados às palavras de có- •-' digo. As palavras de código são decodificadas na seqüência da chegada e convertidas em sinais PAM. A seguir, este sinal PAM é levado a um fiTtro passa-baixas, que a partir dele re- constitui o sinai telefônico original. l .4 Sumário das funções Emissão Limitação da banda do sinal telefônico através do filtro passa-baixas (item 1.2.1). — Amostragem do sinal telefônico. As amostras dai' resultantes formam um sinal PAM (item 1.2.1). Quantização das amostras, isto é, determinar o intervalo de quantização correspon- dente a cada amostra (item 1.2.2). — Codificação das amostras, Isto é, atribuir uma palavra de código binário a cada intei- valo determinado (item 1.2.3). O sinal telefônico composto de palavras de código de 8 bits denomina-se sinal PCM. Multipiexação dos diferentes sinais PCM, isto é, agrupamento cíclico das palavras de código de um sinal telefônico com palavras de código de outros sinais telefônicos em um sinal PCM multiplexado no tempo (item 1.2.4). Recepção - Demuitipl exação do sinal PCM multiplexado no tempo, isto é, distribuição das pala- vras de código dos sinais telefônicos às linhas (item 1.3.1). — Decodificaçao das palavras de código de um sinal PCM, isto é, atribuir a cada palavra de código um valor de sinal (item 1.3.2). O valor do sinal é igual ao valor médio do Correspondente intervalo de quantização. Desta forma tem-se novamente um sinal PAM. — Reconstituição do sinal telefônico analógico original a partir do sinal PAM através de um filtro passa baixas (item 1.3.2). A. seqüência das funções está condicionada ao sistema e pode divergir da seqüência aqui dada. Por exemplo, as amostras de diversos sinais telefônicos podem ser reunidos em um sina! PAM multiplexado no tempo, o qual é a seguir quantizado e codificado em um equi- pamento comum. TRANSMISSÃO DIGITAL Os sinais telefônicos analógicos são convertidos em sinais digitais com auxilio da modula- — cão por codificação de pulsos, para daí serem transmitidos na forrrta digital. Os sistemas básicos de transmissão digital são os sistemas PCM3Ü (veja os itens 2.2 e 2.2.1) e PCM24 (veja os itens 2.2 e 2.2.2). A partir destes sistemas podem ser formados sistemas de ordem superior (veja o item 2-3). Características gerais dos sistemas de transmissão PCM Circuito de conversação Em um sistema de transmissão PCM há um canal para cada sentido da ligação (assinante A •> assinante B; assinante B •* assinante A). Os "time slots" de canal de mesma numeração em urn quadro de pulsos dos dois sentidos opostos de um sistema de transmissão PCM for- mam um circuito de conversação com dois sentidos distintos e separados entre si. Os siste- i mas de transmissão PCM e de comutação PCM são, conseqüentemente, sistemas a 4 fios, se analisados a partir da técnica analógica (veja a figura 14). Sincronismo entre emissor e receptor Os sistemas de transmissão PCM estão terminados nas duas extremidades por equipamen- tos multiplex. Cada equipamento multiplex tem um emissor e um receptor (veja a figura 14). O emissor forma as palavras de código de 8 bits a serem emitidas e o receptor conver te estas palavras de código novamente em sinais anafôgiüoa. Pare a reconstituiçãj destes sinais analógicos, o receptor de um sentido de conversação deve trabalhar com o mesmo sinal de sincronismo que o emissor no lado oposto- por este motive^ g emissor envia ao rg£ej3tor não só os sinais PCM, mas. corn eles também o sinal de sincronismo com o qual estes foram formados. Para tal, o emissor contém urn gerador e o receptor, um receptor de sinais de sincronismo, que filtra estes sinais do sinal PCM recebido. Desta forma, o receptor está ern sincronismo, isto é, ele está em perfeito sincronismo com o emissor do mesmo sentido de conversação; o mesmo acontece com o receptor e o emissor do outro sentido de conversação. . f " uipamen nissão VF / /PCM VF / /PCM omuhiplex Eq ^ •« Equipamento muitiplei pçjfo PCM/ VF Figura 14 - Transmissão de sinais de temporização através de uma roía de transmissão PCM Equipamento termina mu : Emissão '• Recepção tiplex de linha VF / /PCM / ' FT,M _ _ _ _ , . > < Repetidores terminal Equipamento regenerarjores de iinna mylTiolex ._ ,., .