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MultiplexaçãoTET 00202

Profª. Dianne Scherly Varela de Medeiros

Sistemas TDM PCM

Sistemas PCM de 1ª Ordem

• PCM24̶ Usado no Japão e nos EUA

• PCM30̶ Usado na Europa, América do Sul e outros países

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PCM24

• Conhecido como sistema T1, J1 ou 1.5M

• Características

̶ 24 canais de 64 kb/s

̶ Canais amostrados a 8 kHz

̶ Utiliza a Lei 𝜇

̶ Cada quadro possui 192 bits (8×24) mais um bit adicional no início do quadro

̶ Tempo de duração de um quadro é 125 𝜇s

̶ Taxa da conexão é de 1.544 kb/s (?) (193 bits/125 𝜇s)

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PCM24

• Possui duas estruturas de multiquadro

̶ 12 quadros ⇒ sinalização e palavra de alinhamento

̶ 24 quadros ⇒ sinalização, palavra de alinhamento e CRC

• Multiquadro com 12 quadros

̶ Bit extra é usado em quadros pares para envio do sinal de alinhamento de multiquadro (0 0 1 1 1 0) ⇒ PAMQ

̶ Bit extra é usado em quadros ímpares para envio do sinal de alinhamento de quadro (1 0 1 0 1 0) ⇒ PAQ

̶ A cada 6 quadros (𝑄6 e 𝑄12) o bit menos significativo do quadro (𝑏0) de cada canal (slot) é usado para transmitir informação sobre os canais de sinalização (codificação digital R2)

• Existe uma perda de qualidade no sinal de voz

̶ Número médio de bits por canal passa de 8 para 7 Τ5 6

PCM24 – Estrutura do Multiquadro

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PCM24 – Estrutura do Multiquadro

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Sinais de confirmação, indicação de congestionamento

Sinais de informações sobre as condições de assinantes

PCM30

• Sistema primário de 30 + 2 canais é recomendado pelo CCITT e adotado no Brasil

• Sinal de áudio de cada canal é filtrado em 3.400 Hz e amostrado a 8.000 Hz

• São utilizados 8 bits por amostra

• Recomendação ITU G.732

• Conhecido como sistema E1, CEPT1 ou 2M̶ Conecta médias e grandes empresas

̶ Utiliza a Lei A

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PCM30

• Intervalo de tempo de canal (ITCs): slot̶ Intervalo de tempo dedicado à transmissão das amostras

relativas a um determinado canal no quadro

̶ 1 amostra contém 8 bits

̶ Para transmitir 32 ITCs, 125

32= 3,9 𝜇𝑠 por fonte em cada

quadro

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PCM30

• Intervalo de tempo de bit (ITB)̶ Intervalo de tempo dedicado à transmissão de um bit

̶ Em cada ITC tem-se 3,9 𝜇𝑠

̶ A duração de um ITB é dada por 3,9

8= 0,4875 𝜇𝑠 = 488 𝑛𝑠

• Taxa de transmissão̶ Define o número de bits transmitidos por unidade de tempo

̶ Em cada ITC são transmitidos 8 bits

̶ São transmitidos 32 ITCs em cada quadro

̶ Cada quadro dura 125 𝜇𝑠

̶ Taxa de transmissão da conexão = 8 ⋅ 32/125𝜇𝑠 = 2.048 𝑀𝑏/𝑠

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PCM30

• Estrutura do quadro̶ Constituído por 32 canais numerados de 0 a 31

̶ Cada quadro possui 32 ⋅ 8 = 256 𝑏𝑖𝑡𝑠

̶ Canal 0 é usado para sincronismo de quadro

̶ Canal 16 é usado para transportar informação de sinalização

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b7b6b5b4b3b2b1b0

time slot 17

Canal telefônico

de voz 16

time slot 16

Canal

de Sinallização

time slot 15

Canal telefônico

de voz 15

time slot 1

Canal telefônico

de voz 1

time slot 31

Canal telefônico

de voz 30

time slot 0

Canal de

Alinhamento e

Alarme

3,9 s

bits

Quadro

125s

t

PCM30

• Receptor deve estar sincronizado para receber os símbolos corretamente

̶ Sinal padrão de alinhamento

̶ Três sinais de alinhamento consecutivos perdidos indicam perda de alinhamento e geram um alarme

̶ Perda de alinhamento implica perda do quadro inteiro

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3115 170

3,9s

1 2 3 4 5 6 7 8

sincronismo de

quadro

sincronismo de

multiquadro e

sinalização

número de bits e intervalo de

tempo de cada canal

16

125 s

PCM30 – Estrutura de Multiquadro

• Conjunto de 16 quadros

• Primeiro canal dos quadros pares (𝑄0, 𝑄2, 𝑄4, ...) transporta a palavra de alinhamento de quadro (0 0 1 1 0 1 1)

• Primeiro canal dos quadros ímpares (𝑄1, 𝑄3, 𝑄5, ...) é usado para alarme e telemetria (palavra de serviço)

̶ Contém bits para verificação de erro do conjunto multiquadro, para indicação de status e para controle da transmissão

̶ Perda de alinhamento indicada no bit 𝑏2• Também indica falha na fonte, falha no CODEC, etc.

