teoria leccion evaluativa 3

MULTIPLEXACIÓN

Múltiplex por División de Tiempo (TDM)

La digitalización de la señal de voz tuvo aplicación práctica en sus orígenes por sus ventajas en la transmisión. Ya se han examinado los aspectos más importantes de las técnicas MIC, de manera que ahora se estudiarán los métodos de transmisión de las señales MIC. Dado que uno de los fundamentos de esta transmisión es el principio del múltiplex por división de tiempo, se explicará inicialmente este concepto.

La multiplexación es un proceso que permite la transmisión de varios canales a través del mismo medio de transmisión.

En el múltiplex por división de tiempo, varios canales pueden usar un itinerario de transmisión común si sus señales ocurren en instantes diferentes. Los octetos que representan las muestras tomadas en los tres canales son entrelazados conformando una secuencia de impulsos. Tal conjunto de impulsos se denomina trama, y el intervalo de tiempo que ocupa cada uno de los octetos se denomina intervalo de tiempo. En este ejemplo, cada trama tiene tres intervalos de tiempo.

Multiplexación de tres señales MIC.

Cuando recién se introdujo de la tecnología MIC se conformaba un tren PAM con las muestras capturadas de cada abonado y luego se usaba un solo codificador MIC para hacer la conversión antes de inyectar la señal en la línea. La tecnología ha ido abaratando los codificadores de forma tal que en la actualidad cada abonado dispone de un codificador que entrega la señal MIC en un bus digital, en un intervalo de tiempo prefijado.

La duración de la trama está determinada por la frecuencia de muestreo. Al ser ésta fijada en 8 KHz por la UIT-T, resulta que cada trama tiene una duración de 125 usg. El número de intervalos de tiempo, y por ende el número de canales, que se acomodan en una trama depende entonces de la velocidad de los bits: a mayor velocidad de la señal, mayor será el número de canales que

son transportados por la trama. Este factor está determinado tanto por el ancho de banda del medio de transmisión como por la tecnología de los equipos utilizados.

La UIT-T, en las Recomendaciones de la serie G.700 ha especificado las jerarquías de los sistemas MIC, conformadas por múltiplex de distintas velocidades. En la base de cada jerarquía se encuentran los múltiplex de primer orden o múltiplex primarios, a partir de los cuales se construyen los sistemas múltiplex de orden superior.

Los sistemas múltiplex primarios son de dos tipos: el MIC30, de origen europeo CEPT: Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications ), que multiplexa 30 canales telefónicos, y el MIC24, de origen norteamericano (AT&T: American Telephone and Telegraph Company) y adoptado en Japón (NTT: Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation), que multiplexa 24 canales telefónicos. Las especificaciones de estos dos sistemas están contenidas en las Recomendaciones de la UIT-T G.732 y G.733 respectivamente. Aunque en nuestro medio se prefiere el sistema MIC30, también se encuentran algunos equipos MIC24. Por consiguiente se estudiarán las características más importantes de ambos sistemas.

Sistema de transmisión PCM-TDM.

Sistema Múltiplex MIC30

En el sistema MIC30 cada trama está constituida por 32 intervalos de tiempo (IT), de los cuales 30 están destinados a canales de voz.

Estructura de la trama MIC 30.

Cada IT tiene 8 bits, numerados de 1 a 8, y los 32 ITs están numerados de 0 a 31. El número de bits por trama es 256, numerados de 1 a 256, y la frecuencia de repetición de la trama es 8.000 Hz (Rec. G.704 §3.3). A partir de esta información se obtienen los siguientes datos:

Duración de la trama =

1/8000 Hz

^

125 useg

Duración de un IT =

125 useg/32

^

3,906 useg

Duración de un Bit =

3,906 useg/8

^

0,488 useg

Velocidad de bit

1/0,488 useg

^

2.048 Kbps

Otra forma de obtener la velocidad del sistema:

8000 tramas/seg x 32 IT/trama x 8 bits/IT = 2.048 Kbps

Velocidad de canal = 8000 muestras/seg x 8 bits/muestra

Velocidad de canal = 64 Kbps

Esto significa que la información de voz de un canal telefónico es transmitida de manera digital a una velocidad de 64 Kbits/seg.

