Aula_SDH_PDH classe

Prévia do material em texto

1 
 
 
Tania Regina Tronco 
 
tania@cpqd.com.br 
 
Agosto/2010 
 
Sistemas de Transmissão Digital 
 
Aula 2 
 
Modulação Digital 
 
2 
Modulação Adaptativa 
Altera dinamicamente o esquema de 
modulação. 
A modulação a ser utilizada é definida, 
basicamente, pela relação sinal ruído (SNR) 
do enlace e pela taxa de transferência do 
usuário. 
3 
Modulação Adaptativa 
 Em condições severas de 
propagação e a longas 
distâncias é empregada uma 
modulação mais robusta e com 
menores taxas de transmissão 
(QPSK). 
 Já em enlaces de curta e média 
distâncias esquemas de 
modulação de alta eficiência 
espectral são empregados, 
conseguindo-se assim elevadas 
taxas de transmissão (16-QAM e 
64-QAM. 
4 
 
 OFDM (Orthogonal Frequency Division 
Multiplexing) 
“OFDM é uma técnica de modulação onde múltiplas 
portadoras de baixa taxa são combinadas para 
transmitir numa forma paralela resultando em 
altas taxas de transmissão” 
5 
Modulação OFDM 
 
N feixes de símbolos paralelos 
símbolos seriais 
Su
b
p
o
rt
a
d
o
ra
 f 0
 
Su
b
p
o
rt
a
d
o
ra
 f1
 
Su
b
p
o
rt
a
d
o
ra
 f N
-1
 
6 
Modulação OFDM 
7 
FDM (Frequency Division Multiplexing) 
Cada sinal é modulado numa freqüência de 
portadora diferente 
 Freqüências de portadora são separadas de modo 
que não haja superposição dos sinais 
8 
OFDM 
Na OFDM, emprega-se uma sobreposição 
das mesmas, resultando em um ganho 
espectral de até de 50% em relação à 
técnica FDM. 
 
 
9 
OFDM 
Técnica que permite superposição de canais 
consecutivos sem interferência. 
Para isso, as portadoras devem ser 
matematicamente ortogonais 
10 
OFDM - Ortogonalidade 
 
 
 Num sistema OFDM, cada portadora é uma senóide com 
freqüência igual a um múltiplo de uma freqüência senoidal 
fundamental (harmônica) 
 
Esta condição permite a ortogonalidade 
Espectros não se interferem 
 
11 
Freqüências Harmônicas 
12 
Propriedades das Senóides Harmônicas 
A multiplicação de duas senóides harmônicas resulta numa área nula num determinado período: 
13 
Espectro de um sinal OFDM 
14 
OFDM 
Os dados são multiplexados em múltiplos canais 
usados para modular cada portadora 
15 
Multiplexação 
Multiplexar é enviar um certo número de 
canais através do mesmo meio de 
transmissão. 
Objetivo básico do uso desta técnica é a 
economia, pois utilizando-se o mesmo meio 
de transmissão para diversos canais 
economiza-se em linhas, manutenção, ... 
16 
OFDM 
OFDM pode reduzir interferências entre 
símbolos como mostra o seguinte 
exemplo: 
 
Usando 100 canais (portadoras), um sinal de 1 
Mbit/s pode ser convertido em 100 sinais de 
10 kbit/s. 
Neste caso, a banda do sinal modulado é 
efetivamente diminuída por 100. 
De maneira equivalente, o período de duração 
de cada bit é aumentado por 100, ficando mais 
imune a ruídos. 
17 
Os problemas de interferências 
Num ambiente multi-percurso, uma duração 
curta de bits aumenta a probabilidade de 
interferência inter-símbolo (ISI) 
 
 
18 
OFDM 
Permite a sobreposição de bandas diferentes sem 
interferência. 
Oferece uma alta taxa de transmissão de dados 
com uma duração maior de símbolos e eficiência 
espectral. 
 
19 
OFDM - Aplicação 
OFDM pode ser vista como uma boa candidata para 
modulação em sistemas de banda larga e ambientes 
multi-percurso: 
 
 IEEE 802.11a&g (WiFi) 
 IEEE 802.16a (WiMAX) 
ADSL (DMT = Discrete MultiTone) systems 
DAB (Digital Audio Broadcasting) 
DVB-T (Digital Video Broadcasting)DSL 
20 
Padrões WiMax 
 Atualmente existem dois padrões de WiMAX definidos 
pelo IEEE, que são: 
 IEEE 802.16d e 
 IEEE 802.16e 
 IEEE 802.16m (em estudos). 
 
