TRANSMISION POR HILO
Actividad Conferencia : Sistema Multiplex E1 (Recomendación G- 732 ). Sumario. Introducción. o Sistema multiplex E1. o Estructura de trama. o Estructura de multitrama. o Señales de alineación. o Señales de señalización. o Conclusiones. Ventajas del uso de MIC- MDT. Análisis de ancho de banda de transmisión. o Bibliografía. o o
Hernando Rábanos: ‘Transmisión en Línea’. Monografía Sistemas PDh y SDH. Senia Abad Rodríguez.
I.- Introducción.
Existen dos sistemas MIC –MDT primarios normalizados por la UIT: 1. El sistema sistema E1, E1, normaliza normalizado do por la recomen recomendaci dación ón G- 732, que es el estánda estándarr europeo, europeo, y el que sigue nuestro país, y que define la agrupación de 30 canales de voz + 2 canales de señalización, para un total total de 32 canales que que forman forman la trama E1. E1. 2. El sistema sistema DS1, DS1, estánda estándarr americano, americano, normal normalizad izado o por la Recome Recomendac ndación ión g-733, g-733, y que define define la agrupación de 24 canales de voz y un bit de señalización que conforman la trama T1. T1. Estudiaremos en detalles lo que define la Recomendación G- 732. II.- Sistema multiplex E1.
Como ya se mencionó en esta recomendación se define la agrupación de 32 intervalos de tiempo correspondientes a 30 canales de voz y 2 canales de señalización. La frecuencia de muestreo para los canales de voz ( f f s) es de 8 kHz por por lo que el período período de de muestreo muestreo (1/ f f s) es de 125 µs. En este equipo MIC – MDT la estructura de multiplex utilizada es la de entrelazado de caracteres y cada carácter es denominado intervalo de tiempo, canal o ranura y tuene un tamaño de 8 bits (correspondiente a la codificación MIC). •
Estructura de trama.
Se define como trama E1(todas los conceptos utilizadas en los sistemas de transmisión digital, se define en la Recomendación G- 701 de la UIT denominada: Aspectos generales de los sistemas de transmisión digital. Vocabulario de términos relativos a la transmisión y multiplexación digitales y a la modulación por impulsos codificados), a la estructura conformada por la agrupación de los 32 intervalos de tiempo y que posee la siguiente estructura:
Figura 1: Estructura de la Trama E1.
Se destacan las siguientes características: • Duración de la trama: 125 µ seg, correspondientes al período de muestreo, se muestrea una vez
por canal. • Duración de cada canal : Ts/# de canales = 125 µs/32 = 3,906 25 µs ≈ 3,91 µs, es decir, en un tiempo de 3,91 µs, se envían los 8 bits correspondientes a cada canal. • Duración de bits: Tiempo de canal/ # de bits = 3,91 µs/8 bits = 488 nseg, corespondiente al tiempo asignado para cada bit. Esto equivale a una velocidad de bits de: 10 6 bits
1 bit 0,488 281 25 μs
=
0, 488 281 25 s
=
2,048 Mbits/s
que no es más que la velocidad binaria de un Sistema MIC primario E1. Esta velocidad se obtiene también de otra forma: • • •
La velocidad de una señal MIC de 8 bits es de 64 kbit/seg (8 bits por muestra * 8 Khhz de frecuencia de muestreo ) La velocidad de una señal E1 sería 32 veces esta velocidad, pues son 32 canales de 8 bits cada uno, es decir: 64 kbps * 32 = 2048 kbps = 2.048 Mbps . O lo que es lo mismo 32 canales de 8 bits = 256 bits cada 8 KHz que es 256 bits * 8 Khz = 2.048Mbps
Como ya ha sido dicho, la transmisión de la información de los diferentes canales es realizada por turno; es decir, es enviada primero la información correspondiente a un canal durante un intervalo de tiempo determinado; luego, la de otro canal durante un intervalo de tiempo igual al anterior; y así sucesivamente,
hasta completar el envío de las informaciones correspondientes a todos los canales, y se regresa de nuevo, transcurridos 125 µs a transmitir la nueva información del primer canal. La siguiente figura muestra, en forma descriptiva, la forma en que se realiza un multiplex de este tipo.
