Fundamentos de Telecomunicações

1. Fundamentos de Telecomunicações Aula 4: Multiplexagem

2. Sumário • TDM -Multiplexagem pela divisão do tempo • TDM Síncrono • TDM Estatístico • FDM-Multiplexagem pela divisão na frequência

3. Introdução • No caso mais simples cada canal de transmissão transporta apenas os sinais de uma fonte • Quando o canal de transmissão possui capacidade muito superior ao débito da fonte, pode-se usar esse canal para transportar os sinais de mais do que uma fonte • Quando isso acontece diz-se que o canal está a ser partilhado ou multiplexado.

4. Multiplexagem

5. Categorias de Multiplexagem

6. TDM: Multiplexagem por Divisão no Tempo

7. Sinal amostrado é nulo no espaço entre amostras • Durante grande parte do tempo • Podemos aproveitar os tempos mortos para transmitir amostras de sinais doutras fontes

8. TDM

9. TDM frequência tempo TDM

10. TDM

11. Sistema TDM

12. Ritmo de transmissão TDM

13. Sistema TDM com 3 canais PCM

14. Multiplexagem por divisão no tempo: TDM • Processo Digital que permite que várias conexões partilham uma ligação com muita largura de banda • Fatias (Slots) de tempo e Tramas (Frames) • Cada PC tem uma fatia de tempo • No TDM uma trama consiste num ciclo completo de fatias de tempo • Based on • Data Communications and Networking, 3rd EditionBehrouz A. Forouzan, • McGraw-Hill Companies, Inc., 2004

15. Quadros TDM • TDM Puro: débito mux-para-mux = débitos dos PCs agregados • Sem perdas de dados (similar à multiplexagem de chamadas telefónicas) • Based on • Data Communications and Networking, 3rd EditionBehrouz A. Forouzan, • McGraw-Hill Companies, Inc., 2004

16. Exemplo 1 4 ligações 1-Kbps são multiplexadas. A unidade é 1 bit. Determine:(1) A duração de 1 bit antes da multiplexagem, (2) O débito da ligação , (3) a duração duma fatia de tempo (4) a duração dum quadro? Solução Podemos responder assim: 1. A duração do bit é 1/1 Kbps, ou 0.001 s (1 ms). 2. O débito da ligação é 4 Kbps. 3. A duração de cada fatia de tempo é 1/4 ms ou 250 ms. 4. A duração de cada quadro é 1 ms.

17. Intercalação • Multiplexador/Desmultiplexador processa um PC de cada vez • Intercalação de caracter (byte) • A multiplexagem processa de cada vez um/mais caracteres de cada unidade • Intercalação de bit • A multiplexagem processa um bit de cada unidade de cada vez

18. Exemplo 2 Quatro canais são multiplexados usando o TDM. Cada um deles envia 100 bytes/seg e é multiplexado 1 byte por canal. Mostre o quadro a viajar no canal, a duração do quadro, a taxa de quadros e o débito em bits para a ligação

19. Exemplo 2: Solução

20. Comutador Electrónico para TDM

21. Sincronização • Questão essencial da multiplexagem é a sincronização entre comutador e o distribuidor • Cada amostra tem que ser entregue ao destino correcto e no instante devido • O distribuidor deve estar posicionado na saída do destino i sempre que chega amostra originária da fonte i (trama alinhada)

22. Sinal PAM TDM com sincronização

23. Conceito de Canal Virtual • Tudo se passa como se cada para fonte destino tivesse um caminho dedicado onde transitam amostras do respectivo sinal • Este conceito aparece frequentemente em outros contextos de telecomunicações em especial na comunicação de dados e comunicação entre computadores

24. Representação de Canal Virtual

25. Técnicas de TDM • Na técnica descrita • Símbolos sucedem-se regularmente no tempo • Tramas contíguas sem interrupção • TDM síncrono • Quando uma fonte deixa de transmitir os intervalos de tempo que lhe estão atribuídos têm que decorrer pois são esses intervalos que identificam a fonte • TDM assíncrono • Não se exige a referida ordenação temporal nem a contiguidade das tramas e pode-se usar o tempo desperdiçado.