21 
IEEE 802.16d 
Conhecido por WiMAX Nomádico 
Primeiros equipamentos homologados em Janeiro 
de 2006. 
O padrão Nomádico foi uma atualização da 
versão 802.16-2001 que estabelecia a interface 
aérea para sistemas acesso fixos em banda larga 
para redes LAN e MAN. 
22 
Nomádico - Conceito 
Nomadic wireless access (NWA): 
 
“Wireless access application in which the location 
of the end-user termination may be in different 
places but it must be stationary while in use”. 
Estação terminal se desloca livremente na área de 
cobertura da estação nodal ou cluster de estações 
No entanto, durante as conexões se comporta 
como estação terminal fixa (estacionária) 
 
 
23 
IEEE 802.16d 
 Emprega a modulação OFDM (Orthogonal Frequency 
Division Multiplex); 
utiliza múltiplas sub portadoras, mas com banda de 
guarda pouco espaçada; 
A interferência entre sub portadoras é evitada pela 
introdução da ortogonalidade, ou seja, o pico de 
uma sub portadora coincide com o valor nulo da 
sub portadora adjacente; 
Pode-se obter economia espectral de até 50%. 
24 
WiMax 
25 
WiMax - Modulação 
Downlink Uplink 
Modulação BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 
QAM; BPSK opcional para 
OFDMA-PHY. 
BPSK,QPSK, 16 QAM; 64 
QAM opcional. 
Codificação 
mandatória 
Convolutional Codes à taxa de 
1/2, 2/3, 3/4, 5/6. 
Convolutional Codes a taxa 
de 1/2, 2/3, 3/4, 5/6. 
26 
Referencias 
 International Engineering Consortium OFDM Tutorial 
 
 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM): Tutorial 
and Analysis 
 
 Tutorial 22 - Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM, 
DMT) 
27 
Modulação Digital - Spread Spectrum 
 
 Ela foi originalmente desenvolvida pelos militares durante a 
segunda guerra mundial, com o objetivo de transformar as 
informações a serem transmitidas num sinal parecido com 
um ruído, evitando assim a monitoração pelas forças 
inimigas. 
 
 A técnica consiste em codificar e modificar o sinal de 
informação executando o seu espalhamento no espectro de 
freqüências. 
 O sinal espalhado ocupa uma banda maior que a 
informação original, porém possui baixa densidade de 
potência e, portanto, apresenta uma baixa relação 
sinal/ruído. 
 Para os receptores convencionais esta comunicação pode 
até ser imperceptível. 
 
 
28 
Espalhamento Espectral 
Sinal de faixa estreita 
Freqüência 
P
o
tê
n
c
ia
 
Fonte:Projetando WLAN Carlos Alberto Sanches – Editora Érica 
 
Sinal de faixa larga 
Freqüência 
P
o
tê
n
c
ia
 
29 
Spread Spectrum - Técnicas 
A técnica de spread spectrum é 
implementada através dos seguintes 
processos: 
Salto de Freqüência (Frequency Hopping -FHSS) 
 Seqüência Direta (Direct Sequence - DSSS) ou 
uma combinação dos dois processos chamada de 
Sistema Híbrido. 
 
 
30 
Salto de Freqüência (Frequency Hopping) 
 Nesta técnica a informação transmitida “salta” de um 
canal para outro numa seqüência chamada de 
pseudo-aleatória. 
 Esta seqüência é determinada por um circuito gerador 
de códigos “pseudo-aleatórios” que na verdade 
trabalha num padrão pré-estabelecido. 
 
 O receptor por sua vez deve estar sincronizado com o 
transmissor, ou seja, deve saber previamente a 
seqüência de canais onde o transmissor vai saltar 
para poder sintonizar estes canais e receber os 
pacotes transmitidos. 
31 
Salto de Freqüência (Frequency Hopping) 
32 
FHSS 
Fonte:Projetando WLAN Carlos Alberto Sanches – Editora Érica 
 
33 
Vantagens e Desvantagens desta técnica 
 
 Os canais que o sistema utiliza para operação não precisam ser 
sequenciais. 
 A probabilidade dediferentes usuários utilizarem a mesma 
seqüência de canais é muito pequena. 
 A realização de sincronismo entre diferentes estações é facilitada 
em razão das diferentes seqüências de saltos. 
 Maior imunidade às interferências. 
 Equipamentos de menor custo. 
 Ocupação maior do espectro em razão da utilização de diversos 
canais ao longo da banda. 
 O circuito gerador de freqüências (sintetizador) possui grande 
complexidade. 
 O sincronismo entre a transmissão e a recepção é mais critico. 
 Baixa capacidade de transmissão, da ordem de 2 Mbit/s. 
 