•i _ _ _ p, A _ . > <j _ — PGM/7 / VF VCMS • VF *1Emissão i *n t 4 . ] Recepção : «_.____ n Figura 15 - Representação esquematica de uma rota de transmissão PCM < i p 63 Oóriiyo de unha O sinal PCM formado pelo emissor é composto por sucessivas palavras de código de 8 bits no códjcjiJ binárioJM.RZ (non-return-to-zerol. Este sinal digital, contudo, não pode ser apli- cado diretamente ã linha física devido à sua componente de corrente contínua. Por este motivo, o emissor no equipamento multiplex converte o sina! PCM em um sina! pseudo- Ternário, p. ex, ern um sma|_AMJ (atternate mark inversion), isento da componente de corrente contínua. Neste sinal, contudo, pode ocorrer uma longa seqüência de bits O (zero), ocasionando, eventualmente, a perda do sinal de sincronismo retirado peios repeti- dores regeneradores do sinal enviado. Por isto, para linhas de transmissão PCM, é usada uma variante do código AMI pseudoternário: ofcódjgo HDB3J (third-orderhigh-density bipolar). Com este código limita-se em ,três_a quantidade de bit;. O (zero! sucessivos. Equipamento terminal de unha O equipamento terminal dü unha é o elo de ligação entre o equipamento multipiex e as linhas de transmissão (veja a figura 15J. No lado da emissão é injetado o potencial para a telealirnentacão dos repetidores regeneradores; no !ado da recepção é regenerado o sinal PCM e dali levado ao receptor do equipamento multiplex. Repetidores rege moradores Nos enlaces PCM são instalados repetidores regeneradores a cada 2 a 5 km (veja a figura 15). Eles regeneram os sinais PCM nos dois sentidos de transmissão e eliminam desta for- ma as distorções ocasionadas por influências externas e pelos parâmetros de transmissão das linhas. 2.2 Sistemas de transmissão PCM Os sistemas de transmissão PCM30 com 2048 kbits/5|(G.732)|e PCM24 com 1544 kbits/s r(G.733J7jrecomendadQ5 pelo céfTT e descritos no texto a seguir, reúnem 30 e 24 canais por sentido de transmissão, respectivamente, para formar um sisfimijlMtipJex temporal. O sistema PCM30 é usado em todos os países europeus e muitos outros; o sistema PCM24 é usado principalmente nos EE.UU., Canadá e Japão. Os sistemas PCM30 e PCM24 tam- bém são denominados de "sistemas primários" ou sistemas básicos e suas principais carac- terísticas estão relacionadas na tabela 1. Í^VH &l\ÍVJ2jQ.Ji\ A] «Características comuns _±_ b í d e «Ca f g h ' k Freqüência de amostrarjem Duração üe um quadro de pulsos Quantidade dê bits por palavra de código Taxa de bits de um caria' PCM30 n PCM24 8 kHz 8000/s b 8000/s 125 |IS 8 bit b • d = 8000/s • 8 bit = 64 kbit/s acter ísticas específicas Coditicacão/decodificaçao Quantidade de segmentos da curva Quantidade de"time slots" Por quadro de pulsos Quantidade de bus por quadro de pulsos C - bil adicional) Duração de um "time slot" de canal de 8 bits temporal PCM30 Lei A (A-law) ,13 32 d • fl - 8 bit • 32 = 256 bit c - d _ 12biie.