Tema 3.- Transmisión en telefonía. Técnicas MDF y MDT. Jerarquías digitales. Códigos y medios de transmisión.

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Práctica:

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Índice:

1.- Multiplexión.

2.- Tecnologías de multiplexado analógico. Técnicas MDF.

2.1.- Modulación.

2.2.- Multiplexación por división de frecuencias. MDF.

3.- Tecnologías de multiplexado digital. Técnicas MDT.

3.1.- Modulación por impulsos codificados MIC.

3.2.- Tramas MIC.

3.3.- Alineamiento de trama.

3.4.- Señalización.

3.5.- Estructura de una multitrama.

3.6.- Interfaz de 2 Mbits/seg.

4.- Jerarquías digitales.

4.1.- Jerarquía digital plexiócrona. JDP.

4.2.- Jerarquía digital síncrona. JDS.

5.- Códigos eléctricos.

6.- Medios de transmisión.

6.1.- Cables de pares.

6.2.- Cables coaxiales.

6.3.- Fibra óptica

Telefonía digital.

Transmisión analógica y digital. Medios de transmisión.

Programa para ejercitar los códigos de transmisión telefónica.

Montaje de un sencillo multiplexor MDF.

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6.4.- Radioenlaces.

7.- Regeneración.

8.- Medidas en transmisión.

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1.- Multiplexión.

El objetivo final de la red telefónica es enviar un mensaje desde un punto, el emisor, hasta otro, el receptor de la información. En definitiva la misión de la red telefónica es comunicar.

En toda comunicación hay una fuente de información, un receptor destino de esa información y un canal de comunicación que los une. Esta comunicación ha de cumplir tres misiones: por un lado ha de adecuar la información al medio que se va a usar para transportarla, esta misión la realiza el trasmisor; en segundo lugar hay un medio que permitirá que la información llegue a su destino, se trata del medio de transmisión; y en tercer lugar un receptor capaz de interpretar la información recibida desde el medio y adecuarla para hacerla efectiva al destinatario de la información.

Los medios de transmisión en telefonía (cables, fibras, etc) son caros y muy susceptibles de recibir agresiones (roedores, humedad, obras, etc...). Esto obliga a optimizar estos medios en vistas a su máximo aprovechamiento. Una forma de hacerlo es la de compartir el canal entre varias comunicaciones, esto es lo que se conoce como "multiplexación". En la práctica este multiplexado se consigue empaquetando varias informaciones para que viajen a la vez por el mismo canal.

En este tema vamos a ver varias de estas técnicas de multiplexación, tanto analógicas como digitales, así como las jerarquías que se establecen entre esos "paquetes" de informaciones.

Multiplexar es compartir un único medio por un gran número de comunicaciones simultaneamente. Esto se consigue tanto con técnicas analógicas, las técnicas MDF; como digitales, las técnicas MDT.

2.- Tecnologías de multiplexado analógico. Técnicas MDF.

2.1.- Modulación.

La voz humana tiene un espectro comprendido entre los 300 y los 3.400 Hz. Si intentáramos enviar varias comunicaciones, tal como salen del micrófono, utilizando un mismo conductor para su transmisión, el receptor se vería incapaz de reconocer el mensaje a él dirigido, pues todas las conversaciones estarían entremezcladas.

La solución consiste en “etiquetar” cada conversación de forma que el receptor sea capaz de “entresacar” la que le concierne, sin estar mezclada con todas las demás. La técnica utilizada para conseguir esto es la modulación. Modular consiste en usar la señal de información (señal moduladora) para variar alguna de las características de otra señal (señal portadora), de forma que esta segunda le sirve a la primera como soporte, siendo, además fácilmente identificable.

La señal portadora es una onda senoidal de una frecuencia conocida, que actúa como transporte de la información, variando alguna de sus características. Si la información a transmitir se incorpora a la portadora en su amplitud tenemos lo que se conoce como “amplitud modulada” (AM), si se incorpora variando la frecuencia de la portadora estamos efectuando “frecuencia modulada” (FM).

En la figura de la página anterior se representan ambos tipos de modulación. La modulación en amplitud (AM) consiste en variar la amplitud de la señal portadora en función de la señal moduladora. La

modulación en frecuencia consiste en intervenir sobre la frecuencia de la señal portadora en función de la señal moduladora (en la figura se representa la frecuencia como gradaciones de negro, mas oscuras cuanto más alta es la amplitud de la moduladora). En la transmisión de

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sistemas de comunicación se emplea casi por completo la técnica de AM.

Una vez obtenida la señal modulada en amplitud tenemos nuestra información original inscrita en una señal de una frecuencia conocida (la de portadora). Este proceso de modulación da como resultado una nueva señal compuesta por tres frecuencias: la de la señal portadora, la de la portadora menos la de la moduladora y la de la portadora mas la de la moduladora. Si examinamos la señal de salida modulada en amplitud usando un analizador de espectro (aparato que muestra el nivel de la señal en función de la frecuencia), obtendremos una gráfica como la de la figura, en la que “fm” es la frecuencia de la señal moduladora, “fp” la de la señal portadora y la dos bandas laterales “(fp- fm)” y “(fp+fm)”. La primera de estas bandas laterales se denomina “banda lateral inferior” y la última es la “banda lateral superior”.

