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Sistemas deComunicação II

Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos



SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO II Prof. Sandro Rodrigo G. Bastos

2

Como toda obra semelhante, esta também contém

imperfeições e erros não detectados. Quem se dispuser a apontá-los,ou queira enviar críticas e sugestões, o endereço eletrônico é:

[email protected]

http://www.unisanta.br/srbastos




3

“Se não você, então quem?

Se não agora,então quando?”

Gary Herbert




4

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO....................................................................................................................6

1.1 Sistemas de Telecomunicações......................................................................................6

1.2 Histórico .......................... ........................... ........................... ........................... ............. 8

1.3 Telecomunicações no Brasil..........................................................................................9

2. PCM - MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO......................................... ................ 10

2.1 Teorema da Amostragem............................................................................................12

2.2 Quantização.................................................................................................................13

2.3 Compressão .......................... ........................... ........................... .......................... ....... 13

2.4 Codificação..................................................................................................................15

2.5 Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM) .................. .......................... ................ 15

2.6 Regeneração do Sinal na Linha .......................... ........................... ........................... .. 16

2.7 Demultiplexação, Decodificação, Expansão e Filtragem................................. ........... 16

2.8 Exercícios Propostos ...................................................................................................18

3. HIERARQUIAS DE MULTIPLEXAÇÃO PDH/SDH ........................ ........................... .. 19

3.1 Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH)....................................... .......................... ....... 19

3.2 Hierarquia Digital Síncrona (SDH) ......................... ........................... ........................ 21 3.2.1 O Módulo de Transporte Síncrono – STM ....................... ........................... ........... 22 3.2.2 Estrutura de Multiplexação da SDH........... ........................... .......................... ....... 23


4. TRANSMISSÃO EM BANDA BÁSICA...........................................................................28

4.1 Classificação dos sinais: ...................................... ........................... ........................... .. 28

4.2 Técnicas de Codificação:.............................................................................................29 4.2.1 Codificação NRZ...................................................................................................29 4.2.2 Codificação RZ ........................... ........................... ........................... .................... 30 4.2.3 Codificação AMI (Alternate Mark Invertion)........................ .......................... ....... 30 4.2.4 Codificação HDB-3 (High Density Bipolar with 3 Zero Maximum Tolerance)....... 30 4.2.5 Codificação CMI (Coded Mark Inversion)..... ........................... ........................... .. 30 4.2.6 Codificação Manchester ....................... ........................... ........................... ........... 31


5. INTRODUÇÃO À REDE TELEFÔNICA......................... ........................... .................... 33

5.1 A Central Telefônica...................................................................................................34

5.2 Evolução das Centrais.................................................................................................36

5.3 Requisitos das Centrais...............................................................................................37

5.4 Digitalização da Rede Telefônica........... ........................... .......................... ................ 37




5

5.5 Central CPA – Controle por Programa Armazenado........................ ........................ 38


6. COMUTAÇÃO TELEFÔNICA........................................................................................41

6.1 Comutação Espacial....................................................................................................41

6.2 Comutação Temporal..................................................................................................42

6.3 Sistema TST ................................................................................................................44


7. SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA.......................................................................................49

7.1 Sinalização entre Terminal e Central.......................... ........................... .................... 49 7.1.1 Sinalização Decádica / Multifreqüêncial .......................... ........................... ........... 49 7.1.2 Telefone Público ......................... ........................... ........................... .................... 50 7.1.3 Sinalização Acústica..............................................................................................50

7.2 Sinalização entre Centrais ........................................... ........................... .................... 50 7.2.1

Sinalização por Canal Associado ........................ ........................... ........................ 50

7.2.1.1 Sinalização de Linha..........................................................................................51 7.2.1.2 Sinalização entre Registradores...................... ........................... ........................ 54

7.2.2 Sinalização por Canal Comum..... ........................... ........................... .................... 56


8. BIBLIOGRAFIA................................................................................................................58