La utilización de los ITs es la siguiente:

IT0: Alineación de trama y supervisión.

IT1-IT15: Canales telefónicos o de datos.

IT16: Señalización.


Los 30 canales telefónicos transportan información de voz codificada según la Ley A especificada por la UIT-T en la Recomendación G.711.

El ITO contiene, en principio, la señal de alineación o sincronización de trama. Esta señal es requerida en el receptor con el fin de identificar individualmente los canales que transporta la trama.

El establecimiento y mantenimiento de la sincronización de trama requiere la transmisión de una cierta cantidad de información adicional, de la misma manera como la sincronización a nivel de bit exige cierta información suministrada por los códigos de línea.

Alineación por adición de dígitos.

Alineación por robo de dígitos.

Alineación por adición de un canal.

Alineación estadística.

Alineación con código de línea único.

El sistema MIC30 utiliza el método de alineación por adición de un canal. Este método, comparado con el de adición de dígitos utilizado por el sistema MIC24, agrega un considerable rendimiento y flexibilidad al proceso de alineación. En primer lugar, la alineación se puede establecer más rápidamente puesto que es muy improbable que la aleatoria información de voz codificada a 8 bits coincida con el código de alineación. En segundo lugar, la mayor longitud del código simplifica la identificación de funciones auxiliares como límites de supertrama, bits de paridad o estado del equipo. Con el código de alineación utilizado en MIC30, el tiempo promedio de alineación a partir de un punto aleatorio es de 0,5 mseg.

El código de alineación de trama esXOOHOllyes transportado cada dos tramas. El IT16 de la trama, por su parte, es utilizado para información de señalización. Los enlaces entre centrales transportan dos tipos de información: voz y señalización. En términos generales, la información de señalización puede utilizar el mismo canal telefónico o un canal común a varios canales de voz. Adicionalmente, cuando se tiene señalización en el mismo canal, ésta puede estar dentro de la banda de voz o fuera de banda. Cuando se digitaliza la información de señalización, si ésta es del tipo fuera de banda o canal común, es necesario adicionar bits a la trama para transportarla. El sistema MIC30 utiliza un IT adicional, que es el IT16. En el capítulo de Señalización se explica en detalle el tema de la señalización digital y el uso del IT16.

Sistemas Multiplex MIC 30 Y MIC24


En el sistema MIC30 cada trama está constituida por 32 intervalos de tiempo (IT), de los cuales 30 están destinados a canales de voz.

Estructura de la trama MIC30.

Cada IT tiene 8 bits, numerados de 1 a 8, y los 32 ITs están numerados de 0 a 31. El número de bits por trama es 256, numerados de 1 a 256, y la frecuencia de repetición de la trama es 8.000 Hz (Rec. G.704 §3.3). A partir de esta información se obtienen los siguientes datos:

Duración de la trama = 1/8000 Hz ^ 125 useg

Duración de un IT = 125 useg/32 ^ 3,906 useg

Duración de un Bit = 3,906 useg/8 ^ 0,488 useg

Velocidad de bit 1/0,488 useg ^ 2.048 Kbps


8000 tramas/seg x 32 IT/trama x 8 bits/IT = 2.048 Kbps



Esto significa que la información de voz de un canal telefónico es transmitida de manera digital a una velocidad de 64 Kbits/seg.

La utilización de los ITs es la siguiente:

IT0: Alineación de trama y supervisión.


IT16: Señalización.


Los 30 canales telefónicos transportan información de voz codificada según la Ley A especificada por la UIT-T en la Recomendación G.711.

El ITO contiene, en principio, la señal de alineación o sincronización de trama. Esta señal es requerida en el receptor con el fin de identificar individualmente los canales que transporta la trama.

El establecimiento y mantenimiento de la sincronización de trama requiere la transmisión de una cierta cantidad de información adicional, de la misma manera como la sincronización a nivel de bit exige cierta información suministrada por los códigos de línea.

Alineación por adición de dígitos.