2.2.- Multiplexación por división de frecuencias. MDF.

En la transmisión de señales en AM nunca se envía la señal moduladora, pero sí las otras tres, y a menudo sólo dos o una de ellas. Si sólo se envía una de las bandas laterales, como el valor de la portadora es conocido, estaremos enviando la información que se desea utilizando un “ancho de banda“ menor. En comunicaciones de telefonía es éste método el utilizado, eliminando todo menos la banda lateral inferior, para transmitir en “banda lateral única” (BLU).

Ahora podemos enviar varias informaciones diferentes usando un único medio tal como se muestra en la figura. Lo que se comparte es la frecuencia, cada canal tiene un ancho de banda asociado de forma que entre todos comparten el ancho de banda total disponible en el medio de transmisión.

La forma de hacerlo es modulando cada uno de los canales sobre una portadora diferente. El receptor dispondría de un filtro para cada una de esas portadoras y podría obtener cada uno de los mensajes originales por separado. Sin embargo este método requiere una frecuencia portadora única para cada canal, y un filtro en el receptor para esa frecuencia. Para un gran número de comunicaciones este procedimiento, tal cual, es inviable.

Para solucionar tal cosa aparece la técnica de modulación en grupo. Ésta técnica consiste en formar un grupo primario usando doce canales (con 12 portadoras). A continuación la salida del grupo primario se vuelve a modular en AM, utilizando una nueva portadora de frecuencia más elevada. Formamos un grupo secundario utilizando 5 primarios y de esta forma un grupo secundario es capaz de transmitir 60 informaciones simultaneas.

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Una nueva modulación con portadoras de más frecuencia permite unir 5 grupos secundarios en un grupo terciario, disponiendo así de un total de 300 canales, que se vuelven a modular con portadoras mas rápidas, y, al multiplexarse con otros 2 grupos terciarios forman un grupo cuaternario, capaz de transmitir 900 conversaciones simultaneas. Podemos ver que para el envío de estos 900 canales sólo se han usado 12 + 5 + 5 + 3 = 25 portadoras diferentes, así como sólo 25 filtros distintos para el receptor.

En la actualidad estos sistemas están fuera de servicio, han sido sustituidos por nuevos sistemas de multiplexado digitales y se usan sólo en caso de emergencia.

3.- Tecnologías de multiplexado digital. Técnicas MDT.

Modernamente el rápido progreso y la versatilidad de los sistemas digitales se ha impuesto, también en las telecomunicaciones. Los antiguos sistemas MDF no eran capaces de proporcionar ni los requerimientos ni las velocidades que se precisan en la actualidad. Surgió así una tecnología de multiplexado digital conocida como MDT, multiplexado por división en el tiempo.

Del mismo modo que la modulación adecuaba las señales analógicas para ser transmitidas junto con otras, el primer proceso a realizar por un sistema que utiliza técnicas MDT es el de realizar esta adecuación. La primera misión consistirá, pues en la digitalización de las señales analógicas procedentes de los micrófonos u otras fuentes analógicas. La modulación que ahora se realiza se denomina “modulación por impulsos codificados” ( MIC).

3.1.- Modulación por impulsos codificados MIC.

Es el procedimiento más utilizado en telefonía para la conversión de magnitudes analógicas en señales digitales. Esta conversión se basa en tres operaciones fundamentales: muestreo, cuantificación y codificación.

Muestreo.

Es el proceso en el que una señal analógica se trocea a intervalos equidistantes, dando como resultado una série de impulsos de distinta amplitud llamados muestras.

En la figura se muestra la misma señal muestreada a tres frecuencias diferentes y la

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señal recompuesta a partir de las muestras.

En el caso 1 se ha muestreado a una frecuencia de unas cuatro veces la de la señal. El resultado tras su recomposición muestra un gran parecido con la señal muestreada.

El caso 2 presenta la señal muestreada con una frecuencia aproximadamente doble de la original. El resultado de la recomposición aún muestra un parecido con la original, al menos en su frecuencia

En el último caso se ha muestreado a una frecuencia aproximadamente igual a la de la señal. El parecido de la señal recompuesta con la original ha desaparecido.

Vemos que cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo mayor fidelidad con el original podemos conservar. Sin embargo también es necesaria un mayor número de informaciones a transmitir. Es necesario encontar un compromiso entre fidelidad y cantidad de datos. En teoría de la información hay un teorema, el teorema del muestreo, que dice que para “rehacer” la señal en el receptor basandose en esas “rodajas” que son las muestras es necesario que el muestreo se haga, al menos, a una frecuencia doble de la máxima frecuencia a muestrear (como puede verse en la figura).

Aplicando este teorema del muestreo y como en telefonía la máxima frecuencia que se transmite son 4KHz, muestreamos a una frecuencia de 8 KHz.

Cuantificación.