ANEXO A: LABORATÓRIOS..................................................................................................59

Experiência 1 – PCM Linear ............................ ........................... .......................... ................ 59

Experiência 2 – PCM Diferencial.......................... ........................... ........................... ........... 64

Experiência 3 – CODEC .......................... ........................... ........................... ........................ 69

Experiência 4 – Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM) ......................... .................... 72




6

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas de telecomunicações desempenham um papel muito importante na sociedade

e os desenvolvimentos atuais indicam que esse papel tornar-se-á ainda mais importante no futuro.Por telecomunicações entendemos aqui como todos os processos que tornam possível transferir voz,dados e vídeo, com o auxílio de alguma forma de sistema eletromagnético, incluindo métodos detransferência óptica. O rádio, a televisão, o telefone e a internet são as partes mais visíveis de umaestrutura complexa. Essa estrutura, formada por diversas redes, demanda planejamento,especificação, regulamentação, implantação, manutenção e administração. Para essas atividades asempresa precisam de técnicos e engenheiros.

No entanto, formam-se menos engenheiros que a demanda prevista para a área detelecomunicações. Certamente os indivíduos que se dedicarem a participar desse mercado promissorirão encontrar diversas oportunidades de crescimento profissional.

Este livro tem por objetivo mostrar de forma sucinta os conceitos básicos e uma análise

dos Sistemas de Telecomunicações. Teremos contato com diversos aspectos da Telefonia Digital,como a digitalização dos sinais de voz, os processos de multiplexação dos sinais, o estudo de redestelefônicas, e análise das modernas centrais CPA. Veremos ainda uma apresentação das técnicas demodulação digital e os princípios das redes de computadores.

1.1 Sistemas de Telecomunicações

Podemos dividir em quatro tipos de serviços, caracterizados pela forma como ainformação é apresentada ao usuário:

- Voz;- Dados e imagens;

- Vídeo;- Multimídia.

Para que as operadoras e empresas de telecomunicações possam oferecer todos os serviçosdesejados pelo usuário, é necessário uma estrutura complexa, envolvendo diversos equipamentoscomo centrais telefônicas, satélites, rádios, fibras, servidores, roteadores, gerência de rede, etc. Afigura 1.1 mostra alguns desses equipamentos. É evidente que o atual estágio de desenvolvimentocontempla mais tecnologia que a ilustrada na figura.




7

Figura 1.1 – Sistemas de Telecomunicações

S I S T E M A

C E L U L A R

C C C

E R B

G E R Ê N C I A

D E

R E D E

X .

2 5

T C P

/ I P

F r a m e

R e l a y

S a t é l i t e

R á d i o

P B X / P A B X

T e l e f o n e

F a x

C P A

C O M U T A Ç Ã

O

F I X A

E N T R O N C

M

U X

D E M

U X

T R A N S M I S S Ã O

C o m p u t a d o r

M o d e m

Ó p t i c o

M

o d e m

S a t é l i t e

R á d i o

M

U X

D E M

U X

T R A N S M I S S Ã O

M o d e m

Ó p t i c o

M

o d e m

C P A

C O M U T A Ç Ã O

F I X A

E N T R O N C

P B X / P A B X

T e l e f o n e

F a x

C o m p u t a d o r

S I S T E M A S

D E

T E L E C O M U N I C A Ç Õ E S




8

1.2 Histórico

Desde a pré história, o homem já se comunicava. É evidente que nessa época acomunicação era direta de pessoa para pessoa. Com o advento da escrita, passou o homem a secomunicar por mensagens inscritas em pedras que eram transportadas por mensageiros. Mais tarde,o homem descobriu que codificando as mensagens por sinais visuais ou sonoros poderia aumentar a

velocidade da comunicação: o uso de tambores e fogueiras data desta época.As telecomunicações se iniciaram verdadeiramente em 1844, quando Samuel MORSE

transmitiu a primeira mensagem em uma linha metálica entre Washington e Baltimore. Estavainventado o Telégrafo! A partir desse feito a tecnologia dos sistemas de comunicação foi evoluindo,devagar no princípio, assustadoramente veloz nos dias atuais, nos permitindo antever um mundototalmente interligado. A figura 1.2 mostra de forma concisa toda a história das tecnologias dainformação.

