As comunicações digitais baseadas em sinais modulados por código de pulsos (PCM), tornaram-se importantes no mundo inteiro.
A hierarquia digital plesiócrona (PDH), atualmente em uso, apresenta variações regionais quanto às estruturas dos multiplexadores. Nos Estados Unidos, Canadá e Japão, por exemplo, os sistemas de comunicação PCM são baseados em estruturas de 24 canais. Já na Europa e no Brasil, o sistema empregado tem 30 canais.
Os dois sistemas de comunicação PCM recomendados pelo CCITT, T1 (1544 Mbits/s) e E1 (2048 Mbits/s), transmitem respectivamente 24 e 30 canais de dados ou voz em cada direção, formando um sinal multiplexado no tempo (TDM).
O PCM 24 (T1) e o PCM 30 (E1) são conhecidos como sistemas primários, e formam a base para a hierarquia digital plesiossíncrona.
Principais características do sinal E1
Métodos de Multiplicação
Multiplexação de Alta Velocidade
Quadro E1
Quadro de Pulsos
Estrutura do Sinal
Utilização dos Intervalos de Tempo
Palavra de alinhamento de quadro
Configuração do Quadro E1 (Sistema New Bridge)
CAS
Princípio Básico da Multiplexação no Tempo de Sinais Digitais
Multiplexação Síncrona e Multiplexação Plesiócrona
Multiplexação Síncrona
Multiplexação Plesiócrona
Memória Elástica
Principais características do sinal E1:
a) Frequência de amostragem b) Número de amostras do sinal c) Comprimento do quadro PCM d) Número de bits em cada palavra de código e) Taxa de bits de cada canal f) Número de intervalos de tempo por quadro PCM g) Número de bits por quadro PCM h) Comprimento de um intervalo de tempo de 8 bits i) Taxa de bits de um sinal multiplexado no tempo
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- Alguns quadros possuem bits específicos para sinalização dos canais, enquanto outros exigem que a sinalização, quando necessária, seja transmitida juntamente com os bits de informação.
- Os quadros contém normalmente, além dos bits de sinal e informação, uma seqüência de bits padronizada, gerada no multiplexador, que é usada para garantir o sincronismo.
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Multiplexação de Alta Velocidade
É padronizado pelo ITU-T para transmissão síncrona a 2048 bits através das normas G704 e G703.
G704 -> Trata de Estruturas Síncronas de Quadro usadas em níveis hierárquicos Primário e Secundário.
G703 -> Trata de Características Físicas/Elétricas de Interfaces Digitais Hierárquicas.
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Para cada um dos canais de conversação são enviados nos 2 sentidos 8000 amostra por segundo em forma de palavras de códigos de 8 bits. Em cada sentido haverá a transmissão de 30 palavras de código de 8 bits dentro de 125 µs (valor inverso de 8 KHz). A essas 30 palavras de código somam-se 2 x 8 bits: 8 bits para sinalização e 8 bits para alinhamento, que contém alternadamente, uma palavra de alinhamento do quadro e uma palavra de serviço. As 30 palavras de código formam, com os 2 x 8 bits, um quadro de pulsos. Os quadros de pulsos são transmitidos, obrigatoriamente, em ordem sucessiva.
O quadro tem comprimento de 256 bits. A taxa de repetição do quadro é de 8 KHz. Assim temos a velocidade:
8000 quadros/s = 8000 × 256 bits/s = 2.048.000 bits/s = 2048 Kbps
A duração de um quadro é de 125 µs, pois: 1s / 8000 quadros = (125 x 10-6) / 1 quadro
Cada time-slot acomoda 1 canal cuja velocidade é: 2048 Kbps / 32 = 64 Kbps
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Utilização dos Intervalos de Tempo
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Palavra de alinhamento de quadro
O time slot 0 é usado para alinhamento de quadro. Por meio do alinhamento sabemos onde começa e termina cada quadro. Deste modo o time slot 0 conterá uma seqüência especial de bits chamada SINAL DE ALINHAMENTO DE QUADRO. As palavras de alinhamento do quadro sincronizam o emissor e o receptor do sistema.
ALOCAÇÃO DOS 8 BITS DO TIME SLOT 0
Numa série de quadros temos quadros alternados com sinal de alinhamento de quadro e sem sinal de alinhamento de quadro.
