4 - Multiplex Digital Um sistema por multiplexação por divisão no tempo (TDM - Time Division Multiplexing) está mostrado abaixo: Antes de se amostrar cada sinal de voz x k (t), passa-se x k (t) por um filtro passa baixa de frequência de corte igual a 3400Hz. Este filtro é chamado de anti-aliasing. Frequência de Nyquist para x k (t) = 6.8KHz Frequência de amostragem usada = 8KHz Compressão da faixa dinâmica de x k (t) é feita por 5 segmentos lineares que aproximam a curva lei-µ com µ = 255 (o sistema da Bell:T) ou pela curva lei-a com A = 87.56 ( no sistema Europeu)
Cada amostra do sinal de voz aparece com um período T = /800 = 25µseg. Neste tempo, são enviadas N amostras de outros N canais de voz e cada sinal com 8 bits (saída do A/D). Tem-se então 8N bits sendo transmitidos em 25µseg e mais alguns bits de sincronismo. Cada conjunto de 8N bits é chamado de frame (quadro). O multiplex junta M frames, transmitindo bit de cada um dos M frames formando um segundo nível de frame. Num terceiro nível são juntados K frames de segundo nível e assim por diante. Por exemplo, na hierarquia DS Americana: 24 canais de 64 kbit/s formam um canal DS de.544 Mbit/s; 4 canais DS formam um canal DS2 em 6.32 Mbit/s; 7 canais DS2 formam um canal DS3 em 44.74 Mbit/s; 6 canais DS3 formam um canal DS4 em 274 Mbit/s. 2
A figura a seguir mostra um multiplexador M2 e um demultiplexador D2, que multiplexam/demultiplexam 4 canais DS para formar um DS2. DS - Detector - Elastic store DS - Detector - Elastic store DS - Detector - Elastic store Combiner Modulator DS2 DS - Detector - Elastic store Elastic store - Modulator DS DS2 Detector Decombiner Elastic store - Modulator Elastic store - Modulator DS DS Elastic store - Modulator DS Como existe entrelaçamento de bits, nos diversos níveis do MUX, há necessidade de se ter uma perfeita sincronização nos bits que estão chegando ao MUX. O MUX deve incluir uma maneira de se identificar os diversos frames. (a) 3
Um outro problema é o de variação na taxa de chegada dos bits ao MUX. Essa variação pode se dar devido:. A variações nos clocks dos diversos canais; Neste caso, usa-se uma memória elástica,em que um fluxo de bits é escrito em uma taxa e lido na outra. Data in ( ) Read clock Data out Write clock (b) Se o clock de leitura é mais rápido que o de escrita, depois de algum tempo bits serão duplicados; se for ao contrário, bits serão perdidos. Se ambos os clocks apenas variarem em torno do seu valor nominal, e o tamanho da memória elástica for grande o suficiente, então não haverá nem bits duplicados nem perdidos. 4
2. A retardos no canal. Por exemplo: Um cabo coaxial de 0 6 m transportando 3 0 8 pulsos/s terá mais ou menos 0 6 pulsos em trânsito, sendo que cada pulso ocupará ±m do cabo. Se existir uma variação de 0, 0% de retardo, resultará em 00 pulsos a menos no cabo. Porém, o clock do sistema deve ser mantido (feito pelos pulsos de sincronismo). Uma maneira de superar esse problema é colocar nos frames pulsos que não carregam informação alguma. Esses pulsos são chamados de stuffing bits Na Embratel eles são chamados de pulsos de justificação. 4 5 Rate system: XXXXSXXXXSXXXXSX... 3 4 Rate system: XXXSXXXSXXXSXXXS... Same rate to mux 2 3 Rate system: XXSXXSXXSXXSXXSX... Observar que no caso de se inserir stuffing bits, deve haver um campo especial no fluxo, que é sempre transmitido, que avisa se vai haver stuffing bits ou não em determinadas posições. Caso contrário, não se poderia saber se um stuffing bit seria transmitido ou não. 5
Exemplo: Multiplexador DS para DS2. Combina 4 fluxos DS em um fluxo DS2. Um frame DS2 é mostrado na figura. Cada consiste de 2 bits de cada stream DS, entrelaçados no padrão 234234234... Frame markers 0 c, 0 c,2 c,3 c 2, 0 c 2,2 c 2,3 c 3, 0 c 3,2 c 3,3 c 4, 0 c 4,2 c 4,3 Frame markers Subframe marker First stuffing indicators Second stuffing indicators Third stuffing indicator Stuffed bit position here Os outros bits dos frames são de 3 tipos: marcadores de frames, marcadores de sub-frames (linhas) e indicadores de stuffing. Cada linha (sub-frame) pode possuir um stuffing bit, que vai ser indicado pelos bits c i, c i,2 c i,3, i =, 2, 3, 4. Se eles são, vai haver stuffing. Se eles são 000, não. Nos outros casos a decisão é tomada pelo voto da maioria (código corretor de erro não pode haver erros nesta informação!!). 6