«- ca. 39 lis b - h ^ BOOO/5 256 bit - ?048 kbit/sPCM24 Lei u |/j - low) 15 24 d • g l 1 ' - 8 bit 24 + 1 • - 193 bit r -d-123ug. i l - h 193 ca. 5.2 |is b'h = OOOO/s 183 bit 1B44 kbit/s &; Tabela 1 - Características dos sistemas de transmissão PCM30 e PCM24 í Cf> 13 Sistema de transmissão PCM30 O sistema PCM30 permite a transmissão simultânea de[lQj:onversac - 5es. p. ex., através de dois pares simétricos de um cabo de baixa freqüência (veja, entre outros, a tabela 1), Quadro de pulsos (veja a figura 16) Para cada um dos 30 circuitos de conversação são enviados, nos dois sentidos, 8000 amos- tras por segundo em forma de palavras de código :ie 8 bits. Portanto, em cada sentido dove haver a transmissão sucessiva de 30 palavras d« código fie 8 hits dentro de Afô j.js (=•• valor inverso de 8 kHz). A essas 30 palavras de código somam-se 2 x U bits: 8 bits para a sinalização e 8 bits, que contém, alternadamente, uma palavra de alinhamento do qua- dro e uma palavra de serviço. As 30 palavras de código formam, com os 2 x 8 bits, um quadro de^ gujsqs,. Os quadros de pulsos são transmitidos, obrigatoriamente, em ordem sucessiva. Palavra de alinhamento do quadro (veja a íiçjura 17) As palavras de alinhamento do quadro sincronizam o emissor e o receptor do sistema PCM30. Os bits 2 a 8 desta palavra têm sempre o mesmo formato: 0011011. O receptor determina a posição do quadro de pulsos baseado nas palavras de alinhamento dos qua- dros entrantes, para que os bits entrantes possam sur distribuídos aos circuitos telefôni- cos na seqüência correta. A palavra de alinhamento do quadro é transmjtidajiiternadmnente com a palavrajjgjgr^ viço nCj_canaL.Q (zero). O primeiro bit do cana! O é reservado para uso internacional. Numeração dos "time slots" de canal do um quadro de pulse P.A.Q. ; e p S anal para inhamunro ílavra de rvico - T aprox. 3,9 M s. telefônico 2 telefôniro Canal de sinal i? ação telefônico ... telefônico 3O /• \ \ ~T~ Figura 16 • Estrutura do quadro de pulsos do sistemü de transmissão PCM30 ?. A - <3. Figura 17 - Pajavrade alinhamento do quadro no "time slot" do canal O de um quadro de pulsos 1.°bit = X^ reservado para uso internacional 2P ao 89 bit"* palavra de alinhamento do quadro p. s. Figura 18 - Palavra de serviço no "íims slot" do can;íí O de um quadro de pulsos 19 bit — X ^ reservado para uso internacional 29 bit ~ 1 •*• impede a falsa identificação c!e uma pa'avra da alinhamento do quadro 3P bit = A ->-para informação de alarme urgente, -fixado Internacionalmente 4pao gp bit. ~ y -*• reservado para uso nacional J1? Sistemas digitais de transmissão de capacidades mais elevadas Os sistemas digitais de transmissão com maior número de canais estão baseados nos siste- mas PCM30 e PCM24 {veja a tabela D e figura 20}. Tal como na técnica de muítiplex por divisão de freqüências, também aqui os sistemas de capacidade mais elevada são denomiA \ nados de sistemas de ordem superior. Na tabela 5 estão relacionados os sistemas de ordem«' superior recomendados pelo CCITT. ^) Informação útil + sinal de alinhamento de quadro, sina! de alinhamento de muiti- quadro, palavra de serviço, sinalização e informação d y justificação íveja capítulo 2.4), Tabela ü Hierarquia dos sistemas digitais de Transmissão. Equipamemc Circuitos de múltiplo* conversação P C M 30 muttipiex digital 8 Mb k \ Figura 20- Combinação de quatro cisternas de írammiesão, cada um com 30 cireuiTOE rfe conversação, formando um sistema de transmissão com 120 circuitos de conversação. Sincrormmo através Quando se faz a reunião de diversos sinais digitais de mesma taxa nominal de bits de justificação Ip. ex. 20'í8 kbiís/s) para formar um sinaí multipiex de urdem superior, geralmente não há sincronismo perfeito entre estes sinais. As suas taxas de bits podem desviar-se do valor nominal dentro de uma determinada tolerância {p. ex, ± 5 x 10~5í; eles são plesiócronos entre si. Por isso, na combinação de sinais digitais em um equipamento multipiex digital, os sincronisrnos são ajustados entre si através de justificação. Na prática são usados dois processos de justificação: justificação positiva (menos usual) e justificação positíi/a-zeronegativa. Com o auxílio dos bits de informação de justificação, o emissor informa continuamente ao