EMENTA Transmissão Digital Síncrona. Hierarquia plesiócrona. Justificação. Memórias elásticas. O modo de transporte síncrono STM.

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1 EMENTA Transmissão Digital Síncrona. Hierarquia plesiócrona. Justificação. Memórias elásticas. O modo de transporte síncrono STM. Estrutura do multiplex síncrono. Conceito de camadas e custo administrativo (overhead). SOH e POH. Ponteiros e sincronização. Estruturas de quadro do STM. Containers, VC's, unidades tributárias TU, grupos de unidades tributárias TUG's, unidades administrativas AU's. Características e vantagens da multiplexação síncrona. Padronização. SDH SONET. A interface de nó na rede NNI. Organização do quadro STM-n. Estrutura: formação de tributários, procedimentos de mux, containers de baixa e alta ordem, mapeamento dos tributários (modo flutuante) e células ATM. Aplicação de SDH em Rádio digital. Classificação dos multiplex SDH: básicos, deriva-e-inserção (add-and-drop), mux de interconexão etc. Estrutura funcional da mux SDH. Sistema de supervisão de camadas. Equipamento SDH: análise de blocos funcionais. Analisadores de rede.

2 MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (MUX DIGITAL) Devido ao Teorema da amostragem (Shannon-Nyquist), sabe-se que não é necessária a transmissão completa de um sinal banda limitada. Apenas amostras colhidas de acordo com a freqüência de Nyquist fs são suficientes para transmitir toda a informação. Desta forma, uma amosta é transmitida e somente apenas Ts=1/fs seg é necessário colher uma nova amostra. Se as amostras são estreitas (tempo de retenção pequeno), nenhuma informação é transmitida na maior parte do tempo. O que fazer com estes intervalos vagos entre duas amostras consecutivas de um mesmo sinal?

3 No caso de sinais de voz, Ts=125 µs e para o senso de humanos poderia ser algo muito pequeno, porém constitui um tempo que corresponde mais ou menos a uma eternidade e meia, em Comunicações e Eletrônica!. MUX DIGITAL (TDM) Contribuições: Em 1874, o francês J.M. Émile Baudot inventou o sistema MULTIPLEXOR. Em 1920, G. Valensi desenvolvia a primeira sugestão de mux digital para canais telefônicos Em 1945, E.M. Deloraine, ITT-Paris, reinventava definitivamente a multiplexação digital. Vide também W.R. Bennett (Bell Labs)

4 MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO (MUX DIGITAL)

5 CANAL 1 tempo "morto" UADRO CANAL 2 CANAL 3 Ts

6 CANAL 2 CANAL 3 CANAL 1... UADRO Ts Figura- Multiplexação por divisão no tempo: TDM (mux digital). Os sinais de entrada são seqüencialmente amostrados por uma chave eletrônica rotatória (dita Comutador). A chave completa uma revolução a cada Ts1/2f m seg, extraindo a amostra de cada canal.

7 Se N canais são MUX, o espaçamento enre pulsos de canais adjacentes (intervalo de tempo-- time slot) é de Ts/N. Um conjunto de pulsos contendo uma amostra de cada canal é denominado de um uadro. canal #1 canal #1 canal #2 comutador decomutador canal #2 : : canal #N : : Meio de TX chaves sincronizadas : : : : canal #N Figura- Sistema TDM/PAM com N canais multiplexados.

8 No receptor, a distribuição das amostras pelo "decomutador" deve ser feita de forma que os pulsos relativos as amostras sejam remetidos aos destinatários apropriados. O problema de sincronismo é crítico em TDM! uando o # de sinais multiplexados é muito grande, τ<<ts., As amostras estreitas não fornecem muita potência para o sinal recuperado.

9 Este problema é contornado com o uso de circuitos de retenção. CANAL 2 CANAL 3 CANAL UADRO Ts CANAL 1 Figura- Composição do sinal mux TDM e retenção das amostras no demux.

10 O capacitor retém o valor da amostra até ser colhida uma nova amostra, aumentando a largura dos pulsos de τ para Ts. Possível implementação do comutador e decomutador: Empregam-se dois registros a deslocamento com N flipflops, sendo N o nº de canais multiplexados.