O receptor determina a posição do quadro de pulsos baseado nas palavras de alinhamento dos quadros que entram, para que os bits que entram possam ser distribuídos aos canais na seqüência correta. Se houver perda do alinhamento do quadro de pulsos, o receptor não será capaz de identificar os time slots para decodificação. Logo o sistema é considerado interrompido.
No quadro em que não é transmitido o sinal de alinhamento de quadro, temos os bits Si, Sa4, Sa5, Sa6, Sa7 e Sa8 que são chamados de SPARE BITS (bits vagos), que podem ser usados ou não. Caso não sejam usados, devem ser fixados em 1.
O bit A é usado para indicação de alarme remoto.
(A=0 -> Normal)
(A=1 -> Alarme)
O alarme remoto informa um dos seguintes problemas:
- Falha da fonte de alimentação (se a sinalização ainda for possível)
- Falha do CODEC
- Falha do sinal de entrada (2048 Kbps)
- Perda do alinhamento do quadro de pulsos
- Transmissão de erro da palavra de alinhamento do quadro maior que 10-3
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Configuração do Quadro E1 (Sistema New Bridge)
O quadro E1 pode ser configurado nos seguintes tipos:
- Sinalização Associada ao Canal (CAS)
- Sinalização por Canal Comum (CCS)
- 31 canaisVoltar para o menu
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Os níveis de comutação (atendimento, desligamento e seleção) são transmitidos no canal 16, que é subdividido de forma que, para cada, um dos 30 canais estejam disponíveis determinados bits. Para isso, 16 quadros são reunidos em um multiquadro. No início de um multiquadro é enviada uma palavra de alinhamento de multiquadro no time slot do canal 16 do quadro de pulsos 0. O formato de bits dessa palavra de alinhamento de multiquadro é "0000". Os time slots de canal 16 de um multiquadro são subdivididos em 2 quadros de 4 bits (a, b,c ,d). A cada um dos 30 canais telefônicos de um multiquadro é atribuído um destes grupos de 4 bits para sinalização. A transmissão de bits de sinalização por canal telefônico é de 2 Kbps. Quando o canal 16 (=64 Kbps) não está sendo usado para a transmissão de sinalização associada ao canal, ele poderá ser usado para transmissão de outros sinais digitais, por exemplo, sinalização por canal comum (CCS - CCITT nº6 e nº7) ou para transmitir dados.
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PRINCÍPIO BÁSICO DA MULTIPLEXAÇÃO NO TEMPO DE SINAIS DIGITAIS
Em sua concepção mais simples, a multiplexação de sinais digitais no tempo pode ser realizada conforme o esquema da figura abaixo:
Os sinais de entrada, compostos por quadros de pulsos de 2 Mbps são chamados de tributários. Quatro tributários (T1 a T4) são multiplexados no tempo formando um sinal 4 vezes mais rápido, que circula pelo meio de transmissão. No terminal receptor o sinal de 8 Mbps é de multiplexado no tempo, obtendo-se assim os sinais originais dos 4 tributários de 2 Mbps.
O requisito fundamental para isso é o perfeito sincronismo entre os dois comutadores, para se obter uma multiplexação sem erros no tempo.
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MULTIPLEXAÇÃO SÍNCRONA E MULTIPLEXAÇÃO PLESIÓCRONA
A figura acima ilustra um caso perfeito de multiplexação síncrona, onde 4 sinais de 2048 Kbps deram um sinal de 8192 Kbps.
O sinal de saída corresponde a exatamente 4 vezes a taxa nominal de qualquer um dos sinais de entrada.
A multiplexação síncrona refere-se ao fato de que a multiplexação é efetuada a partir de 4 tributários que apresentam entre si perfeitas condições de freqüência de repetição iguais e sem desvios relativos de fase no tempo.
A única maneira desta condição ser conseguida é fazendo com que todos os equipamentos geradores dos sinais de 2048 Kbps utilizam um único gerador de relógio de 2048 KHz.
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A situação ideal mostrada anteriormente dificilmente ocorre na prática, em razão dos diferentes equipamentos geradores de 2 Mbps estarem situados em lugares diferentes e/ou pertencerem a empresas diferentes.
O que se observa é que os vários sinais de 2048 Kbps que chegam ao multiplexador, dificilmente terão todos a mesma freqüência.