receptor se houve a justificação e de que forma. Os bits de informação de justificação são necessários, jjara tornar sem efeito a justificação no receptor e recuperar os sinais ori- ginais, Para estes b i ti de informação de justificação é prevista uma capacidade adicional de transmissão. (j Exemplo (veja a figura 20) Quatro sistemas PCM30 plesiòcronos devem ser reunidos para formarem um sistema de transmissão de 120 circuitos de conversação. Cada um dos quatro sistemas PCM30 tem • : --| de bits de 2048 kbits/s que, contudo, pode desviar-se do valor nominal Palavfa üe serviço Ueja a figura 18) Esta palavra transmite sinais de serviço. O 3° bit da palavra é o bit de sinalização para o alarme urgente. O zero "O" significa "sem alarme"; o "1" informa um dos seguintes alarmes: Falha da fonte de alimentação (se a sinalização ainda for possível) Falha do Coduc (LOdificador/fJecodificador} — Faina do sinal de entrada de 2048 khits/s Perda do alinhamento do quadro de pulsos Taxa de erro da palavra de alinhamento tio quadro í> 1 x 10 Os hirs 4 a 8 estão reservados para uso nacional. Sinalização Os sinais de comutação (p. ex., sinal de atendimento, de desligamento e de seleção) são transmitidos no canal 16 ("out-slot"). Aqui é distinguiclo entrQ: Sinalização associada ao canal para 30 circuitos de conversação e — C,f\ S Sinalização por canal comum com 64 kbits/s, •« C C-"S Na sinalização associada ao canal, o canal 16 é subdividido de forma que, para cada um dos 30 canais estejam disponíveis determinados bits (veja a tabela 2). Para isto, 16 quadros são reunidos em um multiquadro. No início de urn multiquadro é enviada uma palavra de alinhamento de multiquadro no "time slot" do canal 16 do quadro de pul- sos O (zero). O formato de bits desta palavra de alinhamento de multiquadro é "0000". Os "time siots"de canal 16 de um multiquadro são subdivididos ern dois quadros de4 bits (a, b, c, d}. A cada um cios 30 canais telefônicos de um multiquadro á atribuído Um destes grupos de 4 bits, para a sinalização. A taxa de bits de sinaMzação por canal telefõ^ j-iico é_de 2 khjt_s/s.fnü¥ndÕ~^õ'canal 16 {= 64 kbits/s) não está sendo usado para a trans- missão de sinalização associada ao canal, então ele poderá ser usado para a transmissão de outros sinais digitais, p. ex,., sinalização por canal comum (CCITT nP 6, nP 7) ou para íiansmissao de dados. Número dos 0 1 2 3 4 5 6 7 8 'j 10 11 12 13 14 15 Bits m 0 0 0 Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico • Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico Canal telefônico s "times slots" do canal 16 0 1 2 3 X Y X Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico 4 j Cana telefônico 5 6 7 8 9 10 11 12 15 H 15 Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Cana telefônico Canal telefônico , -f 16 17 18 19 20 21 ?? ?3 24 25 26 27 28 23 30 Tabela 2 - Alocação dos bits 'nos "time slots" do canal 16 de um multiquadro PCM30 em correspondência aos canais telefônicos para sinalização associada ao canal. 0000 -"= palavra de alinhamento de multiquadro. X — bit de reserva Y — bit para telessinalização da perda de alinhamento de mulíiquadro. J 'Y IS Este sistema possibilita a transmissão simultânea de 24 conversações, p. ex., atravésde dois pares simétricos de um cabo de baixa freqüência (veja, entre outros, a tabela 1). Canal telefônico 1 Canal telefônico 7 oorox. 