CONCEITO DE MULTIPLEXADOR:

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1 Págna MULTIPLEXAÇÃO Multplexar é envar um certo número de canas através do mesmo meo de transmssão Os dos tpos mas utlzados são: multplexação por dvsão de freqüêncas (FDM) e multplexação por dvsão de tempo (TDM) O objetvo básco para a utlzação desta técnca é economa, pos utlzando o mesmo meo de transmssão para dversos canas economza-se em lnhas, suporte, manutenção, nstalação, etc CONCEITO DE MULTIPLEXADOR: O problema em uma transmssão multplexada é evtar a nterferênca entre os város canas que se está transmtndo Cada técnca que será analsada a segur utlza uma método dferente para não dexar essa nterferênca ocorrer FDM Frequency Dvson Multplexng Em FDM, o espectro de freqüêncas é dvddo em város canas lógcos, com cada usuáro possundo sua largura de banda própra Dessa forma, cada canal analógco é modulado em freqüêncas dferentes entre s, evtando a nterferênca A fgura a segur mostra uma multplexação de 3 canas de telefone (faxa de freqüênca orgnal de 0 a 4KHz) sendo multplexados entre 2KHz e 24KHz Nota-se que cada canal contnua com um espaço equvalente à sua largura de banda orgnal (4KHz), porém, deslocado em freqüênca no espectro A recuperação do snal é semelhante, com o demultplexador deslocando o snal para a faxa de freqüênca orgnal Consdera-se que a largura de banda destnada a uma lgação telefônca é de 4 KHz, como já fo menconado anterormente Em um sstema de telefona, a comuncação de voz faz um trajeto desconhecdo pela maora das pessoas, passando por dversos tpos de meo físco, como par de fos, fbra ótca, comuncação va mcroondas, sofrendo sucessvas multplexações e reconsttuções do snal, sendo dgtalzado e recuperado novamente, algumas vezes ndo até o satélte a Km de alttude e retornando para outro ponto na terra, e assm por dante Além dsto, não é apenas um ou dos usuáros que estão envolvdos nesta comuncação, na verdade exstem mlhares de

2 Págna 2 pessoas se comuncando smultaneamente, levando à necessdade de exstr uma estrutura que suporte sto A 0 4 f(khz) A A mux 0 4 f(khz) f(khz) A 0 4 f(khz) Para tornar realdade essa nterconectvdade, fo necessáro o uso extensvo da multplexação dos canas de voz No prmero nível de multplexação FDM, 2 canas de voz são multplexados, formando o chamado canal de Grupo Cnco canas de Grupo, por sua vez, são multplexados em um canal de Supergrupo, que contém 60 canas de voz No tercero nível, cnco canas de Supergrupo são multplexados em um canal de Grupo Mestre, que carrega 300 canas de voz, e em seguda o Super Grupo Mestre, com 900 canas (ITU-T) A tabela a segur apresenta os detalhes Nível de Multplexação Denomnação do canal agregado Freqüêncas lmtes do canal [khz] Banda do Canal [khz] 0 Canal de Voz Canal de Grupo Canal Supergrupo Canal Grupomestre Super Grupo mestre Número de canas de voz Sstema Multplex FDM de Telefona 2 Canas de Voz com Canas de Grupo B= 48kHz 5 Canas de Supergrupo B = 240 khz B=4kHz Canal de Grupomestre B = 232 khz 2 Nível 0 ou Canal de Voz Nível ou Grupo Nível 2 ou Supergrupo Nïvel 3 ou Grupomestre