11 CANAL #1 PORTAS PORTAS LPF CANAL #1 #2 LPF #2 #3 LPF #3 #N LPF #N c c k c k c k k registrador a deslocamento relógio Ck c c c k k c k k registrador a deslocamento relógio Ck

12 s i n a i s E/S relógio Comutador C B A ck A B C up contador incremental V cc strobe c l clear +V cc strobe clear c l De comutador C B A A B C up contado r incremental MUX com CIs: TDM de 8 canais com Analog Multiplexer 4051 (ou 4666). ck E/S s i n a i s

13 MULTIPLEXAÇÃO DE DADOS SÍNCRONOS A MUX TDM para dados síncronos, que adota uma taxa de sinalização padronizada de 64 kbits/s, de acordo com o CCITT. A idéia central consiste na geração de envelopes de 8 bits constituidos por 6 bits de dados com a adição de 1 (um) bit de sincronismo de quadro e 1 (um) bit de status, identificação e controle do envelope. Isto resulta num aumento de 33% na taxa, devido a sinalização. bit SYNC bit status Envelope de 8 bits MUX DE DADOS Figura- Envelope de dados.

14 Sendo a taxa 64 kbps resultante dos sinais de dados já multiplexados com a adição da sinalização, a capacidade de tais multiplex é mostrada na tabela abaixo. A mux digital de dados síncronos é realizada por intervalamento de envelopes. É necessário usar memória rígida intermediária (Memória Rígida). taxa bináriasinal entrante (kbps) taxa binária após envelopes (kbps) 9,6 12,8 5 4,8 6,4 10 2,4 3,2 20 0,6 0,8 80 # máx. de canais mux

15 A mux de dados síncronos-- combinação de canais tributários (dados síncronos) a diferentes taxas. A canal a 9,6 kbps 01 envelope cada 5 B canal a 4,8 kbps 01 envelope cada 10 C canal a 2,4 kbps 01 envelope cada 20 D canal a 0,6 kbps 01 envelope cada 80. 9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps 0,6 kbps MUX DADOS SINC. 64 kbps O # de canais mux numa linha de 64 kbps: A 12,8 + B 6,4 + C 3,2 + D 0,8 = 64.

16 COMPARAÇÃO ENTRE MULTIPLEX TDM x FDM. f TDM vs FDM f N... N t Figura- Multiplex TDM e FDM no plano tempo freqüência. t Se N sinais são multiplexados (TDM ou FDM), a banda passante necessária à transmissão é N vezes maior que aquela para um único sinal.

17 HIERARUIA MUX DIGITAL (PDH & SDH) A configuração básica envolve 24/30 canais de voz mux em TDM/PCM, tipicamente usado nos troncos entre centrais locais. Dados digitais podem também ser usados. A distância de transmissão é de 15 km a 75 km, com o uso de repetidores regenerativos a cada 3 km. 1 LPF 24 : : LPF : : : Amostrador 8 khz 128 níveis uantizador Controle do sincronismo 7 bits/amostra Codificador Binário Σ sinal T kbps Figura- Diagrama básico do Mux TDM (antigo sistema americano, Bell Labs).

18 Taxa= 24 x 64 kbps + 1 x 8 kbps= kb/s Precisão do Relógio: ±50 ppm = ± , = 77,2 Hz Se o número de níveis empregado é de =2n, a largura dos pulsos PCM (bits) é reduzida por um fator n com relação à largura dos pulsos PAM correspondentes. HIERARUIA MUX DIGITAL (PDH) O Sistema MUX digital em banda básica no 1º nível da Hierarquia existe em duas "versões": A primeira, com 30 (24) canais analógicos e saída mux em 2,048 Mbps (1,544 Mbps) e a segunda com entrada de 30 (24) canais digitais de 64 kbps e saída em 2,048 Mbps (1,544 Mbps).