5,2 ,LI 5 1 Bit adicional IbiU 2 4 x 8 - — 125125 ns Figura 19 - Estrutura do quadro de pulsos do sistema de transmissão PCM24 Números dos quadros de pulsos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Utilização cios primeiros nits (adicionais) dos quadros dR pulsos Sinal de rio quariro • 0 1 0 1 0 - Sinal de do multiqugdro 0 0 - 1 1 -.0 Tabela 3 - Alocação dos primeiros bits (adicionais) e dos bits dos "time sldts" de canal de um multiquadro no sistema PCM24 com sinalização associada ao canal. quadros de pulsos 1 2 3 4 5 6 7 8 Utilização dos primei quadros do quadro 1 0 _ 1 - 0 os bits (adicieanais) dos de pulsos Sinalização por canal comum s c; _ S 5 Tabela 4 - Alocação dos primeiros bits (adicionais) dos quadros de putsos em sistemas PCM24 com sinalização por canal comum Quadro de pulsos (veja a figura 19! Ta! como o sistema de transmissão PCM30, o sistema PCM24 transmite palavras de código de S bits nos dois sentidos. No sistema PCM24, o quadro de pulsos contém, em ordem su- cessiva, uma amostra de cada um dos 24 sinais telefônicos de um sentido de transmissão na forma de palavras de código de 8 bits (24 x 8 — 192 bits) e mais um bit adicional. Com esíe bit adicional é transm itido, alternadamente, o sinal de alinhamento de quadro e o sinal de aünhamento de multiquadro ou, alternadamente, o sinal de alinhamento de quadro e a sinalização de um canal de sinalização comum. O bit adicional é enviado como primeiro bit tio quadro de pulsos. Em correspondência à freqüência da amostragem e às 8000 amostras por sinal telefônico dai' resultantes, um quadro de pulsos tem a duração de 125 MS. Sínal de alinhamento do quadro (yoja também as tabelas 3 e 4) O primeiro bit de cada segundo quadro de pulsos (todos os quadros corn número ímpar) pertence ao sinal de alinhamento do quadro, nos dois sentidos de transmissão. O equipa- mento de sincronisrno ria recepção avalia os sinais de alinhamento de quadro e supervisio- na assim o sincronismo de frtqüência da transmissão entre a unidade de emissão e a unida- de de recepção. O sinal de alinhamento de quadro lem o formato 101010... Sinalização No sistema de transmissão PCM24 há, igualmente, dois processos de sinalização: sinflütacriQ associada ao canal para 24 circuitos telefônicos e sinalização por canal comum com 4 Kbií5/5. Pão a sinahzaçao associada ao canal do sistema PCM24, os 12 quadros de pulsos sucessi vos são reunidos em um multiquadro (veja a tabela 3). Estes multiquadros são sincroni- zados atiavés do sinal de alinhamento do multiquadro, contido no primeiro bit dos qua- dros de pulsos de número par. O bit 8, o bit menos significante (= ieast-significant bit), do 6? e 12? qusdro de cada multiquadro é usado para a sinalização. A redução na qualida- de da transmissão daí decorrente é imperceptível pelo ouvido humano. Estes bits menos significantes são usados para transmissão "in-slot" da Sinalização de comutação. O CCITT denominou estes dois canais de sinalização independentes por canal telefônico de canal A e B (veja a tabela 3). A taxa total de bits para a sinalização associada ao canal é de 1333 bits/s por canal telefônico. Com esse processo de sinalização não pode ser mantida a exigência de integridade de bits na transmissão de dados de 64 kbits/s. Na sinalização através de um canal comum com 4 kbits/s, os quadros de pulsos não são reunidos em multiquadros. O primeiro bit de cada quadro de pulsos de número par não é usado para o sinal de alinhamento de multiquadro, mas para a sinalização (bits S, veja a tabela 4). Os bits S formam o canal de sinalização comum, usado para a sinalização entre duas centrais telefônicas. Sinalização de alarme Dependendo do processo de sinalização usado, um sistema de transmissão PCM24 pode transmitir sinalizações de alarmes como segue: O segundo bit de cada sinal telefônico pode ser emitido como bit "O". ' Na sinalização associada ao canal, contado, este "O" do sinal de alinhamento de mul- tiquadro do quadro de pulsos 12 pode ser convertido em "1". Desta forma pode-se transmitir os seguintes alarmes: falha da alimentação falha do Codec perda do alinhamento do quadro de pulsos. I7
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