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• Canal 16 carrega palavra de alinhamento de multiquadro, indicação de alarme e sinalização de linha

̶ Quadro 𝑄0• Palavra de alinhamento de multiquadro (0 0 0 0) nos bits de

menor ordem do canal (𝑏0𝑏1𝑏2𝑏3)

• Perda de alinhamento de multiquadro indicada pelo alarme no bit 𝑏5

̶ Quadros 𝑄1 a 𝑄15• Sinalização de linha nos 8 bits do canal

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PCM30 – Estrutura de MultiquadroCanal 0 e Canal 16

16/10/2019 16X = Reservado para uso nacionalR = Reservado para uso internacional

A = Indicação de alarme

Vantagens do PCM30sobre o PCM24

• PCM24̶ Primeiro a ser utilizado ⇒ Maximizar a taxa de bits úteis

• PCM30̶ Criado para eliminar problemas apresentados no PCM24

• Melhor desempenho já que os canais telefônicos possuem 8 bits sempre, enquanto no PCM24 a média é de 7 Τ5 6 bits

• Realinhamento de quadro mais rápido do que no PCM24

• Compatibilidade com centrais de comutação digital 2Mb/s e 8Mb/s

• Melhor utilização da capacidade dos cabos• 25% canais de voz a mais no mesmo cabo

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Hierarquias TDM

Hierarquias TDM

• Sistemas primários são apropriados para transmitir voz digital em pequenas distâncias e poucos canais

• Expansão dos centros urbanos tornam os sistemas PCM24 e PCM30 insuficientes

̶ Muitos canais de voz precisam ser multiplexados• Sistema de ordem superior

• Maior taxa de transmissão

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Hierarquias TDM

• Agrupamento dos canais pode ser feito usando dois tipos de multiplexadores, de forma hierárquica

̶ Multiplexador digital plesiócrono• Vários sinais digitais com a mesma taxa nominal de

transmissão, mas que podem variar dentro de certos limites

̶ Multiplexador digital síncrono• Vários sinais digitais com exatamente a mesma taxa nominal de

transmissão

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Hierarquias TDMHierarquia Digital Plesiócrona (PDH)

PDH

• Hierarquia digital plesiócrona = hierarquia digital quase (plésios) síncrona (tempo, kronos)

̶ Elementos da rede (regen/mux) não estão perfeitamente sincronizados

• Desenvolvida nas décadas de 60 e 70 com o objetivo de aumentar o número de canais transmitidos utilizando PCM

• O ponto de partida na hierarquia é o sistema PCM de 1ª ordem (PCM24 ou PCM30)

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PDH

• Taxas das fontes possuem o mesmo valor nominal, mas podem variar em relação a esse valor, dentro de uma determinada margem de tolerância

• Cada elemento possui um relógio interno independente (clock) que funciona em uma determinada frequência

̶ Relógio dos multiplexadores são gerados localmente com a precisão do relógio interno

̶ Frequência real do relógio pode sofrer pequenos desvios, provocando uma variação na taxa de transmissão do sinal

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PDH

• Relógios reais não oscilam perfeitamente, existe uma variação em relação à frequência nominal

• Canais de voz possuem a mesma frequência nominal mas os relógios são independentes

̶ Sinais podem estar fora de sincronismo• Frequências ligeiramente diferentes e defasagem dos sinais

̶ Processo de justificação para sincronizar os sinais

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PDH

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PDH

• A combinação dos sinais das fontes na saída do multiplexador é chamada de tributário

• Cada tributário serve como entrada do próximo nível da hierarquia de multiplexação

• Características do PDH̶ Capacidade de gerência é pouca

• Poucos bits para gerência dos níveis padronizados

̶ Sinais são multiplexados bit a bit̶ Padronização parcial̶ Dificuldade de inserção e derivação de tributários

(justificação)

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PDH

• Padronização parcial̶ Existem 3 hierarquias

• Europeia, americana e japonesa

̶ Interface elétrica padronizada, mas óptica não

̶ Recursos gerenciados e interfaces de gerência são proprietárias

• Interface elétrica dos multiplexadores̶ Códigos de linha padronizados

• HDB3 aplicado às interfaces elétricas de 2, 8 e 34 Mb/s

• CMI aplicado à interface elétrica para 140 Mb/s

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PDH Americano/Japonês

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PCM24

MUX 2ª ordem

Voz 64 kb/s (1)

Voz 64 kb/s (2)

...