Alineación por robo de dígitos.

Alineación por adición de un canal.

Alineación estadística.

Alineación con código de línea único.

El sistema MIC30 utiliza el método de alineación por adición de un canal. Este método, comparado con el de adición de dígitos utilizado por el sistema MIC24, agrega un considerable rendimiento y flexibilidad al proceso de alineación. En primer lugar, la alineación se puede establecer más rápidamente puesto que es muy improbable que la aleatoria información de voz codificada a 8 bits coincida con el código de alineación. En segundo lugar, la mayor longitud del código simplifica la identificación de funciones auxiliares como límites de supertrama, bits de paridad o estado del equipo. Con el código de alineación utilizado en MIC30, el tiempo promedio de alineación a partir de un punto aleatorio es de 0,5 mseg.

El código de alineación de trama esXOOHOllyes transportado cada dos tramas.

El IT16 de la trama, por su parte, es utilizado para información de señalización. Los enlaces entre centrales transportan dos tipos de información: voz y señalización. En términos generales, la información de señalización puede utilizar el mismo canal

telefónico o un canal común a varios canales de voz. Adicionalmente, cuando se tiene señalización en el mismo canal, ésta puede estar dentro de la banda de voz o fuera de banda. Cuando se digitaliza la información de señalización, si ésta es del tipo fuera de banda o canal común, es necesario adicionar bits a la trama para transportarla. El sistema MIC30 utiliza un IT adicional, que es el IT16. En el capítulo de Señalización se explica en detalle el tema de la señalización digital y el uso del IT16.


En el sistema MIC24, cada trama está constituida por 24 ITs, todos ellos destinados a canales de voz, más un bit adicional (bit F) para alineación de trama, control de calidad y suministro de enlaces de datos.

Sistema MIC24

Bit 2: Evita simulación de la señal de alineación de trama

A: Indicación de alarma o distancia.

0 – normal

1 – alarma (perdida de alineación)

Si: Reservado para uso internacional

Sn: Reservado para uso nacional

Bit 5: Alarma por exceso en la proporción de error.

Estructura de la trama MIC24

Cada IT tiene 8 bits, numerados de 1 a 8, y los 24 ITs están numerados de 1 a 24. El número de bits por trama es 193, numerados de 1 a 193, y la frecuencia de repetición de trama es 8.000 Hz (Rec. G.704 §3.1). A partir de esta información se obtienen los siguientes datos:

Duración de la trama ^ 1/8000 Hz 125 useg

Duración de un Bit ^ 125 useg/193 = 0,648 useg

Duración de un IT ^ 0,648 useg x 8 = 5,181 useg

Velocidad de bit ^ 1/0,648 useg = 1.544 Kbps


8000 tramas/seg x 193 bits/trama = 1.544 Kbps



Obviamente, si la frecuencia de muestreo y el número de bits utilizados para representar cada muestra son los mismos que en el sistema MIC30, la velocidad de transmisión de un canal digital de voz se mantiene en 64 Kbps.

Los 24 canales telefónicos transportan información de voz codificada según la Ley u especificada en la Recomendación G.711.

El bit 1 de la trama, denominado bit F, contiene en principio la señal de alineación o sincronización de trama. El sistema MIC24 utiliza el método por adición de dígitos, que consiste en la inserción periódica de un bit de alineación con una secuencia de datos identificable.

En los sistemas MIC24 originales, se adicionó un bit a la trama, que alternaba su valor (1/0). Este formato era bastante útil por cuanto ningún canal de voz contiene un patrón alternado de 1 y 0, pues ello implicaría una componente de frecuencia 4 KHz en la señal, la cual es rechazada por el codificador MIC. Con esta estrategia de alineación, el tiempo de alineación resultaba ser de 24,125 mseg.

La segunda generación de sistemas MIC24 de la Bell System, cuyas características están recogidas en las Recomendaciones de la UIT-T, utiliza un patrón de alineación con una secuencia de bits más larga para la identificación de las tramas de señalización. Dado que el sistema MIC24 no cuenta con un IT dedicado a información de señalización, utiliza el bit menos significativo de los canales de voz (bit 8), cada seis tramas, para señalización. Los canales de señalización obtenidos se dividen en dos subcanales A y B, o sea que de cada subcanal se envía un bit cada 12 tramas. Por consiguiente, se requería una secuencia de 12 bits de alineación para identificar los bits de señalización y los dos subcanales.