Las muestras obtenidas no se envían, tal cual, a la línea, pues tienen muy poca inmunidad al ruido y además aún no son completamente digitales, pues su valor de amplitud es todavía una magnitud contínua. Es necesario un nuevo proceso, llamado cuantificación, en el que se asigne un número determinado de valores posibles a estas muestras, en lugar del infinito número de valores de amplitud que poseen.

Para hacerlo se divide el rango posible de valores de muestras en un cierto número de intervalos

denominados intervalos de cuantificación y después se da a la muestra el valor del último intervalo transpasado.

Este proceso de cuantificar lleva implícito un error, pues cada una de las muestras toma un valor “aproximado” al que tenía. Este hecho es conocido como error de cuantificación, y puede apreciarse en la figura.

Por supuesto cuanto menor sea el intervalo de cuantificación, menor será el error de cuantificación, pero mayor será el número de intervalos y, por tanto, el número de informaciones a transmitir. En telefonía el número de posibles valores que se da a las muestras es 256 para transmitirlo posteriormente en 8 bits (2 =256).

La cuantificación ejemplificada en la figura anterior es de carácter lineal, puesto que los intervalos conservan distancias en amplitud iguales. Sin embargo

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en telefonía no se aplica esta linealidad a los intervalos. La mayor parte de las amplitudes a cuantificar se encuentran dentro de los 2/3 centrales de la gama total. Si los intervalos de cuantificación se establecen de forma que sean más pequeños los más cercanos a 0 y mayores los más alejados, estaremos dando más resolución a estas señales débiles, esto permite que el error de cuantificación sea menor para las señales más débiles y más numerosas, mejorando por consiguiente la relación señal/ruido.

Lo que se hace en telefonía es dividir el rango total de amplitudes en 16 intervalos semilogarítmicos (8 positivos y 8 negativos), llamados intervalos de cuantificación, que están más cercanos entre sí cuanto más cerca se encuentran del valor 0. Finalmente se divide cada uno de estos intervalos en 8 segmentos de cuantificación todos ellos iguales entre sí dentro del mismo intervalo, consiguiendo así una buena resolución para señales débiles.

Codificación.

Con los dos procesos anteriores hemos digitalizado la señal, pues ahora se compone de una sucesión de valores escalonados, con 256 posibles valores. Sin embargo el sistema digital más utilizado es el binario, en el que sólo existen dos valores posibles, el “0” y el “1”. Esta última fase de los sistemas MIC, la codificación, se encarga de traducir un sistema digital de base 256 (256 posibles estados) al sistema digital cotidiano de base 2 (sólo dos estados).

Para ello se dispone un bit, el de más peso, que nos indica la polaridad de la muestra. A continuación tres bits más indican el

segmento en el que está, desde el segmento 0 al 7. Por último los cuatro bits de menos peso indican a qué intervalo de cuantificación pertenece, desde el 0 al 15. En total 8 bits. Como se ha muestreado con una frecuencia de 8KHz y son necesarios 8 bits para el envío de cada muestra, con este sistema hemos convertido una señal analógica de 4KHz en una digital de 64Kbits/sg, denominada “canal MIC”.

3.2.- Tramas MIC.

La señal original, analógica, ya está en disposición de se enviada a través del medio. Sin embargo es poco rentable usar el medio de comunicación para una única conversación. Es mucho más efectivo multiplexar estas señales para enviar varias de ellas a la vez. El método utilizado para multiplexar señales digitales se denomina “multiplexación por división en el tiempo”, o más brevemente MDT.

Lo que hace precisamente la MDT es compartir el tiempo disponible para la transmisión entre varios canales, que se ven obligados a “decir su número” en un tiempo más brebe. Como hemos muestreado a 8KHz resulta que la muestra dispone de un tiempo de 1/8Khz = 125∝seg de tiempo antes de tener que enviar la siguiente.

Si se envían los 8 bits en un tiempo inferior a esos 125∝seg se dispondrá de un tiempo vacio que podía servir para que otro canal enviara su muestra. Esto es precisamente lo que se hace con las técnicas MDT, en las que se envían un total de 32 canales en esos 125∝seg (en Estados Unidos, Canadá y Japón se multiplexan 24 canales). Para hacerlo la velocidad a la que cada canal debe enviar su muestra es de 8Khz x 32 = 256 KHz. Como cada muestra está compuesta de 8 bits la velocidad de transmisión de cada canal será de 2.048 Kbits/seg., es decir 2Mbits/seg.

En la figura puede observarse como se forma una trama usando 32 canales digitales de 8 bits. El tiempo que dura esta trama es de 125 ∝seg., lo que nos da un tiempo de intervalo para

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cada canal de 3,9 ∝seg, de esta manera el tiempo que permanece cada bit en el medio de comunicación es de 488 nseg.

No todos los canales se utilizan para el envío de informaciones de usuario, sino sólo 30 de ellos, quedando el canal 0 reservado para el alineamiento de la trama, y el canal 16 para señalización. Por este motivo esta estructura recibe el nombre de trama MIC de 30 canales.