Voz 64 kb/s (24)

MUX 3ª ordem

6 Mb/s (1)

6 Mb/s (2)

6 Mb/s (5) MUX 4ª ordem

32 Mb/s (1)

32 Mb/s (2)

32 Mb/s (3)

98 Mb/s

DS1

DS2

J1

J2

PCM24

MUX 2ª ordem

1,5 Mb/s (1)

1,5 Mb/s (2)

1,5 Mb/s (4)

Voz 64 kb/s (1)

Voz 64 kb/s (2)

...

Voz 64 kb/s (24)

MUX 3ª ordem

6 Mb/s (1)

6 Mb/s (2)

6 Mb/s (7) MUX 4ª ordem

44 Mb/s (1)

44 Mb/s (2)

44 Mb/s (6)

274 Mb/s

DS1

DS2

DS3

DS4

...

...

...

1,5 Mb/s (3)

Hierarquia Americana

Hierarquia Japonesa

1,5 Mb/s (1)

1,5 Mb/s (2)

1,5 Mb/s (4)

1,5 Mb/s (3)

PDH Europeu (Brasil)

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PCM30

MUX 2ª ordem

2 Mb/s

2 Mb/s

2 Mb/s

2 Mb/s

Voz 64 kb/s (1)

Voz 64 kb/s (2)

...

Voz 64 kb/s (30)

MUX 3ª ordem

8 Mb/s

8 Mb/s

8 Mb/s

8 Mb/s MUX 4ª ordem

34 Mb/s

34 Mb/s

34 Mb/s

34 Mb/s

140 Mb/s

E1

E2

E3

E42x64 kb/s

Hierarquias PDH

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PDH Europeu PDH Americano PDH Japonês

DesignaçãoTaxa

(kb/s)# Canais Designação

Taxa(kb/s)

# Canais DesignaçãoTaxa

(kb/s)# Canais

Canal B 64 - DS0 64 - Canal B 64 -

E1 2.048 30 + 2 DS1 (T1) 1.544 24 DS1 1.544 24

E2 8.448 120 + 8 DS1C 3.152 48 DS2 6.312 96

E3 34.368 480 + 32 DS2 (T2) 6.312 96 J1 32.064 501

E4 139.264 1920 + 128 DS3 (T3) 44.736 672 J2 97.728 1527

DS4NA 139.264 2016

DS4 (T4) 274.176 4032

DS-n: Digital Signal on level nT-n: carrier system (componentes de transmissão + interfaces)

Sinais DS-n são transportados por carrier systems T-n

Hierarquias PDH

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64 kbps

x24 x30

x3

x3

Exemplo de Multiplexação PDH

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TV

Exemplo de Aplicação PDH

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Meios de Transmissão para o PDH

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Inserção e Derivação de Tributários

• Estrutura do quadro dificulta a inserção e a derivação de tributários (justificação)

• Para derivar um sinal de 2 Mb/s a partir de um tributário E4 é necessário descer todos os níveis da hierarquia até chegar aos 2 Mb/s

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Processo de Justificação

• Justificação acomoda a falta de sincronia entre os tributários

• São utilizadas memórias elásticas (buffers) com capacidade suficiente para armazenar um quadro do tributáriode entrada

• Escrita na memória é realizada na taxa do tributário

• Leitura da memória é realizada na taxa do relógio do multiplexador

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Estrutura da Memória Elástica

• Memória FIFO (FCFS)

• Gravação e leitura são realizadas segundo um mecanismo de varredura sequencial

• Ponteiros de gravação e de leitura devem estar ligeiramente defasados, existindo sempre uma região ocupada e uma região livre na memória

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Estrutura da Memória Elástica

• Se 𝑓𝑘 > 𝑓𝑘′ ocorre escrita dupla

̶ O dado é sobrescrito com um novo quadro, sem ter sido lido antes

• Se 𝑓𝑘 < 𝑓𝑘′ ocorre leitura dupla

̶ O mesmo dado é lido duas vezes

• Perda ou repetiçãoda leitura recebe onome de slip

• Para evitar problemas, quando a diferença entre 𝑓𝑘 e 𝑓𝑘

′ é muito grande, o processo de justificação ocorre

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• Limita-se a diferença possível entre os relógios dos diversos tributários

