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INFORME MULTIPLEXACION POR DIVISION DE TIEMPO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES UNIVERSIDAD DEL CAUCA 2018

CONTENIDO.

 TDM (Multiplexacion por división de tiempo).  TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo).  La trama E1.  Alineamiento de trama.  Formatos de trama.  Multitrama.  CRC4.  Estructura Europea (ETSI).  Estructura Americana (ANSI).  Alarmas y Eventos en enlaces de E1.  Sincronismos y fuentes de reloj.

TDM (MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE TIEMPO) Es una técnica que permite la transmisión de señales digitales, cuya idea consiste en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de transmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de transmisión.

Imagen 1.

En la imagen 1 se presenta de manera simple un conjunto Multiplexor – Demultiplexor, para ilustrar la multiplexación y demultiplexación por división de tiempo. En este circuito las entradas son seis canales que llegan a los denominados interruptores de canal, los cuales se cierran de forma secuencial, controlados por una señal de reloj de manera que cada canal conectado al medio de transmisión durante determinado tiempo por la duración de los impulsos del reloj.

En el otro extremo, el demultiplexor realiza la función inversa, esto es, conecta el medio de transmisión, secuencialmente con la salida de cada uno de los seis canales mediante interruptores controlados por el reloj de demultiplexor, el reloj del receptor funciona de forma sincronizada con el multiplexor del extremo emisor mediante señales de temporización que son transmitidas a través del propio medio de transmisión o por un camino distinto. Entonces en sí, TDM es un sistema de transmisión donde un número de comunicaciones están multiplexadas en una portadora al asignar a cada comunicación un espacio específico de tiempo, esto se lleva a cabo “intercalando” las muestras de diferentes señales para que estas se puedan transmitir de forma secuencial por el mismo canal, su objetivo es multiplexar “n” canales PCM, según el estándar que se escoja (ETSI o ANSI), para lograr un PCM de primer orden (E1 o T1). Es importante tener en cuenta que la velocidad de la señal multiplexada o compuesta es la suma de las tributarias, que ocurre cuando las diferentes fuentes llegan con diferente reloj, es decir, con velocidades diferentes se necesitan lo que se denominan bits extra para relleno y compensación dentro de la señal multiplexada. Si esta técnica es aplicada en telecomunicaciones y telefonía, en estos casos la velocidad será de 64 k debido a la codificación que se denomina G711 PCM analógica a digital. Se considera esta velocidad partiendo del teorema de Nyquist que propone que para recuperar de forma digital una señal analógica y muestrearla correctamente debemos se debe utilizar una velocidad superior que sea dos veces el ancho de banda, entonces si se tiene un ancho de banda de la señal analógica de 4 Khz se debe muestrear a 8 Khz, y si se usan 8 bits por muestra se tendrá la velocidad de 64 Kbps.

CODIFICACIÓN DE VOZ SEGÚN G711

Imagen 2

En la imagen se muestra una señal analógica muestreada y digitalizada con 8 bits, es decir, 256 niveles de amplitud niveles de amplitud muestreada a velocidad de 8Khz, es decir cada 125 microsegundos.

Imagen 3

La imagen 3 muestra cómo funciona una multiplexación por división de tiempo, se puede notar que tiene tres flujos diferentes: A, B, C, Cada uno de 64 Kbits/seg, con A1, A2, A3 como unidades de información que se podrían pensar en bits o bytes del flujo A, como B Y C. Lo que hace TDM es que se va tomando una unidad de información de cada uno de los flujos que se ira insertando dentro de la señal multiplexada, como se puede notar en la Figura anterior, de derecha a izquierda, donde se tendrá A1, B1, C1 y luego se repite la operación tomando la siguiente unidad de información del primer flujo y los demás, es decir, A2, B2, C2, hasta A3, B3, C3. Como resultado de esta multiplexación se tiene que si cada uno de los flujos llegase a 64 Kbits/seg que como ya se menciono fue la velocidad establecida en que se muestreo y digitalizo una señal telefónica, la suma de los tres flujos será una velocidad combinada resultado de la multiplicación de los 3 flujos por la velocidad, 3*64 Kbit/s = 192 Kbit/seg.

TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo) Es una técnica de multiplexación que distribuye las unidades de información en ranuras ("SLOT") alternas de tiempo, y así dando acceso múltiple a un reducido número de frecuencias. También se podría decir que es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones pueden ocupar un único enlace subdividiéndole y entrelazándose las porciones. Esta técnica de multiplexación se emplea en infinidad de protocolos, sola o en combinación de otras, pero en lenguaje popular el término suele referirse al estándar D-AMPS de telefonía celular empleado en América.

Imagen 4

FORMATO DE TRAMA G704 Una trama E1 es lo que se denomina formato G704, es la unidad básica en las redes de telecomunicaciones PPM y SDH, consiste básicamente en multiplexar 32 canales (cada uno de 64k, para audio o telefonía) en un flujo combinado de la multiplexación de 32X64 por lo tanto será de 2,048 Mbps (cada 125 Microsegundos). Cada intervalo denominado TIMESLOT e SLOT de tiempo contiene 8 bits, de cada fuente de trafico estos 8 bits son un byte que son de muestra de la señal que al codificar un G711 donde se tiene que cada muestra es un nivel de los 256, 8 bites o bytes es lo que se va a encontrar e cada uno de los TIMESLOT, puede o no existir lo que se denomina una alineación de trama, si no existe, es decir que lo que se envía es un flujo (Sin multiplexar donde no se puede distinguir cada uno de los intervalos, denominado esto como formato ClearChannel) entonces el caudal de 2048 Kbits/seg completos serán para tráfico de usuario, en este caso se habla de una trama no entramada o una trama G703, cuando tenemos la trama G704 en porque se hace referencia a lo que es una estructura de trama.

En la imagen 5 se puede apreciar una estructura de trama de 32 TIMESLOT empezando por el cero, acabando por el 31. Hay 2 TIMESLOT especiales con significado particular dentro de la trama que son el TIMESLOT 0 y TIMESLOT 16.

Imagen 5

ALINEAMIENTO DE TRAMA Se ubica en el primer TIMESLOT (TS0) y se usa para poder discernir donde comienza una trama, esto es importante puesto que al saber dónde empieza la trama contando los bits de 8 en 8 se podrá recuperar la información de cada tributaria, es decir, se sabrá que 8 bits perteneces al TIMESLOT 1, TIMESLOT 2, etc., a partir de una trama a la siguiente se podrá reconstruir al final el flujo de datos de 64k individual que se tenían insertados en dicha trama. El TS0 en las tramas pares se usa para alineamiento de trama (FAS – frame alignment sequence).

Imagen 6

El TS0 en las tramas impares NO se usa para alineamiento de trama (NFAS).

Imagen 7

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X: reservado para uso internacional o para CRC (detección de errores). A: bit de alarma. Indica que el extremo remoto ha detectado una pérdida de señal (LOS). S4 – S8: bits libres. Normalmente se usan para gestión en banda entre extremos.

El proceso de alineación de trama funciona de esta manera: Se va recibiendo la secuencia de bits y se hace una coincidencia propiamente con una trama par (FAS), se esperan 32 TS (TIMESLOT) y se comprueba si el segundo bit en un ‘1’, sí lo es, entonces se concluye que se tiene alineación de trama correcta.

TIPOS DE FORMATO DE TRAMA

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1. ClearChannel o transparente, sin formato de trama (es un único flujo de 2048Kbps sin multiplexación). Si llega una trama con este formato ClearChannel se trata como un flujo completo de bits al que no se le podrá hacer tratamiento independiente o individual de las tributarias. 2. PCM31/31C, alineamiento de trama, pero el TS16 se usa para tráfico (NO señalización) (CCS: common channel signalling). 3. PCM30/30C, alineamiento de trama y el TS16 se usa sólo para señalización (CAS: channel associated signalling). No lleva tráfico de usuarios, solo señalización del resto de canales. 4. Al hablar de señalización por canal común o canas asociado (CCS, CAS) lo que se transmite es: Off hook (descolgado) On hook (colgado) Ringing (timbre)

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No dialtone (no hay tono de discado), etc.

CAS – MULTITRAMA Hasta el momento se ha hablado de una estructura de trama que tiene un TIMESLOT ‘1’ que permite alinear la trama y 32 TIMESLOT restantes, ahora se dará un paso más allá que será la MULTITRAMA, que no es ni más ni menos que un conjunto ordenado de 16 tramas, esta es necesaria porque si se utiliza un solo TIMESLOT que en este caso sería el TS16 para señalizar o llevar señalización de 30 canales de audio se tiene a su vez que saber cuáles canales de audio está señalando dicho TS16. La forma de saber que el TS16 señaliza el canal 8 o 24 es por medio de la estructura multitrama. En la imagen 8 se puede notar una estructura formada por una secuencia de 16 tramas donde cada una de ellas se produce cada 125 Milisegundos, si se multiplica las 16 tramas por 125 Milisegundos, dará un resultado de 2 Microsegundos, es decir, cada multitrama se repite cada 2 Microsegundos.