Estas tramas se envían una tras otra al medio de comunicación y, en el receptor es necesario efectuar la operación contraria para poner cada uno de los canales en su destino correspondiente. Por ello es necesaria una perfecta sincronía entre el emisor y el receptor de la que se encarga el alineamiento de trama (canal 0).

Además, como hemos visto en temas anteriores, es necesario un sistema por el que el usuario y la red puedan intercambiar información como el número al que se desea comunicar, si el abonado está o no ocupado, etc.; es decir, es necesaria la señalización de los canales, y de ello se ocupa el canal 16 de cada trama.

3.3.- Alineamiento de trama.

En los sistemas MIC las tramas se envían al medio de transmisión una tras otra, de forma que al final se obtiene una sucesión de tramas, siendo cada una de ellas una sucesión de canales, compuestos por una sucesión de bits, es decir, una serie ininterrumpida de bits. El terminal receptor ha de ser capaz de discernir entre ese flujo continuo de bits cuales son los correspondientes a cada canal. Para realizar esta sincronización se emplea el canal 0 de cada trama, que se conoce como “palabra de alineamiento de trama”.

La alineación de trama se consigue enviando la palabra “X0011011” (el bit marcado con la X no forma parte de la señal de alineamiento y está reservado para usos futuros) en el canal 0 de cada dos tramas.

A los ocho bits del canal 0 de la trama que no lleva palabra de alineamiento se les denomina “palabra de supervisión de trama” y se usan para uso nacional y para envío de alarmas.

Cuando el terminal receptor recibe la señal de alineamiento de trama distribuye los canales de forma correcta, pero si la señal de alineamiento no es correcta la alineación se considera perdida y se inician las operaciones que permiten su recuperación.

Los criterios para considerar la lineación perdida y para considerarla recuperada siguen la recomendación del C.C.I.T.T. y se pueden ver gráficamente en la figura de la izquierda.

El estado A0 representa el estado deseable de funcionamiento en el que el sistema encuentra la palabra de alineamiento de trama en su momento y distribuye los canales correctamente. Cada vez que se lee una nueva palabra de alineación se presentan dos alternativas: la palabra es correcta, en cuyo caso se sigue la línea verde y el sistema sigue alineado; o bien la palabra de alineación es incorrecta, con lo cual el sistema sigue la línea roja y se posiciona en A1.

El estado A1 es el primer estado de prealarma. Se ha recibido una primera palabra de alineamiento incorrecta. En la recepción de la siguiente trama se vuelve a comprobar la palabra de alineamiento y se bifurca según la línea verde hacia A0 si se leyó de forma correcta, o siguiendo la línea roja hacia A2 si fue incorrecta.

En el segundo estado de prealarma (A2) ya se han recibido dos palabras de alineamiento incorrectas, y se espera una nueva señal de alineamiento que devolverá el

sistema al estado A0 si es correcta, o al estado B0 si no lo es.De esta manera han sido necesarias tres lecturas sucesivas incorrectas de la palabra de alineamiento para considerar perdido el alineamiento.

En el estado B0 se considera la trama perdida y se inicia el proceso de recuperación. Mientras

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las nuevas lecturas de las nuevas palabras de alineamiento sean incorrectas el sistema permanece en B0 (línea roja), y al recibir la primera palabra de alineamiento correcta sigue la línea verde hacia B1.

El estado provisional de recuperación de alineación B1 vuelve a comprobar una nueva recepción de la palabra de alineamiento, y de ser incorrecta devuelve el sistema al estado de búsqueda de alineación B0. Si se recibe correctamente el sistema se posiciona en el segundo estado provisional de recuperación B2. Si se produce ahora una lectura correcta de la palabra de alineamiento el sistema vuelve al estado inicial A0, considerando la alineación recuperada; si la lectura es incorrecta el sistema vuelve al estado B0. Son necesarias, pues, tres lecturas sucesivas correctas de la palabra de alineamiento de trama para considerar que está alineada.

3.4.- Señalización.

Como sabemos en una comunicación telefónica es necesario el envío de informaciones ajenas al mensaje para el establecimiento y control de la comunicación, es lo que llamamos señalización. Hay una señalización que se utiliza para intercambiar información entre usuario y red, pero no es esta la que interesa aquí. Las técnicas que estamos comentado tienen su aplicación en la transmisión de grandes cantidades de información por un mínimo número de canales, se utilizan, por tanto en los enlaces entre centrales, y es este tipo de señalización entre centrales el que nos atañe aquí.

La señalización que se utiliza es la “señalización por canal común”, que consiste en el intercambio de flujos de 64 Kbits entre las centrales, a razón de 8 bits en cada trama utilizando el intervalo de tiempo 16 de cada una de ellas. En efecto, como se transmiten 8000 tramas cada segundo y en cada trama se transmiten 8 bits de señalización, su velocidad será: 8000 tramas/segundo x 8 bits/trama = 64 Kbits/seg. para la señalización.

La señalización de cada canal se realiza empleando 4 bits del canal 16, de esta manera, en cada trama, puesto que dispone de 8 bits de señalización, sólo se pueden señalizar dos canales. Si en cada trama señalizamos dos canales, para señalizar los 30 canales será necesario que transcurran, al menos, 15 tramas.