3 Págna 3 Submultplexação do Canal de Voz O canal de voz também pode ser submultplexado em canas de telex ou telegrafa com bandas menores, como é mostrado na fgura Neste exemplo foram multplexados 30 canas de 80Hz, dos 50 canas teórcos possíves /ROC 99/ Canas khz 0,2 0,4 0,6 0,8 k,2,4,6,8 2k 2,2 2,4 2,6 2,8 3k 3,2 3,4 3,6 3,8 4k 2 Técncas especas de multplexação Exstem anda duas técncas especas de multplexação FDM, conhecdas por WDM e ECM, descrtas a segur /ROC 99/ WDM (Wavelenght Dvson Multplex): é a técnca utlzada prncpalmente em comuncações ótcas, em que os canas lógcos são caracterzados por um dado comprmento de onda da luz ECM (Echo Cancellng Multplex): é atualmente empregada na mplementação dos dos canas de dados em um sstema full-duplex operando em uma lnha de acesso de assnante telefônco Neste caso o snal é transmtdo na mesma banda pelas duas pontas do enlace e em cada um é retrado o snal de transmssão (eco), a fm de obter o snal de recepção Feto normalmente através de DSPs (Dgtal Sgnal Processors) Outra forma de utlzação é para fazer teleconferêncas em PABX dgtas Nesse caso, todos os canas de voz são msturados, e um determnado receptor joga para o canal do ouvdo do usuáro todos os snas subtraídos do snal dele mesmo 2 TDM Tme Dvson Multplexng Na multplexação por dvsão de tempo, são amostrados cclcamente os dversos canas trbutáros e em cada amostragem é recolhda uma fata de snal (fata de tempo), que é utlzada na montagem de um quadro agregado, que corresponde às amostragens de todos trbutáros durante um cclo de amostragem Na fgura é lustrado o processo MUX/DEMUX de um sstema multplexador TDM

4 Págna 4 Canas Trbutáros com taxa fxa Tt Canal Agregado com taxa Ta Quadro do Agregado Processo de Multplexação Fata de Tempo Processo Demultplexação Retorno fm do cclo Sequênca de Amostragem Cabeçalho Informação Sequênca de Remontagem Retorno fm do cclo Um ponto mportante a ser observado é que a velocdade necessára na lnha (Ta) deve ser, no mínmo, gual à soma das velocdades de todos os canas de entrada (Tt), pos de outra forma não havera tempo para amostrar e transmtr os snas de todos os canas 2 Multplexação síncrona no tempo As prncpas característcas da multplexação TDM síncrona são as seguntes /ROC 99/ Sstema é totalmente síncrono e as taxas, tanto dos canas trbutáros como do canal agregado, são constantes e fxas Num sstema TDM, a soma das taxas dos trbutáros deve ser gual à taxa do canal agregado: T = T a t Sstemas TDM são mplementados em hardware, através de equpamentos específcos TDM é largamente utlzado no suporte telefônco onde a base são os canas dgtas de voz de taxa fxa Nos multplexadores TDM síncronos, é envado um snal (pode ser bt ou byte) de cada canal, ndependente se este canal está atvo ou não A fgura a segur mostra um exemplo de transmssão para n canas A flag envada no níco de cada quadro possu o objetvo de sncronzar os dos multplexadores Janela ou Slot Flag n flag 2 Quadro ou Frame Neste tpo de multplexador, exste um desperdíco na transmssão de dados, pos é alocado uma janela ou slot para o canal ndependente se este canal está transmtndo dados ou não

5 Págna 5 Um exemplo prátco é o da multplexação TDM de canas de voz dgtas no Brasl (Sstema PCM*30 da Telebrás), vsto na fgura a segur Característcas: Cada canal é amostrado 8000 vezes/s, gerando cada vez uma fata de tempo consttuída de 8 bts ( 8000/s x 8 bt = 64 kbt/s ) Canal de Voz dgtal: Fatas de Tempo de 8 bts (octeto) repetdos de 25 em 8 25 µs Taxa 64kbt / s = = fatas de tempo (Slot tmes) são agregadas em um quadro consttuído de 32 x 8 bts = 256 bts com duração de 25µs (/8000) A comutação de fatas de tempo dentro do quadro é feta segundo uma matrz de comutação do tpo 32 x 32 Nota: O snal de voz no Brasl anda chega sob forma analógca na central e através do CODEC (codfcador /decodfcador, é transformado em snal dgtal de 64 kbt/s 22 Multplexação assíncrona no tempo Um outro tpo de multplexador TDM, utlzado para resolver o problema do desperdíco, é chamado multplexador estatístco ou ATDM (Asynchronous TDM), que enva prmero o endereço do canal relatvo à nformação, para então envar o dado Isso otmza o processo de multplexação recolhendo nas portas trbutáras os pacotes de dados de acordo com a sua demanda ou taxa Portas natvas não ocupam espaço no quadro agregado É necessáro que os pacotes contenham um cabeçalho para que possa ser dstngudo a que porta se destna o pacote A fgura a segur lustra sso

