Aula 3 - PDH SDHSistemas de Rádio_ppt

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Sistemas de RádioSistemas de Rádio
Unidade IIUnidade II
Professora: Albanisa FelipeProfessora: Albanisa Felipe
UNIDADE II
Hierarquias digitais PDH e 
SDH
• Idealizada como solução para interconexão de centrais de
comutação digitais (aplicação ponto a ponto);
• Porém, devido a limitações tecnológicas na época da sua
introdução (componentes eletrônicos e meios de transmissão com
largura de faixa limitada) e necessidade de mercado de aumentar
a capacidade de transporte, tornou-se cara e limitada;
• Sua utilização é restrita porque possui poucos recursos para
gerência, rede extremamente hierárquica e padronização parcial;
• A palavra PLESIOCHRONOUS vem do grego Plesíos, próximo,
quase, e Kronos, tempo;
• Numa tradução livre, plesiochronous seria quase síncrono;
• Dois ou mais sinais são ditos plesiochronous quando apresentam
a mesma taxa nominal, mas têm relógios distintos;
PDH
• No sistema PDH temos sua divisão em nível de hierarquias e
como dito anteriormente, não existe um padrão mundial, por isto
temos três hierarquias diferentes no mundo;
• A existência dessas três hierarquias dificulta as interconexões de
sistemas, pois só é possível a interconexão ao nível de voz na
taxa de 64 kbps;
• Equipamentos trabalhando no sistema PDH recebem sinais E1 ou
E3 gerados por distintos equipamentos;
• Cada um deles fornece um sinal de saída cujo ritmo pode ser
ligeiramente diferente de 2048 kbps (E1) ou 34000 kpbs (E3), um
pouco mais rápido ou um pouco mais lento;
PDH
PDH
• E para que tudo dê certo na hora da demultiplexação, é essencial
que todos os bits de entrada estejam sincronizados;
• Portanto, é preciso obrigar todos os E1 ou E3 a funcionar no
mesmo ritmo de sucessão de bits;
• Isto é feito pela adição de bits sem informação, chamados de
“bits vazios” ou “bits de justificação”;
• Eles são identificados depois, na hora da demultiplexação, e
descartados para manter o sinal original;
• Um tributátio de 2048 kbps pode percorrer grande quantidade de
rotas dentro da rede, até chegar a seu destino;
• A única maneira de acompanhar essa rota é manter registro de
todos os pontos de conexão;
PDH
• À medida que a rede cresce, manter esses registros atualizados se
torna complicado e caro;
• Para fazermos funcionar um sistema de gerência dentro de uma
rede PDH, seria necessário espaço dentro de cada quadro, mas os
quadros PDH não têm bits suficientes para assegurar uma
gerência abrangente;
• Com isso, as duas maiores desvantagens de um sistema PDH são:
dificuldade de identificar um tributário de ordem inferior dentro
de um quadro maior e uma estrutura em que não há espaço
suficiente para incluir informações para o gerenciamento da rede;
PDH
• Com o barateamento dos chips e o progresso com fibras ópticas, a
hierarquia plesiócrona se espalhou pelo mundo;
• Em todos os lugares surgiram redes PDH espalhando canais PCM
entre centrais telefônicas;
• Mas esse espalhamento trouxe também alguns problemas;
• Com a obtenção de taxas de transmissão maiores a preços cada vez
mais baixos, começaram a surgir serviços além do telefônico;
• Em países desenvolvidos, o crescimento do serviço da rede
telefônica é de 5% contra mais de 50% de crescimento da procura
por novos serviços (Internet, por exemplo);
• Assim, serviços direcionados para o mundo empresarial surgiram;
Limitações dos sistemas PDH
• E as empresas dependiam deste potencial de transmissão para
continuarem competitivas;
• As operadoras viram-se obrigadas a garantir que seus serviços
funcionariam sem interrupções, que novas conexões seriam
conseguidas e as velocidades de conexão aumentariam;
• Um dos grandes problemas da rede plesiócrona está ilustrado na
figura abaixo;