3.5.- Estructura de una multitrama.

Como vemos es necesario un nivel organizativo superior a la trama para poder señalizar los 30 canales. Este nivel de organización de las informaciones se denomina “multitrama”, y está formada por 15 tramas sucesivas más una para señalizar la multitrama, es decir, de 16 tramas, numeradas del 0 al 15.

La figura superior representa una multitrama así configurada. En ella se agrupan 16 tramas de las que la 0, en su canal 16, lleva el alineamiento de multitrama; y las demás, en sus respectivos canales 16 llevan la señalización de dos de los canales. El canal 16 de la trama 1 señaliza los canales 1 y 17, el canal 16 de la trama 2 señaliza los canales 2 y 18 y así sucesivamente hasta la trama 15, que en su canal 16 señaliza los canales 15 y 31.

La alineación de multitrama se realiza poniendo a 0000 los bits mas significativos del canal 16 de la trama 0. Los cuatro bits de menos peso restantes se reservan para alarmas y para usos futuros.

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Para la supervisión de la alineación de la multitrama y recuperación de la misma se utilizan sistemas similares al descrito para tal misión en el caso de la trama.

3.6.- Interfaz de 2 Mbits/seg.

La señal estructurada tal y como se ha visto ha de ser transmitida, bien al medio de transmisión, bien a otro equipo como un multiplexor de orden superior. En cualquier caso la unión entre dos equipos se realiza por medio de un interfaz. Llamamos “interfaz” tanto a los dispositivos físicos utilizados para comunicar dos equipos como a la estructura lógica de la información, y a la especificación de las señales eléctricas que lo transitan. En los multiplex MIC de 30 canales europeos se emplea el interfaz recomendado por el CCITT cuyas características se exponen a continuación.

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4.- Jerarquías digitales.

Hasta aquí hemos visto cómo se aplican las técnicas MDT para formar un flujo digital de 2 Mbits/seg. Del mismo modo que con las técnicas MDF se iban agrupando en jerarquías

superiores, las técnicas MDT permiten multiplexar varias multitramas para formar flujos digitales más rápidos y con mayor capacidad de transmisión.

Las multiplexaciones se realizan agrupando cuatro afluentes de una velocidad binaria determinada, para obtener un flujo digital de mas veloz. Las velocidades binarias estandarizadas se denominan abreviadamente 2, 8, 34, 140 y 565 Mbits/seg.

El primer multiplexor recibe 4 interfaces de 2.048 Kbit/seg., con 30 canales en cada uno, para formar un flujodigital de 8.129 Kbits/seg. que transporta 120 canales. Este flujo sirve de afluente a un segundo multiplexor que obtiene 480 canales a 34.368 Kbits/seg, que se vuelve a multiplexar junto con otros tres para obtener 1.920 canales a una velocidad

de 139.264 Kbits/seg. Finalmente una nueva multiplexión proporciona una capacidad de 9.680

Velocidad de transmisión: 2048 Kbits/segundo ±50 bits/minuto.

Línea de transmisión: Par coaxial.

Impedancia: 75 Ohmios resistivos.

Código eléctrico: HBD3 preferentemente.

Tensión nominal del pulso: ±2,37 V. mínimo.

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canales a una velocidad de 564.992 Kbits/seg.

Esta es la tecnología de transmisión actualmente en uso en Europa. En Japón y USA se han establecido otros estándares de capacidad y velocidad binaria. En la figura pueden verse los diferentes interfaces, así como las vías para compatibilizar comunicaciones entre los diferentes países.

4.1.- Jerarquía digital plexiócrona. JDP.

La jerarquía digital descrita recibe el nombre de Jerarquía Digital Plexiócrona (JDP), ya que cada equipo de transmisión dispone de su propio reloj para marcar los tiempos. Como dos relojes no son nunca exactamente iguales resulta que cada equipo trabaja con un reloj que es "casi síncrono" (plexiócrono quiere decir "casi síncrono") con los de los demás equipos.

Para solucionar el problema que presenta esta falta de sincronismo es necesario recurrir a técnicas, llamadas de "justificación positiva" mediante las cuales cada afluente de entrada a un multiplexor es leído a una velocidad binaria ligeramente superior a la nominal, y en el tiempo sobrante se incluye un nuevo bit que puede estar vacío o puede contener un bit del afluente más rápido . De esta forma la señal de salida entrelaza un bit de cada afluente y un bit mas que puede ser de relleno o justificación, además de unos pocos bits extra (bits de control de justificación), para poder determinar cual de estos bits extra de cada entrelazado está vacío o contiene información de algún afluente.

En consecuencia la velocidad de la señal de salida de un multiplexor es mayor que la suma de las velocidades de cada afluente y está formada por los bits de cada afluente mas los bits de relleno o justificación, mas los bits de control de justificación; lo que da lugar a uno de los mayores inconvenientes de la multiplexación plexiócrona: una vez formada la señal no es posible extraer un afluente sin demultiplexar el conjunto.