Imagen 8

Al observar la anterior figura podemos notar que se tienes tramas desde la 0 a la 15, en la Trama0 en su TS16 se tiene una combinación de 8 bits, donde los primeros 4 serán 0000, que hacen referencia a el alineamiento multitrama, los 4 bits siguientes XAXX es donde no se presenta alineamiento de trama, luego se puede observar en la Trama8 que en su TS16 esta una combinación de 8 bits agrupados de 4 en 4 que serán bits de señalización, donde los primeros 4: abcd son los más significativos y están asignados al TS8, el otro cuarteto de bits: abcd de la derecha se le debe sumar 16, estos son los bits menos significativos y serán los del TS24, y así el mismo proceso para las demás tramas. En conclusión, se puede decir que en una multitrama se tiene un alineamiento de multitrama 0000, y a su vez 15X12=30 señalizaciones correspondientes a los TS (1 al 15) y TS (17 al 31). Se debe tener en cuenta que: o Cada bit de señalización (a/b/c/d) tiene un flujo de 500 bit/s: 64k / 16 = 4k. 4k / 8 = 500 bit/s. o Los bits a/b/c/d se usan también en enlaces E&M entre sistemas radio o centralitas analógicas señalizando el estado de los contactos E y M en ambos extremos, E = earth; M = mouth. o El valor 0000 no es posible pues coincide con la palabra de pérdida de Multitrama (MFAS loss). o Cuando sólo se usa el bit A para señalización (los bits BCD no se usan), éstos deben fijarse a: B=1, C=0, D=1 (101). o IETF R2 (ITU Q.4XX) es un estándar de señalización entre sistemas telefónicos a través de los bits a, b, c, d en CAS. CRC4 Es un código de redundancia cíclica de 4 bits que se usa para la detección y no correcciones errores dentro de la trama. Los bits CRC en las tramas 0, 2, 4 y 6 permiten detectar errores en la semi-multitrama previamente enviada/recibida (tramas 0 a 7). Mientras que los bits CRC en las tramas 8, 10,

12 y 14 permiten detectar errores en la semi-multitrama previamente enviada/recibida (tramas 8 a 15). Para comprender mejor la función de CRC4 se muestra la imagen 9.

Imagen 9

Se tiene para el timeslot 0 o para una Multitrama, por lo tanto 16 tramas, 2 semi-multitramas donde la semi-multitrama 1 abarca desde la trama 0 a la trama 7 y la semi-multitrama 2 abarca desde la trama 8 a la 15. Como se menciona anteriormente, en las tramas pares se presenta lo que se denomina alineamiento de trama (FAS) mientras que en las tramas impares se presenta el no alineamiento de trama (NFAS). Las tramas pares son las que poseen los bits de CRC como se observa en la imagen, C1, C2, C3, C4 para cada una de las semi-multritamas, y así poder detectar errores en las cada una de las tramas. Para la segunda semi-multitrama se encuentra igual, excepto en las tramas 13 y 15 donde se encuentra un bit ‘E’. Este bit ‘E’ es el denominado bit de error que es un bit que puesto a 1 indica que se está presentando un error en CRC. Es decir, que si se recibe una trama y a través del cálculo de CRC no se coincide con los bits que se reciben, hay por lo tanto un error en CRC. Se notifica a través del bit ‘E’ al extremo remoto que está enviando la trama.

Cuando el otro extremo reciba el bit ‘E’ puesto en 1 quiere decir que el receptor de trama está detectando errores de CRC. ES una forma de notificación de alarma.

ESTRUCTURA EUROPEA (ETSI) En Europa ha sido estandarizado y aceptado por la UIT un sistema TDM de 32 canales, donde cada canal tiene 8 bits. Lo que equivale a 256 bits, los 32 canales. Una llamada es asignada a un canal en una trama. Como una señal de voz es muestreada cada 125µs debido al Teorema de Nyquist (Ts=1/(4kHz*2)), la muestra de un usuario es realizada en 8 bits cada 125us. Por lo tanto, la duración del canal es de: (125us/32) = 3.906us La asignación de los canales en la trama es: Canal0: Sincronización de la trama (alineación). Canal 16: Señalización. Canal 1-15 y 17-31: Voz/Datos.