6 Págna 6 Característcas da multplexação assíncrona /ROC 99/: É satsfeta a segunte relação entre as taxas dos trbutáros e a taxa do agregado n T < T onde Ta: Taxa do Agregado e Tt é a taxa dos trbutáros a = t As portas trbutáras devem ter buffers adequados para atender pcos de demanda dos canas para que não haja perda de pacotes É atualmente a tecnologa mas avançada na otmzação dos meos de comuncação MUX ATDM Porta de Agregado Síncrona (Ex: Porta WAN tpo E) Portas trbutáras assíncronas (Ex: LANs ) Pacote de Dados ou Células ATM O multplexador estatístco é bastante utlzado para multplexar a comuncação de város termnas com um computador central Normalmente, quando exstem város termnas de usuáros, nem todos estão atvos smultaneamente, e quando estão, tem váras pessoas trabalhando com edção de texto ou processos que não exgem tanto do meo de transmssão Dessa forma, é possível utlzar uma lnha únca que não necessta de uma velocdade gual à soma das velocdades dos termnas, barateando custos de transmssão Além dsso, é usado em swtches ATM e roteadores de pacotes tpo X25 Entretanto, caso todos os termnas envem dados smultaneamente, o multplexador estatístco enfrenta problemas, pos a velocdade que sera necessára para suportar tal demanda sera maor que a soma das velocdades de cada termnal (pos agora exste a necessdade de envar também um endereço) Para evtar perda de dados devdo a esse problema (já que a velocdade da lnha é nferor à soma das velocdades dos termnas), ele possu um buffer que armazena nformações em excesso, para depos envá-las conforme a lnha for descongestonando

7 Págna 7 3 Comparação entre FDM e TDM FDM Multplexação por Dvsão de Freqüênca Hz TDM Multplexação por Dvsão de Tempo Hz tempo de resguardo Canal lógco Canal lógco 2 banda de resguardo Canal lógco 3 Canal lógco 4 Canal lógco 5 bt/s bt/s 3 Característcas da técnca de multplexação FDM É a técnca de multplexação mas antga; É própra para multplexação de snas analógco; Canal lógco multplexado é caracterzado por uma banda B assocada que deve ser menor que a banda do meo; É pouco efcente (exge muta banda de resguardo); Exge hardware (fltros) própros para cada canal lógco; É caro e de dfícl mplementação 32 Característcas da técnca de multplexação TDM Técnca própra para multplexação de snas dgtas; Os canas lógcos multplexados são caracterzados por uma taxa medda em bt/s, cuja soma deve ser gual à taxa máxma do meo (canal agregado); É efcente, exge pouco ou nenhum tempo de resguardo; pode ser mplementado por software ou hardware; É smples e de fácl mplementação 33 Canas Lógcos e Multplexação O canal lógco possu uma mplementação físca real no nível físco, não deve ser confunddo com o conceto de crcuto vrtual ou canal vrtual do nível de rede O canal lógco é uma entdade físca que possu uma caracterzação através das técncas de multplexação tanto em FDM como TDM Pode-se dstngur dos tpos de canas lógcos /ROC 99/: Canas analógcos: assocados à multplexação analógca FDM, sendo caracterzados através de uma determnada largura de banda B, medda em Hz Exemplos: canal de voz telefônco (B = 4 khz nomnal (útl 3, khz)), canal de rádo (B = 0 khz (típco)), canal de televsão (B = 6 MHz); Canas dgtas: assocados à multplexação dgtal TDM, sendo caracterzados através de uma determnada taxa, medda em bt/s Exemplos: canal dgtal de