Limitações dos sistemas PDH
• Suponha que uma operadora precise entregar um enlace E1 para uma
empresa que vai usa-lo em seu PABX;
• Perto desse cliente passa, por sorte, uma linha de transmissão de
PDH a 140 Mbps;
• A tarefa de retirar um enlace de 2 Mbps dessa linha poderia parecer
muito simples, mas na prática é muito trabalhosa;
• Repare que para conseguir o enlace E1, é necessário demultiplexar
desde o enlace de 140 Mbps;
• Onde é feita uma demultiplexação sucessiva até o ponto em que é
retirado o enlace desejado, e depois para seguir caminho, é feita
multiplexação de tudo novamente;
Limitações dos sistemas PDH
• Essa demultiplexação/multiplexação sucessiva toma parte devido à
inserção de bits de justificação;
• Com isso, torna-se impossível determinar exatamente onde os bits
do enlace E1 estão;
• É óbvio que inserir ou retirar um canal de 2 Mbps não é tarefa
simples e barata;
• Foram necessários três demultiplexadores e três multiplexadores;
• Sem contar sistemas de energia para que os novos equipamentos
fossem interligados, e a energia gasta em agendar tudo isso;
• Controle é outro problema associado a grandes quantidades de
equipamento multiplex;
Limitações dos sistemas PDH
• Um enlace E1 pode percorrer grande quantidade de rotas, dentro da
rede, até chegar a seu destino;
• A única maneira de garantir que será possível, numa eventualidade,
acompanhar essa rota, é manter registros atualizados sobre a
interconexão de equipamentos;
• Conforme aumentam as ordens de serviço para inserir ou retirar
enlaces E1, aumentam as chances de alguém se enganar ou de os
registros ficarem desatualizados;
• Um erro mais grave pode interromper toda a linha de transmissão;
• Outra limitação das redes PDH é a gerência;
• Como é difícil identificar onde estão os enlaces E1 nos níveis
hierárquicos maiores, também é difícil saber se tudo está correndo
bem;
Limitações dos sistemas PDH
• E, cada vez mais, especialmente na Europa e nos Estados Unidos, os
clientes vinham exigindo a garantia de que a rede iria funcionar o
ano todo;
• Para assinar um contrato assim, só se a operadora pudesse vigiar o
desempenho de sua rede de transmissão;
• Para fazer funcionar um sistema de gerência, seria necessário
“espaço” dentro de cada quadro, mas os quadros PDH não têm bits
suficientes para assegurar uma gerência abrangente;
• Este contexto levou fabricantes de infra-estrutura de
telecomunicações a procurar uma solução em todo o mundo;
• E era evidente que ela passaria por uma máquina completamente
síncrona;
Limitações dos sistemas PDH
SDH
• Redes SDH é o conjunto de equipamentos e meios físicos de
transmissão que compõem um sistema digital síncrono de transporte
de informações;
• Surgiu no final da década de 80, quando ITU-T sugeriu criar um
padrão mundial para os sistemas de transmissão síncrona que
proporcionassem uma rede mais flexível e econômica;
• As tecnologias SDH são utilizadas para multiplexação TDM com
altas taxas de bits, tendo a fibra óptica como meio físico preferencial
de transmissão;
• Entretanto, possui ainda interfaces elétricas que permitem o uso de
meios físicos de transmissão, tais como enlaces de rádios digitais e
sistemas ópticos de visada direta, que utilizam feixes de luz
infravermelha;
SDH
• Dentre as principais características das redes SDH, podemos citar:
- Padronização total
- Fácil acesso aos tributários de ordem inferior
- Grande capacidade alocada para gerência de rede
• Sua elevada flexibilidade para transportar diferentes tipos de
hierarquias digitais permite oferecer interfaces compatíveis com o
padrão PDH europeu (nas taxas de 2 Mbps, 8 Mbps, 34 Mbps e 140
Mbps) e americano (nas taxas de 1.5 Mbps, 6 Mbps e 45 Mbps),
além do próprio SDH (nas taxas de 155 Mbps, 622 Mbps, 2.5 Gbps e
10 Gbps);