4.2.- Jerarquía digital síncrona. JDS.

Como hemos visto hasta ahora la jerarquía digital plexiócrona presenta una serie de inconvenientes, que la hacen compleja y poco eficiente para las nuevas necesidades de comunicación. La necesidad de mejorar esta eficiencia dio lugar, a mediados de los años 80, a la formulación de varias propuestas de transmisión síncrona que culminaron con la aceptación de una serie de recomendaciones que definirían lo que se conoce como “jerarquía digital síncrona (JDS)”.

La JDS permite el transporte de las velocidades ya definidas para la JDP mediante el empleo de “contenedores”. Existen varios tipos de contenedores cada uno de ellos correspondiente a una velocidad plexiócrona existente. La figura muestra los tipos de contenedor más comunes así como las velocidades que transportan.

A cada contenedor se asocia una zona de bytes con información de gestión y control denominada “tara de trayecto”, para formar juntas un “contenedor virtual”.

En este tipo de red síncrona todos los equipos son sincronizados por un reloj global de la red, sin embargo existen retrasos asociados con las diferentes distancias a recorrer, y como consecuencia las localización de los contenedores en una trama JDS podría no ser fija. Estas variaciones se corrigen asignado un puntero en cada contenedor virtual que indica la posición de inicio del contenedor dentro de la trama. A la unidad así formada por un contenedor virtual y su puntero se la denomina “unidad tributaria”.

Seguidamente se multiplexan 15 unidades tributarias UT-12 (procedentes de contenedores C-12) o 2 unidades tributarias UT-3 (procedentes de contenedores C-3) para formar un “Grupo de unidades tributarias” al que se añaden nuevos bits de tara de trayecto para formar un contenedor virtual CV-4, igual al que se obtiene de añadir la tara de trayecto a un contenedor C-4. El proceso continúa incorporando a esta unidad así formada un nuevo puntero formando una “unidad administrativa” UA-4. El conjunto de tres UA-3 o de una única UA-4 se denomina “grupo de unidades administrativas”, al que se añade finalmente una tara de sección para formar la trama básica de la JDS denominada “Módulo de transporte síncrono de nivel 1” (MTS1).

La trama básica en JDS está formada por 2430 bytes que se pueden representar de forma

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matricial como 9 filas de 270 bytes. De estos 270 bytes los nueve primeros pertenecen a la tara de sección, quedando 261 bytes para datos. Estas tramas básicas se repiten cada 125 ∝seg., por lo que la velocidad resultante es 270 bytes x 9 filas x 8 bits x 1/125 ∝seg. = 155,52 Mbits/seg.

La JDS presenta importantes ventajas sobre la JDP, siendo la jerarquía hacia la que se tiende en todo el mundo. Las principales ventajas que aporta son:

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5.- Códigos eléctricos.

Hasta el momento hemos estudiado la estructura lógica de la información en los sistemas de transmisión. Estas tramas se transportan mediante señales eléctricas u ópticas, y este envío presenta ciertos problemas eléctricos que hay que considerar. Los principales requisitos que han de cumplir estas señales eléctricas son la recuperación del reloj en la recepción y la ausencia de componente continua.

El código binario natural, en forma de impulsos eléctricos (nivel alto para representar el uno lógico y bajo para representar el nivel lógico cero), no satisface ninguno de estos dos requerimientos, por lo que es necesario acudir a otro tipo de códigos eléctricos. Este sencillo código se denomina NRZ (Non Return to Zero) y es el más utilizado en el interior de los equipos electrónicos digitales pero, como mencionamos, presenta serios inconvenientes a la hora de ser aplicado al medio de transmisión para su envío en serie.

La primera dificultad es que este tipo de señales han de ir acompañadas de una señal de reloj, pues de lo contrario, si se transmite una larga cadena de unos o de ceros seguidos, no es posible identificar dónde empieza cada uno de los bits, y no es posible reconocer el contenido de la información, es decir, el código NRZ no es un código “autoreloj”.

Una manera de solucionar este problema es crear una señal que contenga la información a enviar y, ademas, la señal de reloj. Esto se consigue, parcialmente, mediante la codificación RZ (Return to Zero) en la que la señal de uno se mantiene alta solamente durante la parte alta del tiempo de reloj, bajando a cero en el tiempo bajo del mismo. De esta manera podemos identificar donde empieza y donde acaba cada bit a uno. Sin embargo queda por resolver el problema de identificar el comienzo y el final de cada uno de los ceros en una sucesión larga de estos. Ademas todavía queda el inconveniente de que este tipo de señales, al igual que las NRZ presentan un contenido de componente continua que no es apta para la transmisión serie, pues no atraviesa los condensadores y queda cortocircuitada por las bobinas de los transformadores.

La solución de este problema consiste en utilizar un código eléctrico ternario (con tres niveles de tensión). Esto es lo que hace el código AMI (Alternate Mark Inversion), haciendo que las marcas correspondientes al “1” lógico sean positivas y negativas alternativamente: de esta forma habrá tantos instantes a nivel positivo como a negativo, y la componente continua de la señal se hace nula. Es interesante destacar que éste es un código eléctrico ternario (con tres estados eléctricos), aunque la información que contiene es binaria (estado “0” y estado “1” lógicos).