Es conveniente dividir los bits de alineación en dos secuencias separadas. Durante las tramas impares (las tramas están numeradas de 1 a 12) los bits de alineación se alternan, mientras que durante las tramas pares la secuencia de bits de alineación es 000111000111000. De manera similar, la transición 1 a 0 en la secuencia de tramas pares identifica una trama que transporta los subcanales de señalización B. El proceso de alineación se inicia encontrando la secuencia de bits alternados (con 385 bits intermedios) . El método descrito es especificado en la Recomendación G.704 § como Método 2 de asignación de bits F, usado para multitrama de 12 tramas, en sistemas con señalización por canal asociado. De manera general, en el Método 2 se utiliza el bit F de las tramas impares como señal de alineación de trama, con la secuencia alternada. De otro lado, el bit

F de las tramas pares recibe el nombre de bit S, y puede ser usado como señal de alineación de multitrama, con la secuencia 001110, o para transmitir señalización a baja velocidad. No hay bits disponibles para funciones de alarma y control, y en caso necesario se recurre al forzamiento de cualquier bit (Ejemplo, el bit 2 de cada canal en "0").

Secuencia de tramas del sistema MIC24.

El Método 1 descrito en la Recomendación G.704 §3.1 corresponde a la multitrama de 24 tramas. En este caso, los canales de señalización son 4 (A, B, C y D) y el bit F es utilizado para alineación de trama/multitrama, supervisión del múltiplex, y transmisión de datos. Para la señal de alineación de trama/multitrama, el bit F de cada cuarta trama forma el patrón 001011.

Datos Técnicos del Múltiplex Primario

Cada sistema MIC es unidireccional, lo que implica que en telefonía, donde los sistemas son dúplex, se requiere como mínimo dos enlaces, uno para cada sentido. En cada extremo se dispone de equipos terminales transmisores y receptores, y la línea es equipada con repetidores regenerativos espaciados uniformemente, que regeneran los bits entrantes y transmiten una corriente de nuevos bits frescos. Las líneas de transmisión usadas para interconexión de múltiplex primarios son en la mayoría de los casos cables de par telefónico ya existentes. La distancia entre regeneradores para estas líneas MIC debe ser de 1,5 a 2,3 Km, dependiendo del tipo de cable.

Sistemas Múltiplex de Segundo Orden

Los sistemas múltiplex primarios son adecuados para distancias cortas, de 2 a 50 Km. Para distancias medias y largas, se requiere agrupar una gran cantidad de canales sobre la línea de transmisión, a fin de obtener sistemas más económicos y prácticos.

Con el fin de cubrir estas necesidades, se han desarrollado los sistemas múltiplex de orden superior, que pueden ser de dos tipos:

Sistema MIC de primer orden.

a) Múltiplex MIC.

La señal del múltiplex es obtenida a partir de tributarios analógicos, en un proceso simultáneo de digitalización y multiplexación. La trama es estructurada por el método de intercalación de grupos (word interleaving), en el cual el múltiplex se integra tomando en cada ciclo un grupo de bits, en este caso 8, correspondiente a cada tributario.

b) Múltiplex Digital.

La señal del múltiplex es obtenida a partir de tributarios digitales de orden inferior, en un proceso de multiplexación. La trama es estructurada por el método de intercalación de bits (bit interleaving), en el cual el múltiplex se integra tomando en cada ciclo un bit de cada tributario.

En los sistemas de segundo orden han sido definidos múltiplex de los dos tipos, a saber:

Múltiplex MIC:

Múltiplex MIC de segundo orden a 8.448 Kbps (Rec. G.744).

Múltiplex MIC de segundo orden a 6.312 Kbps (Rec. G.746).