Admitindo que 2 dos sinais, por coincidência, tenham a mesma freqüência, porém vindos de equipamentos com geradores de relógio diferentes, mesmo assim é de se esperar derivas relativas de fase incontroláveis.
A médio/longo prazo, diferenças de freqüência também podem ser observadas. Essa situação descrita caracteriza perfeitamente a condição de operação plesiócrona.
O equipamento destinado a multiplexar sinais com estas características devem levar em conta todas essas particularidades, o que aumenta sua complexidade.
Neste exemplo, que representa uma situação típica, encontrada na prática, observa-se que cada relógio aplicado aos distintos sistemas PCM 30 tem sua freqüência específica, que dificilmente será igual ao valor nominal de 2048,000 KHz (como mostrado na primeira entrada), mas sim apresentará uma variação esperada devido a fatores diversos como tolerância e precisão dos componentes do oscilador respectivo, variações térmicas e envelhecimento. Mesmo osciladores a quartzo, bem dimensionados, são susceptíveis a apresentar deriva de freqüência.
Observa-se que a taxa de cada sinal, em Kbps, tem o mesmo valor numérico que a freqüência do relógio em KHz, pois a formação do sinal de saída depende totalmente do relógio aplicado aos circuitos digitais.
Como é impossível, na prática, evitar as derivas de freqüência, o TSB (Telecommunication Standards Bureau) impôs limites a estas derivas. A recomendação G.703 especifica os seguintes limites para as freqüências dos relógios empregados na transmissão dos sistemas de hierarquia CEPT (Conference Européenme des Administrations des Postes et Telecommunications).
Taxa de bits nominal em Kbps Variação máxima permissível em partes por milhão (PPM)
Baseado no relógio de 2048 KHz que é referência do sistema europeu, de onde outros podem ser derivados, pode-se chegar a uma variação máxima de 102,4 Hz. Em conseqüência, para ficar dentro da tolerância imposta pela recomendação G.703 do TSB, o relógio empregado deve ter sua freqüência compreendida entre 2047897,6 Hz e 2048102,4 Hz.
Tomando-se com referência a figura anterior que mostra 4 tributários plesiócronos, observa-se que podem ocorrer as seguintes situações:
- Se as entradas estiverem na taxa nominal de operação (entrada 1), tendem a ter todos os seus bits amostrados pela chave e transmitidos à saída. Entre uma amostragem desta entrada e a próxima, desta mesma entrada, o próximo bit já estará ocorrendo, de modo que nenhum bit será perdido ou repetido.
- As entradas cujas taxas de repetição forem maiores que a taxa nominal (entradas 2 e 4) serão porporcionalmente mais rápidas que a chave de amostragem. Como conseqüência pode ocorrer que na próxima amostragem destas portas, os bits não sejam os imediatamente posteriores aos lidos anteriormente, ocasionando a perda de 1 bit de cada uma das portas, mutilando a informação.
- Com taxas de repetição menores que a nominal (entrada 3), ocorre o contrário do caso anterior. Como a chave de amostragem tem sua velocidade relativamente maior, ocorrerá em um dado momento que, o mesmo bit será amostrado 2 vezes, também mutilando a informação.
Nos segundo e terceiro casos, as mutilações nas informações dos tributários provocam perda de sincronismo de quadro nos equipamentos de recepção correspondentes.
Até que seja recuperado o sincronismo (que pode demorar vários quadros), as informações estarão perdidas e será gerado um alarme TEB (Taxa de Erro de Bit).
Para evitar esses problemas, foi criado um método para multiplexar sinais plesiócronos, chamado sincronização elástica.
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A memória elástica é composta por várias células de curta permanência, arrumadas em uma ordem cíclica. A gravação dos bits é feita segundo um mecanismo de varredura que dá acesso, sucessivamente a cada célula. A leitura das células segue um mecanismo similar. Estes mecanismos de geração e leitura estão representados como "pointers" (indicadores).
O pointer de gravação está representado como uma seta apontando para a célula, e o de leitura apontando para fora desta.
Supondo uma defasagem espacial entre o pointer de leitura e o de gravação, teremos uma área ocupada e uma área livre, assim sendo, mesmo ocorrendo uma diferença de freqüência entre o relógio de escrita e o de leitura,
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Custos