• Um dos principais objetivos da criação de uma rede digital síncrona
foi criar uma interface padrão com objetivo de compatibilizar os
vários fabricantes;
SDH
• A tabela abaixo mostra as taxas de transmissão das hierarquias de
SDH;
Estrutura do quadro SDH
• A estrutura do quadro SDH está mostrada na figura abaixo;
• Na estrutura do quadro SDH STM-1 existe uma seção chamada de
Overhead, que é destinada ao tráfego de informações próprias do
rádio ou equipamentos auxiliares, como: gerência, ponteiro, canal deserviço, qualidade de relógio, entre outras;
• Além destas informações existem ainda bytes de reserva para
aplicações futuras;
• A parte do quadro chamada de Payload é por onde trafegam os
dados que queremos transportar;
• As primeiras nove colunas são usadas para transmitir informações de
controle, gerenciamento e sincronismo;
• As 261 colunas restantes servem para carregar a informação a ser
transmitida;
Estrutura do quadro SDH
Estrutura do quadro SDH
• Este padrão se repete em todas as estruturas hierárquicas superiores;
• Na figura anterior, N pode ser 1, 4, 16 ou 64;
• No STM-64, por exemplo, o quadro tem 155520 bytes de
comprimento, organizado em 17280 colunas (bytes) por 9 linhas,
sendo que a área de controle ocupa 576 colunas;
• Também nesse caso, os 155520 bytes devem ser transmitidos em
125 microssegundos;
• O mesmo feixe STM-N pode carregar, multiplexados, vários tipos de
enlace de entrada;
• Dentro do quadro STM-N são intercalados enlaces síncronos,
assíncronos e plesiócronos;
• Esses diferentes sinais de entrada são chamados de tributários, na
terminologia SDH;
Componentes de uma rede SDH
• Uma rede SDH é composta por:
- Rede física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos
SDH.
- Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas
capacidades, que executam o transporte de informações.
- Sistema de gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento
da rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e controle
da rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de
facilidades.
- Sistema de sincronismo: é o sistema responsável pelo
fornecimento de referências de relógio para os equipamentos da rede
SDH, e que garante a propagação desse sinal por toda a rede.
Componentes de uma rede SDH
• A figura a seguir apresenta um exemplo de rede SDH;
Benefícios de uma rede SDH
• Uma rede síncrona traz vários benefícios, mas, de longe, o principal
deles é a simplificação da rede;
• Um único multiplexador síncrono substitui uma cadeia de
multiplexadores plesiócronos;
• Uma estação SDH é mais simples, sua manutenção é mais barata, ela
ocupa menos espaço e consome menos energia;
• Como é fácil extrair enlaces PCM da SDH e inseri-los, a operadora
pode vender serviços de banda larga mais facilmente, porque não é
necessário enviar uma equipe só para rotear um novo enlace;
• Uma nova rota pode ser estabelecida a partir de um ponto central,
pela simples digitação de um comando num terminal de gerência de
rede;
Benefícios de uma rede SDH
• Todos os elementos de uma rede SDH estão constantemente
supervisionando o funcionamento da transmissão;
• As informações que coletam são usadas por softwares que vigiam a
integridade dos dados;
• Qualquer degradação, violenta ou suave, pode fazer com que o
sistema de gerência opte por uma rota de transmissão alternativa;
• Mesmo que o assinante esteja mantendo uma conversa ao telefone,
ou participando de uma teleconferência, pode até não perceber que
houve uma falha e uma intervenção automática;
• Os canais disponíveis dentro da estrutura de quadro da SDH
permitem que toda a rede seja controlada por software;
• Sistemas de gerência de redes podem não só detectar falhas, mas
avaliar o desempenho, modificar as configurações, dispor de
recursos, controlar a segurança;