Como cada sub-frame leva 6 48=288 bits de dados, a presença de um stuffing bit faz com que sub-frame carregue somente 287 bits. Assim, a variação de taxa permitida para cada fluxo DS é.544 Mbit/s 288 = 5.4 kbit/s 4. - Sistema T (Bell) 4.. - Primeiro Nível O frame contém 24 amostras referentes a 24 sinais de voz. 24 8 = 92 bits + bit de sincronização=93 = 0, 647µs cada bit tem duração de 0, 647µs 25µs 93bits 0, 647µs = 93 8000 = 544 Kbits/s =, 544 Mbits/s Há necessidade de se transmitir pulsos de chamada, sinalização de telefone no gancho e fora dele, etc. Isso é feito com pulsos de sinalização. A cada 6 frames, coloca-se no sexto frame pulsos da seguinte maneira: retira-se o oitavo bit de cada um dos 24 canais de voz, substituindo-os por pulsos de sinalização. Como são identificados o 6 o e o 2 o frames (2 tipos de sinalização)? Bit de sincronismo dos Frames (que são entrelaçados): Ímpares = 0000...; Pares = 000000... 00 6 o frame; 0 2 o frame 7
4..2 - Segundo Nível de MUX Formação de Segundo Nível No segundo nível (só para entendimento): os bits são lidos da esquerda para direita e de baixo para cima. Nesse segundo nível os bits são arrumados da seguinte forma: M 0 C 2 F 0 3 C 4 C 5 F 6 seguido de: M 7 C II 8 F 0 9 C II 0 C II F 2 depois seguindo de: M 3 C III 4 F 0 5 C III 6 C III 7 F 8 e de: M 9 C IV 20 F 0 2 C IV 22 C IV 23 F 24 indica: 48 bits, sendo 2 de cada sinal de voz. Além disso, tem-se: M 0 = 0, M =, F 0 = 0, F =, C I, C II, C III e C IV indica se há e onde há stuffing bits. M 0 M M M = 0 F 0 F F 0 F F 0 F F 0 F = 0000 48 = 2 4 sinais de voz 2 6 = 92bits 8
Até (6) teremos formado um frame de cada sinal de voz, ou seja, teremos que ter 25µs de tempo. Número total de bits até (6) = (48 + ). 6 + 4 (número de bits de sincronização) + (stuffing bit) = 789 bits No frame de sinal de voz = 2 6 + = 93bits (o número representa o bit de sincronização). Neste sistema coloca-se somente bit de stuffing bit por frame de sinal de voz. Taxa de transmissão no segundo nível: = 25µs TAXA = 789 8000 25µs 8000 789 TAXA= 632 Kbits/s = 6, 32 Mbits/s Número de canais= 24 4 = 96 4..3 - Terceiro Nível do MUX Arrumam-se sete sinais de segundo nível mais os bits de sinalização. A taxa de transmissão é de 44,736 Mbits/s. Número de canais = 96 7 = 672. 4..4 - Quarto Nível do MUX São agrupados 6 sinais de terceiro nível mais os bits de sinalização. TAXA = 274,76 Mbits/s. Número de canais = 672 6 = 4032. 9
4.2 - Sistema Brasileiro (Embratel) Adotou o sistema Europeu, particularmente idêntico ao da França. Frame do Primeiro Nível: Canais de voz: 2 a 6 e 8 a 32=30 A janela é usada para sincronismo do frame e transmissão de alarmes. A janela 7 é usada para a sinalização dos canais e outros sincronismos. Taxa de transmissão 8000 32 8bits = 2, 048Mbits/s 4.2. - Segundo Nível Usam-se 4 sinais de primeiro nível. Número de canais 30 4 = 20 Taxa de transmissão 8, 448Mbits/s 4.2.2 - Terceiro Nível Usam-se 4 sinais de segundo nível. Número de canais 20 4 480 Taxa de transmissão 34, 368 Mbits/s 0
4.2.3 - Quarto Nível Usam-se 4 sinais de terceiro nível Número de canais = 4 480 = 920 Taxa de transmissão 40Mbits/s
País a Etapa de Multiplexação (n o de canais e taxa) 2 a 3 a 4 a 5 a USA/Canadá 24 24 4 = 96 96 7 = 672 672 6 = 4032 Não,544 Mbps 6,32 Mbps 44 Mbps 274 Mbps Definido Inglaterra 20 4 = 680 Não 20 Mbps Definido Alemanha 30 30 4 = 20 20 4 = 480 480 3 = 440 440 4 = 5760 2,048 Mbps 8,448 Mbps 34,468 Mbps 08 Mbps 442 Mbps França/Brasil 480 4 = 920 Não 40 Mbps Definido Itália 480 4 = 920 920 4 = 7680 40 Mbps 565 Mbps Japão 24 24 4 = 96 96 5 = 480 480 3 = 440 5760 = 440 4,544 Mbps 6,32 Mbps 32 Mbps 97 Mbps 397 Mbps 2