8 Págna 8 voz (taxa: 64 kbt/s), canal E (MUX o nível - taxa: 2,048 Mbt/s), canal E3 (MUX 3 o nível - taxa: 34 Mbt/s) O multplexador representado na fgura a segur realza tanto as funções de multplexação como demultplexação, ou seja, é duplex, obedecendo às relações ndcadas CL Canas Lógcos ou Trbutáros TDM : a cada CL esta assocado uma taxa TL FDM : a cada CL está assocado a uma banda BL Função MUX e DEMUX As seguntes relações devem ser obedecdas em multplexadores: CA Canal Agregado ou Prncpal TDM : a cada CA esta assocado uma taxa TA FDM : a cada CA está assocado a uma banda BA TDM T A TL FDM B < A B L 4 Sstema PCM30 E (G732 ITU-T) OBS: texto extraído de /MOE 95/ Esse sstema é utlzado na Europa, Amérca do Sul e na maora dos enlaces nternaconas Conhecdo também como CEPT ou 2M ou E No PCM30, é possível transmtr smultaneamente 30 canas de voz, amostrados a 8KHz, utlzando a le A em 3 segmentos na compansão do snal e 8 bts para codfcação das palavras PCM Os canas de voz são combnados através da ntercalação de palavras, formando um quadro de 30 palavras para os canas de voz e mas duas palavras de 8 bts (tme slot 0 e 6) para as funções de alnhamento e snalzação, de forma que o quadro fca com 256 bts, resultando numa taxa de transmssão global de 2048Kbps, como mostra a fgura Tme slot 0 Tme slot Tme slot 5 Tme slot 6 Tme slot 7 Tme slot 3 Canal de alnhamento e alarme Canal de voz --- Canal de voz 5 25 µs Canal de snalzação Canal de voz 6 Canal de voz 30 3,9 µs bo b b2 b3 b4 b5 b6 b7

9 Págna 9 A estrutura de multquadro é um conjunto de 6 quadros numerados de Q0 a Q5, dentro do qual pode-se observar as seguntes característcas (mostradas na tabela a segur): A palavra de alnhamento de quadro (PAQ=000) são os bts b a b7 do tme slot 0 dos quadros pares (Q0, Q2, Q4, ) A palavra de alnhamento do multquadro (PAMQ=0000) são os bts b0, b, b2 e b3 do tme slot 6 do quadro Q0 O alarme de perda de alnhamento do multquadro é o b5 do tme slot 6 do quadro Q0 A palavra de servço é formada pelos bts b a b7 do tme slot 0 dos quadros ímpares Q, Q3, Q5 O bt b da palavra de servço é fxado em para evtar a smulação da PAQ O bt b2 é utlzado para ndcar alarme urgente, onde ndca a presença de um dos seguntes alarmes: falha na fonte, falha no CODEC, perda de alnhamento do quadro, perda do snal de entrada de 2048Kbps, erro do snal de alnhamento de quadro superor a 0-3 O bt b0 do tme slot 0, assnalado com R, é reservado para uso nternaconal, enquanto que os bts assnalados com X são reservados para uso naconal A snalzação de lnha é transmtda nos 8 bts do tme slot 6 dos quadros Q a Q5 O sgnfcado dos bts muda conforme o número do quadro, sendo que no quadro Q, os bts b0 b b2 b3 correspondem à snalzação de lnha do canal telefônco e os bts b4 b5 b6 b7 correspondem ao canal telefônco +5 Uso dos bts dos tme slots 0 Uso dos bts dos tme slots 6 Tme slots -5 e 7-3 Quadro Palavra de alnh quadro Palavra de servço Canal de snalzação de lnha b0bb2b3b4b5b6b7 b0bb2b3b4b5b6b7 b0bb2b3 b4b5b6b7 Q0 R X A X X b0-b7 Q - R A X X X X X Canal telef Canal telef 6 b0-b7 Q2 R Canal telef 2 Canal telef 7 b0-b7 Q3 - R A X X X X X Canal telef 3 Canal telef 8 b0-b7 Q4 R Canal telef 4 Canal telef 9 b0-b7 Q5 - R A X X X X X Canal telef 5 Canal telef 20 b0-b7 Q6 R Canal telef 6 Canal telef 2 b0-b7 Q7 - R A X X X X X Canal telef 7 Canal telef 22 b0-b7 Q8 R Canal telef 8 Canal telef 23 b0-b7 Q9 - R A X X X X X Canal telef 9 Canal telef 24 b0-b7 Q0 R Canal telef 0 Canal telef 25 b0-b7 Q - R A X X X X X Canal telef Canal telef 26 b0-b7 Q2 R Canal telef 2 Canal telef 27 b0-b7 Q3 - R A X X X X X Canal telef 3 Canal telef 28 b0-b7 Q4 R Canal telef 4 Canal telef 29 b0-b7 Q5 - R A X X X X X Canal telef 5 Canal telef 30 b0-b7 Canal telefônco de voz Tendo 4 bts para cada canal na snalzação de lnha (slot 6), tem-se uma taxa de transmssão de dados de 2Kbps, pos são 4 bts a cada 6 quadros, ou seja, a 8000 quadros por segundo, ou 500 multquadros (sequêncas de 6 quadros) por segundo, vê-se que 4 bts dá uma taxa de 2Kbps (4x500) O procedmento descrto acma é para snalzação canal por canal Exstem outros métodos de snalzação, como:

10 Págna 0 Snalzação por MFC (Multfreqüencal Compeldo): a mesma utlzada no sstema analógco, só que nesse caso os snas são convertdos em dgtas pelos CODECS; Snalzação no byte, canal por canal (bt stealng): o bt menos sgnfcatvo da palavra PCM é perodcamente reservado para snalzação, resultando em uma degradação quase mperceptível na qualdade da transmssão telefônca, mas bastante prejudcal em comuncação de dados; Snalzação fora do byte: usado no Brasl, é o descrto acma Snalzação por canal comum: um conjunto de bts é reservado para snalzação, formando um canal de comuncação de dados O canal de dados é utlzado de acordo com a necessdade de todos os canas A snalzação é feta através de mensagens rotuladas, onde o rótulo ndca o canal à qual a mensagem pertence Esse tpo de snalzação é a tendênca para o futuro 5 Sstema PCM24 T (G733 do ITU-T) Sstema utlzado no Japão, EUA e todos países cujo códgo nternaconal é Permte a transmssão smultânea de 24 canas de voz, amostrados 8000 vezes por segundo, segundo a le µ Os 24 canas de voz formam 92 bts, mas o quadro possu 93 bts no total, pos um é utlzado para alnhamento de quadro e multquadro A taxa de transmssão é 93x8000, ou 544 kbt/s, ou,5 Mbt/s A estrutura de quadro é mostrada a segur 25 µs Bt x Tme slot Tme slot Tme slot 24 Bt adconal Canal de voz --- Canal de voz Canal de voz 24 5,8 µs bo b b2 b3 b4 b5 b6 b7 No PCM-24, a snalzação pode ser no byte ou fora do byte, conforme descrção a segur Snalzação no byte bt stealng: o bt menos sgnfcatvo (b0) dos quadros 6 e 2 é roubado da codfcação de voz, sendo utlzado para snalzação Nesse caso, tem-se: a) alnhamento: 8000 bt/s (um bt por pacote); b) snalzação: bt/s (24 bts a cada 6 quadros, ou quatro bts por quadro com 8000 quadros por segundo, resultando em bts/s); c) canal de voz: 62666,67 bt/s (64000 bt/s snalzação no byte = bt/s 32000/24) Esse tpo de snalzação gera problemas para transmssão de dados, pos desconsdera bts de transmssão Snalzação fora do byte: nesse caso, a palavra de alnhamento de multquadro é elmnada, dexando PAMQ para canal comum Assm, as taxas são: a) alnhamento de quadro: 4000 bt/s (um bt por pacote nos quadros ímpares); b) snalzação: 4000 bt/s (um bt por pacote nos quadros pares); c) canal de voz: bt/s

11 Págna A palavra de alnhamento de quadro PAQ é 000, transmtda nos quadros ímpares, conforme fgura a segur A palavra de alnhamento de multquadro é 000, transmtda nos quadros pares, conforme fgura a segur Uso do bt adconal x Tme slots -24 Quadro PAQ PAMQ ou canal Canal telefônco de voz Snalzação de lnha comum Q - b0b7 Q2-0 b0b7 Q3 0 - b0b7 Q4-0 b0b7 Q5 - b0b7 Q6 - bb7 b0=canal a Q7 0 - b0b7 Q8 - b0b7 Q9 - b0b7 Q0 - b0b7 Q 0 - b0b7 Q2-0 ( é alarme) bb7 b0=canal b 6 BIBLIOGRAFIA /MOE 95/ /ROC 99/ Moecke, Marcos Curso de Telefona Dgtal - Multplexação por Dvsão de Tempo e Transmssão Dgtal Escola Técnca Federal de Santa Catarna São José p ROCHOL, Juergen Redes de Computadores 2 a parte Unversdade Federal do Ro Grande do Sul, Insttuto de Informátca 999