Figura 2: Realización de un MDT-MIC.
En la misma, el conmutador de canal, S , muestrea, en primer lugar, el intervalo de tiempo de canal 1; después, el 2; luego, uno tras otro, hasta el último (n); y vuelve a regresar a muestrear el primero; es decir, el conmutador efectúa una revolución completa en (1/ f s) µs. Cuando han transcurrido 125 µs; es decir, cuando han sido muestreados los 30 canales de voz y dos canales extras utilizados para otros propósitos, se ha transmitido una trama Para que el conmutador en el lado de la recepción reconozca cuando está llegando la información de un canal determinado, es necesario que existan señales de alineación de trama con el propósito de lograr la alineación del sistema. En la práctica, no todos los intervalos de tiempo llevarán información, sino que uno o dos intervalos de tiempo de canal se dedican a gestión del sistema, en este caso dos. Por estas razones y por otras que veremos a continuación, realmente la señal MIC –MDT se transmite en otro formato que es el formato de multitrama. •
Estructura de Multitrama.
Se define multitrama como el conjunto de 16 tramas numeradas de la trama 0 a la trama 15. esquemáticamente sería:
Figura 3: Estructura de trama y multitrama.
• Duración de multitrama: 125 µs * 16 tramas = 2 mseg, lo que equivale a una frecuencia de
repetición de 500 Hz. Una vez vistas las estructuras de trama y multitrama, pasemos a analizar las señales de control y veremos la respuesta a la necesidad de un formato de multitrama. III.- Señales de alineación.
Estas señales se establecen con el objetivo de que en el lado de recepción se pueda reconocer cuando está llegando la información de un canal determinado y poder lograr lo que se denomina alineación del sistema o sincronización. •
Alineación de trama:
Siguiendo este principio, el comienzo de cada trama debe marcarse de modo que se pueda identificar correctamente las ranuras correspondientes a cada canal. La señal de alineación o sincronismos de trama se inserta en la ranura 0 de cada trama. Realmente no es necesario transmitir en cada trama esta señal de alineación, sino que basta con transmitirla cada 2 tramas, se transmitirá en las tramas impares, no así en las pares donde se podrán transmitir otras señales de control como por ejemplo señales de supervisión. Veamos la estructura de trama con su señal de sincronización:
Figura 4: Señal de alineación de trama .
Donde: • y: bits reservado para uso internacional se puede transmitir un 0 o un 1, según convenga. • x: bits reservado para uso nacional (cada país decide que poner). • Z: bit de alarma de trama, normalmente en “0”, cuando existe problemas de sincronismo de trama, este bit se pone en “1” , para que el receptor tome las medidas correspondientes. Para considerar como perdida la alineación de trama, la UIT-T estipula que deben haberse recibido con error tres o cuatro señales consecutivas de alineación de trama. En la Recomendación G- 704 (Estructuras de trama síncrona utilizadas en los niveles jerárquicos 1544, 6312, 2048, 8448 y 44 736 kbit/s) se explica en detalles la asignación de los bits en la ranura 0 de cada trama, sus valores y posibles usos. •
Alineación de multitrama:
Por razones similares al uso de la alineación de trama, es necesaria la alineación de multitrama, es decir, para la identificación. Es necesario poder establecer el inicio de cada multitrama para poder identificar el comienzo de cada trama dentro de la multitrama. La señal de alineación de multitrama se coloca en la ranura 16 de la trama 0 de la multitrama y tiene la siguiente estructura:
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¿ Cómo se realiza la distribución de la señalización para cada uno de los canales de voz dentro de la multitrama y las tramas? •
Canales del 1 al 15: pasan su señalización por los 4 primeros bits de la ranura 16 de la trama correspondiente al # de canal.
Así por ejemplo, el canal 10 pasa su señalización de canal en los primeros 4 bits de la ranura 16 de la trama #10. •
Canales del 16 al 30: pasan su señalización por los 4 segundos bits de la ranura 16 de la trama correspondiente a [# de canal - 15].
Así por ejemplo, el canal 25 pasa su señalización de canal por los segundos 4 bits de la ranura 16 de la trama # [25 – 15 ] = 10, es decir, de la trama 10. El esquema general sería:
Figura 6: Señalización por canal asociado .