Con este sistema ya hemos resuelto totalmente el problema de la componente continua de la señal eléctrica, sólo nos queda por resolver el problema de como evitar que se pierda la señal de reloj cuando se tienen largas secuencias de ceros. Esto se consigue mediente el empleo del código HDB3 (Hight Density Bipolar 3) que es una mejora del código AMI.

El código HDB3 limita a 3 el máximo número de ceros que se envían en la señal transmitida. En esta codificación los impulsos a uno son invertidos alternativamente de polaridad al igual que ocurría con el código AMI, pero cuando aparecen más de tres ceros consecutivos se dividen en grupos de cuatro y se sustituyen por los grupos de bits “000V” ó “B00V”. El símbolo “V” indica un impulso (positivo o negativo) que es del mismo signo que el que le precede, violando la ley de alternancia. El símbolo “B” indica un pulso (positivo o negativo) que mantiene la ley de alternancia, es decir, tiene el signo contrario al que le antecede.

Un único estandard mundial, en contraposición a la JDP en la que, como hemos visto existían varios.

Posibilidad de extraer un canal individual sin necesidad de demultiplexar toda la trama (extracción en paso).

Un 15 por ciento de la información de la trama está destinada a tareas de gestión, mantenimiento, reencaminamiento, monitorización, etc...

Abaratamiento de los sistemas de 2Mbits para el usuario.

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El grupo “0000” se sustituye por el grupo “000V” cuando el número de impulsos (positivos o negativos) entre la última violación y la que se va a introducir es impar. El grupo “0000” se sustituye por el “B00V” si el número de impulsos entre la anterior violación y la que se va a incorporar es par.

De esta manera se consigue mantener tantos pulsos positivos como negativos, anulando la componente continua de la señal resultante, al tiempo que dejan de existir largos tramos sin impulsos, haciendo posible la extracción de la señal de reloj en la recepción.

En la figura (obtenida del programa “códigos de transmisión telefónica” ) se puede ver el número hexadecimal 82E0 (en binario 1000 0010 1110 0000) codificado en los códigos que estamos estudiando junto con la señal de reloj. En color rojo se representa la señal en NRZ y en amarillo esta misma señal a la que se ha incluido el reloj (CLK) formando la señal RZ. En verde se muestra la señal AMI-RZ que incluye la bipolaridad de los pulsos y, finalmente en naranja, la señal HDB3-RZ. Puede verse como en la señal HDB3 se han sustituido los grupos de cuatro ceros consecutivos presentes en los demás códigos, por los grupos “000V” y “B00V”.

Tanto las señales AMI-RZ como la HBD3-RZ son adecuadas para la transmisión digital en línea, por lo que reciben el nombre de “códigos de línea”, aunque la más usada en transmisión por cable coaxial es la HDB3-RZ.

6.- Medios de transmisión.

La señal eléctrica, ahora ya sí, está en disposición de ser enviada al medio de transmisión. En los orígenes de la telefonía se empleaban cables desnudos para la transmisión de estas señales, pero su baja capacidad de transporte y los problemas que representaba el estar estos conductores a la intemperie, pronto hizo que se sustituyeran por cables simétricos de pares, con miles de pares por cable y que soportan hasta 2 Mbits/seg. Para el enlace entre centrales se suelen emplear cables coaxiales, cables de fibra óptica o enlaces de radio.

Por cable se entiende la agrupación de varios conductores metálicos aislados entre sí, o de fibra óptica que posibilitan la transmisión de señales eléctricas u ópticas. De acuerdo a su constitución los cables se clasifican en:

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Cables de pares.

Cables coaxiales.

Cables de fibra óptica.

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6.1.- Cables de pares.

El cableado interior en casa del usuario se realiza con el típico cable color crema constituido por dos hilos de cobre electrolítico recocido de 0,5 mm. de diámetro, con una resistencia máxima de los conductores de 90 Ο/Km. y con un aislamiento mínimo de 150 MΟ/Km. dispuestos en paralelo. La identificación de los conductores se realiza por medio de una nervadura dispuesta longitudinalmente en uno de ellos.

Los cables de pares simétricos están formados por conductores de cobre electrolítico de diversos calibres (normalmente de 0,32 a 1,30 mm. de diámetro) rodeados por un aislante que puede ser de papel, pulpa o plástico (el último el más común), y de una cubierta que suele ser de diversos tipos: EAP, EAPAP, AAP, EAPSP, PEAP (siendo E para estanco, A para aluminio, P para polietileno y S para soportado) que sirve para agruparlos y proteger al núcleo.

Los cables de pares se constituyen reuniendo los conductores de cobre, convenientemente aislados, en grupos de 25 pares trenzados, identificando cada par mediante un código de colores como se muestra en el cuadro adjunto. Si se requieren más de este número de pares se agrupan unidades de 25 pares hasta conseguir el número deseado, atando cada grupo mediante una ligadura. Para identificar cada uno de los grupos la ligadura cumple de nuevo un código de colores como se indica.