34 
Seqüência Direta (Direct Sequence) 
 Nesta técnica, o sinal de informação é multiplicado por 
um sinal codificador com característica pseudo-
aleatória, conhecido como “chip sequence” ou 
pseudo-ruído (“pseudo-noise” ou PN-code). 
 
 O sinal codificador é um sinal binário gerado numa 
freqüência muito maior do que a taxa do sinal de 
informação. Ele é usado para modular a portadora de 
modo a expandir a largura da banda do sinal de rádio 
freqüência transmitido. 
 
 No receptor o sinal de informação é recuperado 
através de um processo complementar usando um 
gerador de código local similar e sincronizado com o 
código gerado na transmissão. 
35 
Seqüência Direta (Direct Sequence) 
36 
DSSS – Direct Sequency Spread Spectrum 
 
Fonte:Projetando WLAN Carlos Alberto Sanches – Editora Érica 
 
Sinal de baixa taxa (bps) Banda estreita (MHz) 
Sinal de alta taxa (bps) Banda Larga (MHz) 
37 
Vantagens e Desvantagens 
 O circuito gerador de freqüência (sintetizador) é mais 
simples, pois não tem necessidade de trocar de 
freqüência constantemente. 
 O processo de espalhamento é simples, pois é 
realizado através da multiplicação do sinal de 
informação por um código. 
 Maior capacidade de transmissão, da ordem de 11 
Mbit/s. 
 Maior dificuldade para manter o sincronismo entre o 
sinal PN-code gerado e o sinal recebido. 
 Maior dificuldade para solução dos problemas de 
interferências. 
 Equipamentos de maior custo. 
 
38 
Spread Spectrum - Aplicação 
Os rádios spread spectrum utilizam os 
protocolos padronizados para redes 
sem fio do tipo WLAN ou WiFi (IEEE 
802.11), e suas interfaces suportam os 
principais protocolos de redes 
existentes. 
 
39 
WiFi - DSSS 
 Utiliza faixas de freqüência não licenciadas (ISM) 
 O espalhamento é dividido em 11 sub-canais, cada 
um com 22 MHz cada; 
 Redes locais devem utilizar canais cujas freqüências 
sejam separadas por no mínimo 25 MHz, isto implica 
que também podem existir mais de um AP na mesma 
área geográfica. 
40 
DSS - WiFi 
 
 
41 
Divisão do Espectro – DSS - WiFi 
 
 
42 
Princípios de funcionamento 
43 
Planejamento de Freqüências 
 
Fonte: Cisco 
44 
Projeto – Distribuição de Freqüencias 
45 
 Padrão WiFi - 802.11b 
 
 Tido como a primeira padronização que possibilitou a redes 
sem fio funcionalidade comparável a redes Ethernet; 
 Pode fornecer taxas de 5,5 a 11 Mbps; 
 Compatibilidade com o padrão original 802.11 garantida; 
 Faixa de freqüência de 2.4GHz podendo conter 11 sub-
canais. 
 
46 
Padrão 802.11b 
 
 
Fonte:Projetando WLAN Carlos Alberto Sanches – Editora Érica 
 
47 
 
802.11a 
 
 Utiliza multiplexação por divisão ortogonal de freqüência 
(OFDM); 
 
 opera na faixa de freqüência de 5 GHz; 
 
 OFDM divide o sinal em 52 subportadoras para prover taxas 
de 6 a 54 Mbps. 
 
 Padrão não mantém compatibilidade com 802.11 e 802.11b 
48 
802.11a 
 Canalização (16,6 MHz por canal) – espaçamento das portadoras 
de 20 MHZ 
49 
 802.11g 
 
 
 Utiliza OFDM, de forma similar ao padrão 802.11a, porém em uma 
freqüência de 2.4 GHz 
 
 Taxas de 6 a 54 Mbps 
 
 Padrão mantém compatibilidade com 802.11 e 802.11b 
 
 
50 
Padrões 802.11 
 
 
 
51 
Padrão 802.11n 
 
Novo padrão IEEE que incrementa a taxa 
utilizando as técnicas de MIMO (múltiplas 
antenas) chegando a taxas de 100 Mbps. 
Compatível com 802.11g. 
52 
 