La estructura general de trama y multitrama para los ejemplos sería:
Multitrama Trama 0
0
10
16
Trama 10
26
Información del Canal 10
Información de Supervisión (Trama par)
31
0
Información del Canal 25
Alineación de Multitrama
10
16
Trama 15
26
31
Información del Canal 10
Información de Supervisión (Trama par)
0
Información del Canal 25
1
2
3
Señalización Canal 10
4
5
6
7
Señalización Canal 25
Como se puede apreciar, en el esquema de señalización por canal asociado, cada canal de señalización (ranuras 16 de las tramas de la 1 a la 15), pertenece a un canal de voz, y si éste está inactivo o estando activo no requiere señalización, este canal de señalización no puede ser utilizado por otro canal de voz para señalizar, ni puede ser utilizado para enviar por él otro tipo de información. Por esta razón surge la señalización por canal común. 2. Señalización por canal común (CCS). Sin entrar mucho en detalles, pues este tipo de señalización se estudiará profundamente en la asignatura de Telefonía, la esencia de este tipo de señalización es utilizar un solo canal de señalización de 64 kbits/s para transmitir por esa única vía o canal común, la información se señalización relativa a todos los canales activos.
La idea es que el canal activo que desea enviar la señalización “capture” el canal de señalización y lo utilice. Este esquema se basa en que la información de señalización de los canales no cambia tan rápido, y en un tiempo de 2 mseg, tiempo que dura una multitrama, sobra tiempo para que un canal de voz vuelva a tener acceso a este canal común sin que se pierda alguna condición de señalización. Este tipo de señalización es un sistema de señalización muy potente, ya que permite 28 = 256 condiciones diferentes de señalización en cada trama, realmente es un sistema de señalización por mensajes y no por señales. En el intervalo de tiempo de canal 16, soporte del canal común, un mensaje se presenta como un conjunto de octetos situados en varias tramas consecutivas. Un número de estas tramas consecutivas constituyen para el canal común una multitrama, cuyo alineamiento se efectúa en el interior del propio canal 16. El canal común debe permanecer independiente de los otros canales, lo que permite conmutarlo como si fuera un canal de voz normal, esto permite crear una red de señalización completamente independiente de la que cursa tráfico útil de los abonados a los que le da servicio dicha red telefónica. Como dato interesante, se puede mencionar que por las potencialidades que presenta este sistema, hace ya algunos años, a nuestro país le estaba prohibido su uso, de acuerdo con las leyes del Bloqueo de los Estados Unidos de Norteamérica. V.- Conclusiones.
A modo de resumen de la conferencia se presentan en la siguiente tabla las principales características del sistema Multiplex E1:
Característica Frecuencia de muestreo Número de muestras por segundo Número de bits por muestra de canal Velocidad de bit en el canal Número de canales por tramas Número de bits por trama Velocidad de bit en la trama Duración de una trama Duración de un canal Duración de un bit Número de tramas en una Multitrama Duración de una multitrama
Sistema E1 de 32 canales 8 KHz 8000 muestras 8 bit 8 KHz * 8 bit = 64 Kbit/seg. 32 canales 256 bits (32 * 8 bits) 256 bits * 8 KHz = 2,048 Mbit/seg. 125 µseg. 3,91 µseg. 488 nseg. 16 tramas 2 mseg
Para finalizar resumamos las principales ventajas de orden práctico de la utilización de los sistemas MIC – MDT en los sistemas de transmisión:
•
La longitud de la trayectoria de transmisión y el número de estaciones repetidoras tienen un pequeño efecto en la calidad de la señal recibida. El único ruido que se nota es el de cuantificación. La fidelidad de la transmisión de señales analógicas, después de la codificación y decodificación, no es, por lo tanto, virtualmente afectada por la trayectoria de transmisión.
•
Es más adecuada para la transmisión de señales que ya son digitales desde su origen, por ejemplo: datos, facsímil, video, señales de computadoras, etcétera.
• No son necesarias tantas exigencias por parte de los cables utilizados para la transmisión. •
Permite que el principio de Multiplex por División en Tiempo sea aplicado en una forma muy simple y económica a los enlaces de transmisión telefónica y a los dispositivos de conmutación para gran cantidad de canales telefónicos. Además, los equipos de multiplex digitales son más baratos y simples que los necesarios en los sistemas de multiplex analógicos.