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6.2.- Cables coaxiales.

Los cables coaxiales son ampliamente utilizados como medios de transmisión de gran capacidad para la unión de centrales y para la construcción de circuitos internacionales, terrestres o submarinos.

Un cable coaxial está constituido por dos conductores de cobre o aluminio, uno interior cilíndrico y macizo llamado “alma”, insertado dentro del otro llamado “maya” y separados ambos por un material aislante, formando un conjunto concéntrico. Esta estructura garantiza un buen apantallamiento que evita pérdidas de radiación al exterior. Una variante de este tipo de cable es el cable twinaxial, en el que no es un alma, sino dos de ellas trenzadas entre sí las que componen el núcleo.

Los coaxiales utilizados en telefonía presentan una impedancia de 75 Ο y son de tres tipos: el G.621 de 0,7/2,9 mm., el G.622 de 1,2/4,4 mm y el G623 de 2,6/9,5 mm.; presentando una atenuación entre 2 y 9 dB/Km según el calibre para una frecuencia de 1 MHz.

Los coaxiales individuales se agrupan en mazos para formar cables mayores, y en caso de ir enterrados en el lecho submarino se les aplican técnicas especiales de construcción para evitar las tensiones y la corrosión.

6.3.- Fibra óptica.

La fibra óptica presenta varias ventajas respecto a los cables coaxiales, por lo que, a medida que su precio se va reduciendo, constituyen una alternativa muy ventajosa al cable coaxial, al que están sustituyendo.

En estos cables no es corriente eléctrica lo que los circula, sino pulsos de luz que, debidamente codificados, envían la información de uno a otro extremo. Por encima del espectro visible (400-750 nm.) se encuentran las radiaciones infrarrojas, que son las utilizadas para la transmisión de informaciones en fibra óptica, concretamente 850nm. para la primera ventana, 1.300 nm. para la segunda y 1.550 nm. en tercera ventana. La fibra óptica es un medio de transmisión capaz de guiar un rayo de luz a su través. Está formada por un núcleo cilíndrico de vidrio, recubierto de una envoltura con un índice de refracción ligeramenteinferior al del núcleo, y protegido todo el conjunto por una capa de silicona o material similar que constituye la protección primaria. Sobre ésta suele aplicarse una segunda protección denominada "protección secundaria". Los calibres más utilizados son 9, 50 y 62,5 ∝m. para el núcleo y 125 ∝m. para la envoltura.

Las ecuaciones de Maxwell definen la forma en que los campos electromagnéticos se propagan a través de la fibra óptica. Cada una de las soluciones de estas ecuaciones determina un "modo" de propagación. El estudio de estas ecuaciones es bastante complejo, y es mucho más fácil de comprender y visualizar el fenómeno de forma geométrica.

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Los rayos de luz que entran en el núcleo son confinados en su interior debido a las continuas reflexiones que se producen en la frontera del núcleo y la envoltura. De esta forma el núcleo constituye el soporte de la transmisión que va "rebotando" en su interior debido al diferente índice de reflexión que tiene con respecto a la envoltura. En la actualidad se fabrican tres tipos de fibra óptica, que se pueden ver en la figura.

El primero de ellos recibe el nombre de "fibra multimodo" y, como índica su nombre, son posibles en él la existencia de varios modos de propagación con diferentes trayectorias. Como cada una de las trayectorias tiene diferente longitud el resultado es que el pulso luminoso de salida se ensancha. Este fenómeno se conoce como dispersión modal y su consecuencia es la disminución del ancho de banda disponible, con la consiguiente reducción de la velocidad de transmisión.

En el segundo de ellos, conocido como "fibra monomodo", su diámetro es semejante a la longitud de onda del color de la luz que lo atraviesa. Esto tiene como consecuencia que sólo es posible un modo de propagación, dando como resultado un pulso de salida de igual anchura al de entrada, proporcinando de esta manera un mayor ancho de banda que en las fibras multimodo, y una velocidad digital mayor en la transmisión. Sin embargo, sus reducidas dimensiones exigen mucho

mayor cuidado y precisión en las operaciones de empalme y realización de conectores.

Los dos tipos examinados hasta ahora presentan una frontera nítida entre los índices de refracción del núcleo y la envoltura. En el tercer caso, por el contrario, el índice de refracción del núcleo no es constante, sino que sigue una distribución longitudinal, de manera que va disminuyendo a medida que nos alejamos del eje. Este tipo es conocido como "fibra de índice gradual", y en él los rayos de luz siguen caminos serpenteantes produciendo el efecto de equalizar los caminos ópticos que recorren los distintos rayos de luz, de forma que el retardo relativo entre los modos es mucho menor que en la fibra multimodo, proporcionando una mejora sustancial en el ancho de banda capaz de transmitir sin el inconveniente de las dificultades de empalme y conectorización que presentan las fibras monomodo, siendo el más utilizado en la actualidad.

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