 
Tania Regina Tronco 
 
tania@cpqd.com.br 
 
Agosto/2010 
 
Sistemas de Transmissão Digital 
 
Aula 2 
 
Multiplexação Digital 
 
53 
Multiplexação 
Processo de se transmitir diversos sinais 
através de um único canal 
Multiplexação por divisão em freqüência 
(Frequency Division Multiplexing - FDM), na qual os 
sinais são modulados e distribuídos ao longo do 
espectro de freqüências disponível; 
Multiplexação por divisão no tempo (Time Division 
Multiplexing - TDM), que aloca janelas de tempo 
para os sinais previamente amostrados 
54 
FDM (Frequency Division Multiplexing) 
 Cada sinal é modulado numa freqüência de portadora diferente 
 Freqüências das portadoras são separadas de modo que não haja 
superposição dos sinais. 
55 
Multiplexação no Domínio do tempo (TDM – Time Division 
Multiplexing) 
56 
Multiplex TDM 
57 
Formação do Quadro do PCM 
Na multiplexação TDM, cada fatia do sinal é 
utilizada para a montagem de um quadro. 
58 
SAÍDA 
A 
B 
C 
D 
TM 
Multiplexador TDM 
MULTIPLEXAÇÃO 
59 
Multiplexação TDM 
60 
TDM de 30 canais de voz – PCM-30 
(Pulse Code Modulation) 
61 
Padronização TDM 
Os americanos padronizaram um sistema de 
24 canais telefônicos conhecido como 
sistema T1, e tem as seguintes características: 
Canal de voz: 0-4kHz, correspondendo a 8.000 
amostras x 7 bits ou 56kbit/s. Porém para cada 
canal existe mais 1 bit, para sinalização telefônica. 
Assim, tem-se por canal 8 bits x 8.000 amostras ou 
64kbps. 
Os 24 canais formam um quadro. Para cada 
quadro há 1 bit de sincronismo. O quadro 
completo terá (8 x 24 + 1) bits ou 193 bits. 
Este quadro se repete 8.000 vezes por 
segundo. Logo a velocidade será de 193 x 
8.000 = 1,544 Mbit/s 
62 
Padronização TDM 
Os europeus, para diminuir o ruído de 
quantização, utilizaram os 8 bits do canal 
americano exclusivamente para a voz . Com 
8 bits foi possível quantizar em 256 níveis, o 
que melhorou a qualidade de voz. 
Em contra partida separaram 2 canais de 
voz: um para sinalização e outro para 
alinhamento/serviço. 
Padronizaram então um sistema TDM com 30 
canais de voz e 2 para serviços, totalizando 
32 canais. 
63 
Padronização PCM – E1 
Este sistema é conhecido como E1 e possui 
as seguintes características: 
 Canal de voz: 0-4 kHz, correspondendo a 8 x 
8.000bps ou 64 kbps 
 Sinal TDM: 64kbps x 32 canais = 2,048 Mbit/s. Esta 
velocidade é comumente aproximada e referida 
como 2Mbps. 
64 
Quadro E1 
65 
Alinhamento de Quadro 
Consiste em identificar o início do quadro e 
sincronizar o receptor em fase e freqüência 
com o que é enviado pelo transmissor. 
É efetuado todas as vezes que o receptor é 
ligado e 
Periodicamente, para corrigir eventuais 
perdas de sincronismo (palavras de 
alinhamento). 
66 
Alinhamento de quadro 
 
Os erros no padrão de alinhamento são 
utilizados para avaliação do desempenho. 
Quando o receptor perde o alinhamento do 
quadro, todas as informações transmitidas 
são perdidas. 
A perda de alinhamento pode ser causada 
por: 
Perda de sincronismo do relógio do transmissor 
Erros de bit provocado por problemas no meio de 
transmissão 
67 
Canal de Serviço 1 – Alinhamento de 
quadro + Alarme 
A palavra de alinhamento de quadro(PAQ = 
0011011) são os bits b1 a b7 do timeslot 0 dos 
quadros pares (Q0, Q2, ..., Q14). 
A palavra de serviço é formada pelos bitsb1 
a b7 do timeslot 0 dos quadros ímpares (Q1, 
Q3, ..., Q15). 
68 
Codificação dos Canais de Serviço e 
Alinhamento 
69 
Alarmes 
O bit 1 é fixado em 1 para evitar a simulação 
da PAQ. 
O bit 2 é utilizado para indicar alarme 
urgente quando em 1: 
Falha da fonte de alimentação (quando possível) 
Falha no codificador 
Perda de alinhamento do quadro de pulsos 
Perda do sinal de entrada de 2Mbps 
Alta taxa de erro na palavra de alinhamento > 10-3. 
O bit 0 de todos os timeslots 0 do multiquadro 
é reservado para uso internacional. 
70 
Sinalização de Chamada – Canal 16 
O timeslot 16 é utilizado para a sinalização 
da chamada: 
Tom de chamada 
Tom de ocupado 
Discagem, etc.. 
71 
Sinalização Por Canal Associado (CAS) 
Na sinalização por canal associado, o canal 
16 transporta a sinalização correspondente 
dos 30 canais do quadro PCM 
72 
Sinalização Por Canal Associado 
 