•
Forman la base de las jerarquía superiores de transmisión, PDH y SDH.
•
El costo por canal telefónico se abarata y multiplica la utilización de las líneas dentro de las ciudades.
•
Permite la utilización de repetidores regenerativos, con las ventajas que esto trae aparejado. El patrón de pulsos digitales puede ser regenerado tanto en las estaciones repetidoras como en las estaciones terminales. Si el espaciamiento entre estas estaciones es tal que el patrón de pulsos recibido pueda ser regenerado antes de que, a causa de la atenuación y de otras señales interferentes, la señal haya llegado a ser tan atenuada y distorsionada que se haga
imposible la identificación correcta del patrón de pulsos transmitidos, el patrón de pulsos recibido será reconformado y transmitido en forma idéntica al original. •
Permite la combinación de diferentes tipos de señales en un solo multiplex, tales como: voz, música, datos, fax, televisión, etcétera.
•
El ruido que se le adiciona a esta señal en la trayectoria de transmisión puede introducir cierto error; sin embargo, con un cuidadoso diseño del enlace, la probabilidad de error puede ser mantenida en valores muy bajos, en valores menores que 10-6. Por consiguiente, procurando que el nivel de señal sea lo suficientemente alto, los pulsos serán transmitidos con un despreciable número de errores.
Sin embargo, como sucede en la vida real, siempre hay que pagar un costo; o sea, aquí también se debe hablar de que existe un costo / beneficio. El costo que hay que pagar es que aumenta el ancho de banda de transmisión, además de la presencia del ruido o distorsión de cuantificación (la cuantificación es un proceso irreversible) y que requiere de una excelente sincronización. Analicemos a continuación el tema del ancho de banda: Comencemos el análisis por la señal MIC de 8 bits: Del Criterio de Nyquist se tiene que f s ≥ 2 B (muestras por segundo) donde f s es la frecuencia de muestreo, y B
es el ancho de banda de la señal analógica de entrada (aproximadamente igual a la máxima frecuencia de importancia en la señal).
Pero, debido a la codificación, cada muestra está representada por α pulsos, por lo que ahora habrán α f s pulsos por segundos. Por lo tanto, se tiene que el tiempo de duración de un pulso cualquiera es: T p = 1/α f s = T s/α Teniendo en cuenta que para una identificación o reconocimiento apropiado de los pulsos a la salida del sistema, basta con transmitir la mitad del lóbulo central del espectro, y para ello es necesario que se cumpla que 1 1 B t = 2 T p donde T p es la duración de los pulsos a la salida del sistema, y Bt es el ancho de banda de transmisión necesario.
Entonces, tendremos que mediante las expresiones anteriores se llega a que, para la señal MIC, el ancho de banda de transmisión para un canal viene dado por Bt =
1
1
2 1/α f s
=
1 2
f =
α s
1 2
α
2 B , realmente Bt ≥
B
α
y como α = logn M
donde n : # de códigos para representar las muestras M: Número de niveles de cuantificación se obtiene Bt ≥ B logn M Para el caso que interesa; o sea, la MIC binaria con α = 8: Bt ≥ 8 B Por lo que, considerando la igualdad y mediante un simple cálculo matemático, se llega a que el mínimo ancho de banda de transmisión de un canal de voz (con un ancho de banda de 4 kHz) es Bt = 8(4 kHz) Bt = 32 kHz Como se puede ver, el ancho de banda necesario para transmitir un canal telefónico ha aumentado de aproximadamente 4 kHz a 32 kHz, esto es precisamente lo que se paga por convertir un canal analógico de voz a digital, a cambio, claro está, de las múltiples ventajas que proporciona la transmisión digital. Es muy sencillo demostrar, que para el Sistema E1, donde existen en total 32 intervalos de tiempo de canal, el ancho de banda de transmisión necesario está dado por una expresión similar a la anterior , solo que multiplicada ahora por el número de canales; es decir, Bt = α B * # de canales Bt = 8(4 kHz)32 = 1 024 kHz.