Figura 1.2 – História das Tecnologias da Informação




9

1.3 Telecomunicações no Brasil

Aparentemente, a história das comunicações no Brasil começou com a chegada da famíliareal em 22 de janeiro de 1808, quando D. João VI decidiu implantar o primeiro telégrafo em terrasbrasileiras.

Durante o Império, o Brasil foi um dos países pioneiros na montagem de uma estrutura detelecomunicações, chegando a instalar uma central telefônica no mesmo ano em que Paris ativou asua. Durante a República o crescimento do setor foi irregular, tendo períodos de forte crescimentoalternados com uma certa estagnação.

Anos 50: Mais de 1.000 companhias telefônicas, a maioria estrangeiras, com grande dificuldade deoperação de integração.

Anos 60: Marco inicial para o desenvolvimento ordenado das telecomunicações, passando ocontrole para a autoridade federal. Criação da EMBRATEL para implementar comunicação a longadistância.

Anos 70: Telefonia urbana muito deficiente. Constitui-se a TELEBRÁS com uma empresa pólo por

estado. Promove-se a incorporação das empresas existentes. Expressiva expansão da planta de 1,4milhões para 5 milhões de terminais telefônicos. Criado o CPqD da Telebrás. Estabeleceu-sepolítica industrial para consolidação de um parque industrial brasileiro.

Anos 80: Consolidou-se o processo de incorporação de empresas, permanecendo somente 5.Lançados satélites de comunicação BrasilSat I e II, conseguindo-se a integração total do país. Comisso, possibilitou-se a popularização e interiorização das telecomunicações.

Anos 90: Telebrás inicia a introdução de telefonia móvel celular e rede inteligente. Atinge a cifra de10 milhões de terminais telefônicos instalados. Em 1995 é aprovado o fim do monopólio estatal daoperação de serviços de telecomunicações. Aprovada em 1997 a Lei Geral de Telecomunicações ecriada a Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL).




10

2. PCM - MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO

Existe atualmente uma forte tendência à transformação dos atuais sistemas telefônicos em

redes inteiramente digitais, tanto no que diz respeito à transmissão como à comutação. Estatransformação teve início quando da introdução, em escala comercial, dos sistemas de transmissão

PCM. A evolução no campo da computação e dos sistemas digitais propiciou a continuidade dessatransformação através da introdução de processamento de dados no controle de centrais telefônicas,

criando assim as denominadas centrais CPA (Controle por Programa Armazenado).

As principais vantagens da introdução de tecnologia digital em centrais telefônicas,podem ser classificadas:

VANTAGENS TÉCNICAS

- Melhor qualidade de transmissão;

- Maior dificuldade de interceptação de conversação e maior facilidade de codificação paraligações sigilosas;

- Maior capacidade de sinalização entre centrais através do aproveitamento adequado dos canais

de sinalização dos sistemas PCM (64 Kbit/s);

- Menores tempos para o estabelecimento de chamadas, quer pelo menor tempo de acesso aoscomponentes da matriz de comutação, devido a compatibilidade entre as tecnologias da matriz e

do controle, quer pela maios facilidade de determinação de rotas livres na matriz;

- Maior facilidade de projeto e implementação de matrizes de comutação de grande capacidade e

bloqueio pequeno;- Compatibilidade com futuros meios de comunicação digital.