19 Na hierarquia digital é possível a multiplexação TDM na qual os sinais de entrada são sinais digitais previamente multiplexados. Neste caso, os sinais entrantes são referidos como tributários, contendo cada um deles um certo número de canais previamente TDMed. A especificação de algumas características da mux PDH no vários níveis é mostrada abaixo. Mux digital Sistema Plesiócrono. Sistema (nível) veloc. nominal faixa de variação (cf CCITT) DS0 64 kbps 64 kbps ± 60 ppm DS1 2 Mbps kbps ± 50 ppm DS2 8 Mbps kbps ± 30 ppm DS3 34 Mbps kbps ± 20 ppm DS4 140 Mbps kbps ± 15 ppm

20 NÚMERO DE CANAIS MUX ORDEM HIERARUIA Nº DE CANAIS 1ª DS0 Européia Americana ª DS1 Européia Americana 4 x 30 =120 4 x 24 = 96 3ª DS2 Européia Americana 4 x 120 = x 96 = 672 4ª DS3 Européia Americana 4 x 480 = x 672 = ª DS4 Européia 4 x = 7.680

21 PDH ORDEM BRASIL/EUROPA AMERICAN A MEIO DE TX (+FO) ESPAÇA- MENTO 1ª DS kbits/s kbits/s cabos de pares 4 km PCM 30 (1.920 kbps) (1.536 kbps) Rádio Digital 12 GHz 20 km 2ª DS kbits/s kbits/s cabos de pares microcoaxial 4 km 4 km PCM 120 (8.192 kbps) (6.176 kbps) Rádio Digital 12 GHz 20 km 3ª DS kbits/s kbits/s microcoaxial coaxial fino 2 km 4 km PCM 480 ( kbps) ( kbps) Rádio Digital 12 GHz 20 km 4ª DS kbits/s kbps coaxial fino coaxial 2 km 4 km PCM 1920 ( kbps) ( kbps) Rádio Digital >18 GHz

22 central local Terminal de linha Terminal de linha central de trânsito L PCM 30 2 Mb/s TL TL 2 Mb/s CPA central de trânsito 4 troncos de CPA T 1º 2º 3º nível CPA PCM 120 PCM 480 ELO 34 2 Mb/s 8 Mb/s 34 Mb/s Fibra óptica central de trânsito ELO 34 PCM 480 PCM 120 CPA

23 RESUMO MUX DIGITAL PDH (TDM/PCM) HIERARUIA CCITT, adotada no Brasil ordem N. canais taxa de transmissão ,048 Mb/s ,448 Mb/s ,368 Mb/s ,264 Mb/s O primeiro nível do sistema PDH, o PCM 30, realiza a multiplexação síncrona de 32 canais, dos quais 30 são de voz, enquanto que dois canais são usados para a sinalização e controle de sincronismo. Cada quadro contém 32 janelas, cada com 8 bits (1 byte). O sincronismo considera além dos quadros, um multiquadro contendo 16 quadros.

24 PADRÃO CCITT MUX DIGITAL (TDM/PCM) 32 CANAIS (30 CANAIS) JANELA (CONTÉM 8 bits) tbit=648 ns J0 J1 J2 J3... J30 J31 UADRO (CONTÉM 32 JANELAS) tjanela=3,91 µs MULTIUADRO (CONTÉM 16 UADROS) tquadro= 125 µs tmultiq= 2,0 ms Figura- PCM Highways- Hierarquia mux digital PCM 30 (CCITT).

25 Os sincronismos de quadro e multiquadro são implementados através de palavras de sincronismo" fixas e previamente estabelecidas, a FAW e MFAW. A entrada do multiplex consiste em 30 canais de voz, amostrados a uma taxa de amostras/s, comprimidas segundo a lei A e codificadas 1 byte/amostra. As palavras resultantes são seqüenciadas e alocadas em 30 das 32 janelas existentes num quadro. As duas janelas restantes são empregadas para sincronismo e sinalização (Janelas J0 e J16).

26 PERDA E RECUPERAÇÃO DE SINCRONISMO A perda de sincronismo de quadro no 1º nível da Hierarquia mux digital Plesiócrona (TDM / PCM- PDH CCITT) é identificada após a recepção de 3 palavras de sincronismo incorretas. Isto desencadeia o processo de resincronização e ativa o alarme de perda de sincronismo. Abaixo, um circuito para reconhecimento de sincronismo de quadro.

27 seq. i/p binária seq. o/p binária D D D D D D D C k C k C k C k C k C k C k ck relógio porta AND detector de FAW Figura- Circuito para reconhecimento da FAW. No que diz respeito ao reestabelecimento de sincronismo, o mesmo só é admitido restaurado quando recebidas duas palavras de sincronismo de quadro corretas e consecutivas. Já a perda de sincronismo de multiquadro é identificada após a recepção de 2 palavras.