• Muitos problemas podem ser contornados de uma única sala, sem
que seja necessário enviar uma equipe a um site;
• Até mesmo a atualização do software e sua completa substituição
podem ser feitas da sala de gerência;
• Todos os assinantes conectados a uma rede síncrona podem
facilmente comprar qualquer serviço que esteja disponível na rede;
• Por exemplo: videoconferência discada, em que o assinante disca
para um número apropriado para obter largura de banda suficiente
para o estabelecimento de conexões velozes;
Benefícios de uma rede SDH
Benefícios de uma rede SDH
• Usualmente, os enlaces para videoconferência precisam ser
reservados com dias de antecedência;
• Como os equipamentos que compõem a rede SDH estão
razoavelmente padronizados, é possível interconectar redes SDH de
fabricantes distintos;
• Também é possível, teoricamente, interconectar duas (ou mais) redes
de gerência, por meio de interfaces TMN;
• Ainda há muitas limitações nessas interconexões entre diferentes
fabricantes, mas os padrões estão ficando cada dia mais abrangentes;
Aplicação do rádio nas redes PDH e SDH
• Sistemas rádio ponto a ponto são largamente utilizados nas redes
PDH e SDH, em conjunto com outros componentes da rede, como os
equipamentos multiplex e FOTS;
• As redes existentes e em implantação diferem muito no que se refere
à capacidade, dimensões, etc.;
• Na maioria dos casos, dentro de uma mesma rede de transporte
coexistem sistemas PDH e SDH;
• No caso de redes existentes, a introdução do SDH em uma rede
existente, ocorre, normalmente, de forma gradativa, formando
“ilhas” de SDH, interconectadas aos equipamentos PDH existentes;
• Esta introdução ocorre, inicialmente, nos backbones principais da
rede, para serem posteriormente incorporados também nas rotas
secundárias;
Aplicação do rádio nas redes PDH e SDH
• Em casos de redes totalmente novas, também a configuração típica é
de backbones principais constituídos de equipamentos SDH em
topologia de anel;
• Entroncamentos secundários constituídos de SDH ou PDH,
dependendo da capacidade de transmissão;
• Enlaces de acesso constituídos, normalmente, de equipamentos PDH
de baixa capacidade;
• Dentro deste cenário, os rádios são largamente empregados em todos
os casos citados, exceto em backbones de tráfego muito alto, cuja
capacidade só pode ser alcançada utilizando equipamentos FOTS
SDH de hierarquia superior (STM4, STM16 ou superiores);
Aplicação do rádio nas redes PDH e SDH
Hierarquia de multiplexação
• A forma mais usual de classificar o rádio é de acordo com a
hierarquia de multiplexação (PDH e SDH);
• Os rádios PDH possuem interfaces PDH, sendo o mais comum as
interfaces E1 (2 Mbps);
• Esses rádios possuem capacidade de n x E1, ou seja, possuem a
função de multiplexação, dispensando a utilização de Mux PDH de
ordens superiores;
• Os rádios SDH possuem interfaces SDH, sendo o mais usual STM1;
• As outras hierarquias de SDH providas pelo rádio são STM0 e
STM4;
• Na maioria dos casos, utiliza-se em conjunto com Mux SDH para
prover interfaces E1:
Hierarquia de multiplexação
- Rádios STM1: 63 x E1 por canal de RF
- Rádios STM0: 21 x E1 por canal de RF
Localização na rede de transmissão
• As redes de transmissão, constituídas na sua totalidade ou parte de
radioenlaces, variam muito no que se refere a suas dimensões,
capacidade de transmissão de acordo com as necessidades, área de
atuação e outros aspectos das operadoras e usuários dessas redes;
• Existem redes complexas, de dimensões regionais, nacionais ou
mesmo internacionais constituídas de centenas ou mesmo milhares
de enlaces e com grande capacidade de transmissão, e redes
metropolitanas também muito complexas compostas de centenas de
enlaces;
• Existem redes de dimensões médias e pequenas, compostas por