VANTAGENS ECONÔMICAS

- Redução de custo;

- Redução de peso e espaço ocupado pela matriz de comutação;- Possibilidade de integração de serviços, permitindo a transmissão e comutação mais eficiente de

dados de qualquer natureza;

- Simplificação de operação e dos procedimentos de pesquisa e correção de falhas

O PCM (Modulação por Código de Pulso) transforma um sinal analógico em uma série de

pulsos binários que podem ser manipulados. Esse procedimento resulta em um erro, ou ruído




11

intrínseco, provocado pela etapa de atribuições de níveis quânticos ao sinal.

O PCM consiste em relacionar o sinal a ser emitido com uma codificação de pulsos. É atécnica mais utilizada atualmente pelos sistemas de transmissão, sendo mostrada a seguir.

Figura 2.1 – Chaveamento de canais

O sistema PCM compõe-se de várias etapas nas quais o sinal é tratado devidamente paraser transmitido. Estas etapas são apresentadas no diagrama de blocos seguinte.

Figura 2.2 – Etapas da Modulação por Código de Pulso

Amostr CodificaçãoQuantiza

MU X

CodificaçãoQuantizaAmostr

Regeneração

D E M U X

Decodific Expansão F PB

Decodific Expansão F PB

C H 1

C H 30

C H 1

C H 30

C om pres

C om pres




12

2.1 Teorema da Amostragem

Consiste em substituir o sinal analógico por uma sucessão de amostras de curta duração

em intervalos regulares. Essa sucessão de amostras contém as informações necessárias para

posterior recuperação do sinal original, sem perdas de informação. Os sinais de entrada aplicados acada um dos canais correspondentes devem ser periodicamente amostrados para que possam ser

codificados e em seguida multiplexados no tempo.

A freqüência de amostragem deve ser maior ou igual a duas vezes a máxima freqüência do

sinal a ser amostrado (usualmente denominada de freqüência de Nyquist).

Onde Fa = Freqüência de amostragemFs = Maior freqüência do sinal amostrado

A voz humana ocupa uma faixa de freqüências de 20 a 20 KHz. A faixa de freqüências

utilizada em telefonia é de 300 a 3400 Hz, sendo que a freqüência de amostragem foi fixada em8000 Hz. Esta faixa de freqüências foi escolhida porque representa 90% da inteligibilidade do sinal.

O intervalo de tempo entre uma amostra e outra de um mesmo sinal é de 125 µs. Este valor foi

obtido através de:

Onde Ta = intervalo de amostragem

A figura 2.3 ilustra o processo de amostragem de um sinal telefônico analógico.

Figura 2.3 – Amostragem de um sinal de voz

sa f f 2≥

µ 1258000

11===

a

a f

T




13

2.2 Quantização

Como os sinais amostrados PAM são analógicos, a primeira etapa para a conversão destes

em sinais digitais é a quantização, que consiste em aproximar as amplitudes das amostras para

valores pré determinados (níveis de quantização).

Para que ele seja codificado, é necessário que assuma valores discretos, sendo aproximado

para um valor pré estabelecido mais próximo (valor de decisão). Na quantização uniforme, como os

intervalos de quantização são uniformemente distribuídos, sinais de menores amplitudes sofrerão

maiores efeitos do erro de quantização, ou seja, a relação sinal/ruído é menor para sinais de pequenaamplitude e maior para sinais de maiores amplitudes. As estatísticas dos sinais de voz revelam que

sinais de pequena intensidade são predominantes, o que inviabiliza a quantização desse sinal de

maneira uniforme.

Figura 2.4 – Quantização e Relação Sinal Ruído

Como vimos, o sinal quantizado traz consigo um erro de quantização (Eq). Podemos

definir esse erro como sendo:

VqVaEq −=

Onde: Va = Valor da Amostra

Vq = Valor Quantizado

2.3 Compressão

Na figura anterior verificamos que a Relação Sinal Ruído (RSR) é maior para valores

maiores de amplitude. Deste modo teremos uma RSR variável. Para se conseguir uma RSR melhorao longo de toda a dinâmica do sinal, e obter uma maior inteligibilidade, é necessário que a

quantização seja não - linear, onde os níveis de quantização são distribuídos de forma não - linear.Assim, teremos uma menor aproximação para níveis mais baixos.