73 
Sinalização Canal Comum (Common Channel 
Signaling System 7) 
74 
Quadro de 2 Mbit/s – E1 
75 
Transmissão Nx64 kbit/s 
76 
Equipamentos PCM 
Um sistema de transmissão PCM é composto 
por: 
Equipamento terminal: está situado nos dois 
extremos da linha. É responsável pela digitalização 
dos canais de voz e multiplexação TDM. 
Equipamento de linha ou regenerador: distribuído 
ao longo da linha e tem a função de regenerar o 
sinal. 
Equipamento de transmissão: fornece o meio de 
transmissão para o quadro PCM, realiza também a 
função de regeneração. 
77 
Equipamentos PCM 
78 
Equipamentos PCM 
79 
Multiplexação 4x2Mbit/s 
80 
Hierarquia Digital Plesiócrona 
(PDH – Plesyochronous Digital Hierarchy)- Européia 
81 
Hierarquia PDH - Americana 
82 
Hierarquia PDH - Japonesa 
83 
Quadro de 8 Mbit/s 
84 
A 
B 
C 
D 
SAÍDA 1 2 3 4 1 2 4 5 1 2 1 3 2 3 3 
1 5 4 3 2 
1 3 2 
4 3 2 1 
4 3 2 1 
ERROS 
Dificuldade de Derivação e Inserção de Tributários 
85 
SINC_B 
A 
B 
SAÍDA 
SINCRONIZADOR 
SINCRONIZADOR 
SINC_A 
SINC_B 
M
U
X 
SINC_A 
SAÍDA 
A 
B 
I - INFORMAÇÃO OJ - OPORTUNIDADE DE JUSTIFICAÇÃO 
OJ I I I OJ I I OJ I I I OJ I 
OJ I I I OJ I I OJ I I I OJ I 
I I I I I I I I I I I I I 
I I I I I I I I I 
Dificuldade de Derivação e Inserção de 
Tributários 
86 
Justificação PDH 
87 
Justificação PDH 
88 
Quadro de 8 Mbit/s 
T=período do quadro =100,37ms 
 
Bits de Tributário por Quadro: 
2.048 E+3 x T = 205,58 bits/quadro 
89 
Quadro de 34 Mbit/s – E3 
90 
Quadro de 34 Mbit/s 
91 
Quadro de 140 Mbit/s – E4 
92 
Quadro de 140 Mbit/s 
93 
Tipos de Equipamentos PDH 
94 
Interfaces Elétricas 
95 
Interfaces Ópticas 
96 
Equipamentos Ópticos 
97 
Características da PDH 
98 
Características da PDH 
99 
Características da PDH 
100 
Características da PDH 
101 
Aplicação Ponto-a-Ponto 
102 
Exercício 
103 
Resposta 
104 
Resposta 
105 
Resposta 
106 
Resposta 
107 
Exercícios DA SDH 
 
108 
STM-? 
B .
.
. 
.
.
. 
A 
34M 
34M 34M 
34M 
22x2M 22x2M 
Lembrar que: 
VC-4 
VC-12 
VC-3 
63 42 21 
1 2 3 
2) Planejar os nós A e B para a menor taxa de transmissão possível. 
 Considerar os sinais de 34M compostos de 16x2M. 
EXERCÍCIOS 
109 
RESOLUÇÃO SEM UTILIZAR MUX DA PDH 
 
A B = 2 VC-3 + 22 VC-12 = 1 VC-4 + 1 VC-12 > VC-4 
 
A B = 2 STM-1 ou 1 STM-4 
A B = 1 VC-3 + 16 VC-12 + 22 VC-12 = 1 VC-3 + 38 VC-12 < VC-4 
 
A B = 1 STM-1 
RESOLUÇÃO UTILIZANDO MUX DA PDH 
2) 
RESOLUÇÃO 
110 
STM-1 
TM 
P 
D 
H 
.
.
. 
.
.
. 
.
.
. 
.
.
. 
P 
D 
H 
TM 
34M 
34M 34M 
34M 
22 x 2M 22 x 2M 
2M 2M 
2) continuação 
RESOLUÇÃO