dezenas de enlaces;
• Para todas elas, podemos classificar os radioenlaces de acordo com a
sua localização dentro da rede à qual pertencem;
Localização na rede de transmissão
• Os diagramas seguintes mostram alguns exemplos dessas redes:
Localização na rede de transmissão
Localização na rede de transmissão
• Normalmente, utilizam-se os seguintes tipos de rádio:
- Backbone: radioenlace de alta capacidade
- Entroncamentos secundários: radioenlace de média capacidade
- Acesso: radioenlace de baixa capacidade
• Esta classificação é relativa e depende da sua localização e
dimensões da rede;
• Em redes de pequeno porte, enlaces com capacidades de 16 E1 ou
mesmo inferiores podem ser utilizados como backbone;
• Em redes de médio e grande porte, utilizam-se normalmente rádios
SDH para backbone, rádios PDH com capacidades de 16 a 32 E1
para entroncamentos secundários e de até 8 E1 nos links de acesso;
Localizaçãona rede de transmissão
• Com o crescimento da demanda e capacidade de transmissão em um
futuro próximo, podem ser utilizados enlaces SDH mesmo para links
de acesso;
Capacidade de transmissão
• Uma forma usual de classificar os rádios é de acordo com a
capacidade de transmissão, normalmente em termos de quantidade
de E1 (por ser a interface mais utilizada);
• Usualmente definimos as capacidades de transmissão em três faixas:
baixa, média e alta;
• Para cada uma delas temos uma aplicação típica;
• No caso de rádios na configuração n+1, esta capacidade é por canal
de RF principal;
Capacidade de transmissão por faixa de frequências
• Em seguida será apresentado um quadro-resumo das capacidades de
transmissão por faixa de frequência regulamentadas para utilização,
no Brasil, por radioenlace ponto a ponto;
Capacidade de transmissão por faixa de frequências
• Na faixa de 400 MHz é permitido capacidades inferiores a 1 E1 (64
kbps, 128 kbps, 256 kbps, 512 kbps, 704 kbps e 1024 kbps);
Modo de operação full duplex
• Os enlaces de rádio ponto a ponto trabalham no sistema full duplex,
ou seja, transmitem e recebem ao mesmo tempo;
• Quando designamos uma frequência de operação, estamos definindo
tanto a ida como a volta;
• A isto nós chamamos de par de frequência;
• Assim, quando definimos a frequência F1 para transmissão de uma
determinada estação ou direção, automaticamente estamos definindo
a frequência F1’ para volta;
Topologia da rede
• Vamos apresentar alguns exemplos de topologia de rede de
transporte, constituída total ou parcialmente por radioenlaces ponto a
ponto:
- Backbone rádio SDH de longa distância: a rota de rádio SDH
tem o objetivo de interligar os dois terminais, sem a necessidade de
inserção/derivação nos pontos intermediários.
- Backbone rádio SDH de longa distância, com entroncamentos
PDH de média capacidade e acessos PDH de baixa capacidade: o
objetivo da rede é conectar todas as estações terminais.
- Rede metropolitana de rádio: rede metropolitana constituída de
backbone em anel de rádios SDH, entroncamento secundário e
acessos de rádios PDH de média e baixa capacidades e alta
frequência (acima de 15 GHz).
Topologia da rede
- Rede metropolitana de rádio e fibra óptica: rede metropolitana
constituída de um anel de fibra óptica SDH com entroncamentos
secundários e acesso via rádio.
Topologia da rede
Topologia da rede
Topologia da rede
Topologia da rede
• Edson Mitsugo Miyoshi e Carlos Alberto Sanches. Projetos
de Sistemas Rádio. 4ª Edição. Editora Érica. São Paulo,
2008.
• Gilberto Silva e O. Barradas. Telecomunicações: Sistemas
Radiovisibilidade. Livros Técnicos e Científicos Editora.
Rio de Janeiro, 1977.
• Vicente Soares Neto, Lucilio Augusto Petrucci e Paulo
Sérgio de Assis Teixeira. Telecomunicações: Sistemas de
Propagação e Rádioenlace. Editora Érica. São Paulo, 2002.
Bibliografia