O processo de compressão consiste em comprimir os níveis mais altos, sendo assim, a

quantização não - linear associada a um compressor permite que a relação sinal / ruído seja

constante para todos os níveis. A característica básica que define o funcionamento de um

compressor é a Lei de Compressão. Atualmente existem as seguintes Leis de Compressão:

Lei µ: Não é utilizada no Brasil. A curva característica da Lei µ apresenta 15 segmentos e é

utilizada para um sistema PCM de 24 canais. Adotada nos EUA e Japão.




14

Lei A: Adotada para os sistemas de 32 canais onde a curva é aproximada para 13 segmentos de

reta. Utilizada na Europa e Brasil.

Para execução prática dos equipamentos PCM, as curvas definidas pela Lei de

Compressão são aproximadas por segmentos de reta, onde cada segmento (trecho) tem o mesmonúmero de níveis (igual a 16). A figura abaixo mostra a curva característica da Lei A..

Figura 2.5 – Curva Característica da Lei A

SEG7 110 0000 a 1111

SEG6 101 0000 a 1111

SEG8 111 0000 a 1111

SEG5 100 0000 a 1111

SEG4 011 0000 a 1111

SEG3 010 0000 a 1111

SEG2 001 0000 a 1111

SEG1 000 0000 a 1111

SEG1 000 0000 a 1111

SEG2 001 0000 a 1111

SEG3 010 0000 a 1111

SEG4 011 0000 a 1111

SEG5 100 0000 a 1111

SEG6 101 0000 a 1111

SEG7 110 0000 a 1111

SEG8 111 0000 a 1111

1

2

3

7

6

5

4

7

12

11

10

9

78

13

p=1 b a

p=0 b a

Y: Saída de níveis quantizados SEG: Segmento b: Segmento

X: Nível do sinal de entrada P: Polaridade do Pulso a: Nível dentro do segmento




15

2.4 Codificação

A codificação é usada após a compressão para converter a amplitude de cada pulso PAM

em uma combinação de bits zero e um. Os 128 intervalos positivos mais os 128 intervalos negativos

formam os 256 (28) intervalos do sistema de transmissão PCM, sendo representados por palavrascódigo (código binário) de 8 dígitos, isto é, 8 bits.

O formato da palavra código utilizado para representar cada valor codificado, é ilustrado

na figura abaixo.

Figura 2.6 – Formato da Palavra Código de 8 bits

P: Indica a polaridade do pulso PAM, isto é, se ele se encontra na metade superior (p = 1)

ou inferior da curva de compressão (p = 0);

B: Indica o segmento dentro da metade definida por p, em que se encontra a amostra em

questão (3 bits podem representar 8 segmentos). Para a característica de compressão utilizada, a

curva é dividida em 13 trechos. Porém, como o trecho número 7 é subdividido em 4 segmentos,tem-se na realidade um total de 16 segmentos;

A: Indica o nível dentro do segmento ou trecho do segmento (4 bits podem representar 16

níveis).

2.5 Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM)

A multiplexação permite que os vários sinais amostrados sejam transmitidos por uma

única via de transmissão. Para um sistema PCM de 32 canais (30 canais para informação, uma canalpara sinalização e outro para alinhamento e sincronismo), a chave eletrônica da etapa de

amostragem varre um determinado canal num intervalo de tempo t.

T é o período de varredura de um quadro, que por sua vez é composto de 32 canais.

Portanto, o tempo de varredura de um canal é de 3,9 µs e o tempo de um único bit é.