La distribución de los ITs del sistema de 8.448 Kbps. Múltiplex digital se divide en:

Múltiplex digital de segundo orden a 8.448 kbps, con justificación positiva (Rec. G.742).

Múltiplex digital de segundo orden a 6.312 kbps, con justificación positiva (Rec. G.743).

Múltiplex digital de segundo orden a 8.448 kbps, con justificación

positiva/nula/negativa (Rec. G.745).

a) Multiplexación digital de segundo orden de señales MIC primarias. (a) Esquema del CEPT. (b) Esquema de AT&T.

b) Entrelazamiento de bits.

Multiplexación digital.

Estructura de la trama del Múltiplex MIC a 8.448 Kbps (1)

(1) En caso de señalización asociada al canal.

(2) El IT0 y los seis primeros bits del IT66 se asignan a la alineación de la trama.

Los dos bits restantes del IT66 están destinados a otros servicios.

Estructura de la trama de Múltiplex Digital a 8.448 Kbps

En principio, la salida de un multiplexor está conformada por un conjunto de canales que transportan la información de los tributarios respectivos, a la misma velocidad de entrada.

El concepto básico del método de bits de justificación implica el uso de canales de salida cuyas velocidades son adrede más altas que las velocidades de entrada. De esta manera los canales de salida pueden transportar toda la información de la entrada más un número variable de bits "nulos" o bits de relleno. Los bits nulos no son parte de la señal de entrada; ellos son insertados de una manera preestablecida para ajustar el tren de datos de entrada a la mayor velocidad de salida. Naturalmente, debe ser posible identificar los bits de relleno con el fin de que el procedimiento de "des-relleno" pueda recuperar el tren de bits original.

El método de los bits de justificación es aplicado a menudo en los múltiplex de mayor nivel cuando los tributarios de menor nivel no están sincronizados entre sí. Al utilizar los bits de justificación, cada canal puede ajustar individualmente la diferencia entre sus velocidades de entrada y salida. Para los tributarios más rápidos, los bits de justificación contendrán

normalmente información de entrada, mientras que los tributarios más lentos usarán a menudo los bits de justificación como relleno.

La Figura siguiente muestra la estructura de la trama del múltiplex digital de segundo orden a 8448 Kbps. Los bits de control de justificación de cada canal (Q) indican cuándo el bit de justificación del canal contiene información de entrada (ausencia de justificación) y cuándo contiene relleno o justificación positiva).

Formato de la trama del múltiplex digital a 8.448 Kbps.

Múltiplex de Orden Superior

Además de los sistemas de primer y segundo orden, las jerarquías digitales poseen sistemas de órdenes superiores que, como se ha mencionado, buscan aprovechar al máximo los diferentes medios de transmisión, transportando un número cada vez mayor de canales telefónicos.

Se tienen dos jerarquías digitales: una basada en el múltiplex de 2048 Kbps (MIC30), y la otra basada en el múltiplex de 1544 Kbps (MIC24).

La UIT-T ha especificado los sistemas de orden superior en las siguientes Recomendaciones:

Rec. G.751 - Múltiplex digitales basados en 8.448 Kbps, con justificación positiva:

Múltiplex digitales de tercer orden a 34.368 Kbps.

Múltiplex digitales de cuarto orden a 139.264 Kbps.

Rec. G.752 - Múltiplex digitales basados en 6.312 Kbps, con justificación positiva:



Múltiplex digitales de cuarto orden a 97.728 Kbps.

Rec. G.753 - Múltiplex digital de tercer orden a 34.368 Kbps, con justificación positiva/nula/positiva.

Rec. G.754 - Múltiplex digital de cuarto orden a 139.264 Kbps, con justificación positiva/nula/positiva.

Además de los anteriores, han sido definidos otros dos:

Múltiplex digital de quinto orden en la jerarquía basada en MIC30, con una velocidad binaria de 565.148 Kbps.

Múltiplex digital de cuarto orden en la jerarquía basada en MIC24, con una velocidad binaria de 274.176 Kbps.

La necesidad de facilitar la interconexión de equipos de estas dos jerarquías ha llevado a plantear una jerarquía de interfuncionamiento

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