• Bits são armazenados na memória elástica evitando a perda

• Bits de justificação são inseridos

• Bits de justificação são identificados no quadro

• Bits de justificação são retirados na demultiplexação

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• Justificação positiva̶ Frequência do relógio de leitura é feita igual à taxa máxima

do tributário de entrada (𝑓𝑘′ = 𝑓𝑘 + Δ𝑓𝑘)

̶ A tendência é esvaziar a memória elástica

̶ Evita-se o esvaziamento da memória inserindo-se bits de justificação (bit que não carrega informação)

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Uso da Memória Elástica

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Escrita(tributário)

Leitura(mux)

Ponteiro

Chave

Oportunidade

Saída


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Leitura(mux)

Saída

X

D


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Leitura(mux)

Saída

Z Y X

D D D


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Leitura(mux)

Saída

1 Z Y X

J D D D

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Mu

ltip

lexa

do

r P

DH

*1: quatro entradas plesiócronas a 2048 kb/s ±50 ⋅ 10−6

*2: linha de dados a 2112 kb/s*3: comando de parada de leitura*4: linha de informação do comparador*5: feixe composto de 8448 kb/s ±50 ⋅ 10−6

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Mu

ltip

lexa

do

r P

DH

Controle de Justificação




*1: quatro entradas plesiócronas a 2048 kb/s ±50 ⋅ 10−6

*2: linha de dados a 2112 kb/s*3: comando de parada de leitura*4: linha de informação do comparador*5: feixe composto de 8448 kb/s ±50 ⋅ 10−6

Estrutura do Quadro PDH

• Sincronização dos canais alcançada pelo processo de justificação

• Multiplexação dos canais é feita bit a bit̶ Bits intercalados provenientes de cada canal compõem o

quadro da hierarquia

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Estrutura do Quadro PDH E2

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BLOCO I

1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 DN

Alinhamento de quadroBits de serviço D N

Não alarme 0 1

Alarme urgente 1 1

Alarme ñ urgente 0 0

200 bits

informação

C1C2C3C4

208 bits

informação

208 bits

informação

BLOCO 2

C2C1 C3C4 J5 J6 J7 J8

BLOCO 4

204 bits

informação

C1,C2,C3,C4 - sinal de controle (justificação)

J5,J6,J7,J8 - bits de justificação - “1” temporariamente

transmitidos por canal e quadro

848 bits 100,3788 us

C1C2C3C4

BLOCO 3

Fonte: INATEL - TP309 – Redes de Transporte I


• Como saber se os bits utilizados para justificação carregam bits de dados ou de justificação?

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BLOCO I

1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 D N


Não alarme 0 1

Alarme urgente 1 1


372 bits

informação

380 bits

informação

380 bits

informação

376 bits

informação


J5,J6,J7,J8 - bit’s de justificação “1” temporariamente


1536 bits 44,6927 us


C1C2C3C4 C3C1 C3C4 J5 J6 J7 J8C1C2C3C4

BLOCO 2 BLOCO 3 BLOCO 4


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BLOCO I


Não alarme 0 1

Alarme urgente 1 1


474 bits

informação

484 bits

informação

484 bits

informação

480 bits

informação


J5,J6,J7,J8 - bit’s de justificação “1” temporariamente


2928 bits 21,0248 us


C1C2C3C4 C2C1 C3C4 J5 J6 J7 J8C1C2C3C4

BLOCO 2 BLOCOS 3, 4, 5 BLOCO 6

1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 D N y1y2

y1, y2 - bits de dados

Desvantagens do PDH

• Não existe padronização para taxas acima de 140 Mb/s (+-)

̶ Interfaces elétricas padronizadas até o 4º nível

• Falta de flexibilidade (inserção e derivação de canais)

̶ Derivar um tributário de 2 Mb/s a partir de um tributário de 140 Mb/s requer descer toda a hierarquia, depois adiciona-se outro tributário de 2 Mb/s para subir toda a hierarquia novamente

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Desvantagens do PDH

• Equipamentos de fabricantes diferentes são incompatíveis

• Interfaces ópticas não são padronizadas

̶ Equipamentos não possuem interface óptica ⇒ conversores

̶ Códigos de linha não são padronizados, dificulta a interoperabilidade entre fornecedores distintos

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Material Utilizado

• Notas de aula do Prof. Pedro Castellanos

• Pines, J., Barradas, O., “Sistemas Multiplex”, 3ª edição, Ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos

• UNISINOS – Hierarquias de multiplexação digital SDH / PDH

• INATEL – TP309 Redes de Transporte Parte 1

• Notas de aula do Prof. Lorenzo Bravo Roger – Telefonia e PDH

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multiplexação - universidade federal fluminensedianne/multiplex/aula_9.pdfsistemas pcm de 1ª...

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