Imagen 10

Como se muestra en la imagen 10, es la estructura europea, donde cada trama de duración de 125us tiene asignado 32 canales, y cada canal asignado a una llamada donde se transportan 8 bits.

ESTRUCTURA AMERICANA En la estructura americana como se muestra en la imagen 11, la cadena de bits consiste de tramas que contienen 193 bits, donde 1 bit es usado para la alineación y 192 son usados por los 24 canales de 8 bits cada uno.

Imagen 11

ALARMAS Y EVENTOS DE LA TRAMA E1 Se tienen 4 ejemplos de alarmas que suceden en la trama E1: LOS = Loss Of Signal (no hay señal física recibida en la interfaz). Se dice que un elemento tiene una LOSS cuando no hay señal física recibida en la interfaz, es decir que no se tiene señal de trama. LOF = Loss Of Frame (hay señal física válida G703, pero no hay estructura de trama según G704). Esto quiere decir que, si se recibe señal, pero no se identifica una estructura de trama.

LOMF = Loss Of Multiframe (trama válida pero no hay estructura de Multitrama). Indica que se recibe señal, que se identifica estructura de trama, pero no se detecta alineamiento de trama. AIS (Todo ‘1’): se produce cuando se reciben ‘1’ continuos (al menos 509 de los últimos 512 bits, por tanto, menos de 3 ‘0’ en dos tramas consecutivas). Una AIS se produce cuando se reciben 1 continuos, al menos 509 de 512, en dos tramas consecutivas, lo que quiere decir que no está recibiendo una señal correcta o valida.

Imagen 12



RAI se activa en caso de que el extremo remoto detecte: • LOS/LOF o BERT > 10E-3.

 RAI permite saber al MUX local que el MUX remoto tiene alguna alarma en recepción.

En la imagen 12 se visualiza un ejemplo donde se ubican 2 multiplexores, un enlace E1 que está enviando una señal hacia la derecha y un canal de retorno también. En el camino superior se genera un corte de la señal, de forma que lo que recibe el multiplexor de la derecha es una LOSS y lo notifica colocando el bit ‘A’ en las NFAS a 1, es decir que si está a ‘0’ no hay alarma y si está a 1 sí. Cuando el MUX de la izquierda recibe esta ‘A’ a ‘1’ activa lo que se denomina una RAI, es decir que está notificando alarma en el equipo remoto.

SINCRONISMO DE RELOJ. Los sistemas de transmisión TDM por multiplexación por división en el tiempo son síncronos por naturaleza. Todos los nodos de la red necesitan trabajar con un reloj común para poder insertar o extraer la información de los diferentes flujos a un ritmo idéntico. El nodo debe muestrear el flujo exactamente en el centro del bit para minimizar los efectos de la distorsión. Si el reloj no es único, entonces la deriva de los relojes individuales provoca deslizamientos o ’slips’ y acaba repitiendo un bit (se muestrea dos veces la misma muestra) u omitiéndolo (se muestrea justo antes y justo después de la muestra). Conclusión: debe existir un reloj patrón (master) en toda la red. Todos los nodos de la red deben sincronizarse con el reloj patrón. El reloj patrón puede ser: -

-

Una fuente externa de reloj (GPS, oscilador de precisión, …) (RELOJ EXTERNO). El oscilador interno de uno de los equipos (en redes reducidas no es tan importante la precisión del reloj patrón sino el hecho de que todos los nodos se sincronicen con este reloj patrón) (RELOJ INTERNO). El extraído de una señal síncrona de entrada al nodo (por ejemplo, un E1) (RELOJ ESCLAVO).

Si a un nodo de la red tenemos conectado un reloj patrón GPS a través de una entrada de sincronismo este nodo se configurará con reloj externo y enviará este reloj al resto de nodos que deberán configurarse como reloj esclavo.

BIBLIOGRAFIA -

https://www.ecured.cu/TDM https://www.monografias.com/trabajos103/multiplexion-division-tiempo-tdm/multiplexion-division-tiempotdm.shtml https://www.youtube.com/watch?v=pexAEh535Vg http://dtm.unicauca.edu.co/pregrado/conmutacion/transp/2.1-Digitalizacion.pdf...