26. Aplicações TDM • Telefone Digital • Comunicação de Dados • Acesso a satélite • Rádio Celular

27. TDM Síncrono

28. Introdução • A primeira forma apareceu com a digitalização TDM do sistema telefónico • Começou com a preocupação de transmitir canais de voz de qualidade telefónica • Sistemas de multiplexagem TDM • A sua estrutura mostrou-se desadequado para TV digital, comunicação entre computadores • Surgiram outras estruturas de multiplexagem como a SDH e a SONET • Usaremos o PCM como referência e abordaremos aspectos de outros sistemas

29. Organização de Tramas • Os sistemas TDM digitais multiplexam os canais na forma digital binária • Fontes analógicas são previamente digitalizdas • A cada amostra PAM passa a corresponder um grupo de k bits (uma palavra) • O ritmo unitário corresponde a uma canal telefónico (4kHz) com 8 bits por amostra

30. Organização das Tramas • Constituída pela multiplexagem no tempo de N canais de K bits • 2 organizações • Canais entrelaçados • Dígitos entrelaçados

31. Formas de organização de tramas

32. Alinhamento das tramas • Típica da multiplexagem síncrona • Sincronização do equipamento terminal de recepção tanto em frequência como em fase à frequência de símbolos que está a receber. • Operação necessária cada vez que o receptor entra em operação • Inicial ou após interrupção

33. Receptor alinhado • Precisa de referência temporal periódica para verificar isocronismo e detectar eventuais desvios de fase • Referência temporal consiste num padrão de bits organizado da seguinte forma • Alinhamento agrupado: v bits consecutivos no ínicio de cada trama • Alinhamento distribuído: os v bits do padrão estão distribuídos na mesma trama ou em várias

34. Referência temporal simulada • Padrão com baixa auto-correlação • Bloqueando canais da trama e enviando sequência determinística • Confirmando o correcto alinhamento através de critérios diferentes (ausência de padrão de alinhamento em tramas alternadas)

35. Sinalização • Transmissão de informação de controlo entre equipamentos de multiplexagem • Possui semântica própria • Sinalização dentro do octeto (em banda) • Sinalização fora do octeto • Sinalização em canal comum (+ utilizada)

36. Sistemas de Multiplexagem PCM • Proliferação de sistemas de multiplexagem incompatíveis • Ritmos de transmissão • Número de canais por trama • Método de sinalização • Normas ITU • Sistema Europeu • Sistema Americano (AT&T)

37. Sistema de Multiplexagem Primário Europeu • Referenciado abreviadamente como ritmo de 2Mbps resultante da composição da trama com 125us de duração por 32 canais básicos • Canais 1-15;17-31 constituem os 30 canais de informação utilizáveis • Canal 0 destina-se à transmissão em tramas alternadas do padrão de alinhamento da trama • Canal 16- Usado para numeração das tramas num alinhamento multitrama • Sinalização fora do octecto

38. Estrutura da trama PCM de 2 Mbps

39. Multitrama PCM de 2 Mbps

40. Algoritmo de Alinhamento SP Europeu

41. Sistema de Multiplexagem Primário Amerciano • 24 canais +1 bit de sincronismo de trama =193 bits • 193bits/125 us = 1544 Kbps~1.5Mbps • Sinalização dentro do octeto : último bit de cada canal das tramas 6 e 12

42. Estrutura da trama PCM de 1.5Mbps

43. Multitrama PCM 1.5Mbps e canais de sinalização

44. Hierarquia de Multiplexagem PDH • Para multiplexar um maior número de canais • Recorre-se à hierarquização de estágios de multiplexagem sucessivos • Ritmo agregado mais elevado

45. Exemplo de Multiplexagem PDH Europeia

46. Hierarquia de multiplexagem PDH

47. Exemplo 6.1

48. Hierarquia de Multiplexagem PDH • Infra-estruturas das operadoras estão estruturadas segundo esta hierarquia • Utente deve dispor de terminal apropriado para o serviço que pretende usar • Se não for o caso tem que se intercalar um DSU

49. Anisocronismo das tributárias • Os multiplexadores de nível inferior a um determinado nível de multiplexagem são designadas tributárias • Na construção do nível n de multiplexagem a partir de tramas de n-1 há o problema do assincronismo das tributárias • Fontes geograficamente distantes • Frequências ligeiramente diferentes • Frequências isócronas mas desfasadas • Desfasamento provoca atrasos (jitter)

50. Estrutura da trama PDH de 2ª ordem a 8 Mbps