Logo, o restante do tempo T - t pode ser utilizado para transmissão, na, mesma linha, de

outros canais de comunicação, obtendo assim a Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM). Os32 canais do PCM formam o quadro básico de 2.048 Kbps, ou 2 Mbps. O quadro repete-se 8.000

vezes por segundo, ou seja, cada quadro tem a duração de 125 ¡£ ¢¥ ¤§ ¦© ¦ © ! # "$ ¦© %& ') ($ %0 1 ¦£ 2 © '

tem a capacidade de transportar 8 x 8.000 = 64 Kbit/s.

O intervalo de tempo (Time Slot) zero é utilizado para transportar o sinal de alinhamento

de quadro. Os bits desta palavra têm sempre o mesmo formato: 10011011. O receptor determina a

1 2 3 4 5 6 7 8

p b a

sT

tc µ 90625,332

125

32=== ns

Nb

tctb 28,488

8

90625,3===




16

posição do quadro de pulsos baseado nas palavras de alinhamento dos quadros entrantes, para que

os bits entrantes possam ser distribuídos aos circuitos telefônicos na seqüência correta. A palavra dealinhamento de quadro é transmitida alternadamente com a palavra de alarmes.

Figura 2.7 – Quadro PCM de 1ºOrdem (2.048 Kbit/s)

O canal 16 é normalmente utilizado para transportar a sinalização associada aos canais

úteis; com a introdução da sinalização por canal comum, o Time Slot 16 passa a ser utilizado para

transportar mais um canal útil. O canal 16 funciona da seguinte maneira:

- No quadro 0: Sincronismo de multiquadro (conjunto de 16 quadros);

- No quadro 1: Sinalização dos canais 1 e 17;

- No quadro 2: Sinalização dos canais 2 e 18;- ...

- No quadro 15: Sinalização dos canais 15 e 31.

2.6 Regeneração do Sinal na Linha

No sistema de transmissão PCM, a forma de onda de pulso transmitida é deformada na

linha, mesmo se for bipolar. Entretanto, ela pode ser regenerada, sem distorção, através do uso de

repetidores instalados em intervalos regulares.

O repetidor digital apresenta vantagens sobre o repetidor analógico, pois além de

reconstituir o pulso no formato original, elimina completamente o ruído que estava presente junto

com o sinal na entrada do repetidor. Com o repetidor analógico, isto não acontece, pois este

amplifica tanto o sinal de informação quanto o ruído existente no sinal de entrada do repetidor, alémde inserir o próprio ruído, tornando difícil a reconstituição do sinal original.

Nos enlaces PCM são utilizados repetidores de 2 a 5 Km.

2.7 Demultiplexação, Decodificação, Expansão e Filtragem

Estas etapas realizam as operações inversas da Multiplexação, Codificação e Compressão.

Na demultiplexação, as informações contidas nos bits de sincronismo permitem que os

pulsos PAM sejam encaminhados para seus respectivos canais por meio de uma seqüência de portas




17

que se abrem sucessivamente.

A decodificação, executada na recepção, é a operação inversa à codificação realizada natransmissão. Nesta fase o sinal digital é transformado na forma de pulsos PAM.

Na recepção, após a decodificação, o pulso precisa ser restaurado, ou seja, expandido

através de um processo denominado Expansão. Consiste em aplicar uma Lei exatamente inversa à

da Compressão.

Finalmente, os pulsos PAM, passando através de filtros existentes em cada canal,

reconstituem os sinais originais.

Exercício 2.1: Suponha um sistema PCM com freqüência de amostragem 8 KHz, 24 intervalos detempo e 8 bits de palavra de codificação. Pergunta-se:

a) Qual a freqüência máxima que pode ser amostrada sem distorção?

b) Qual o tempo de quadro (Tq), tempo de canal (Tc) e tempo de bit (Tb)?c) Qual a taxa de transmissão do quadro (Vq) e de cada canal (Vc)??




18

Exercício 2.2: Dado o sinal abaixo, e utilizando apenas 8 níveis de quantização, preencha a tabela

para cada valor amostrado.

Valor Real da Amostra 1,3 V 3,6 V 2,3 V 0,7 V -0,7 V -2,4 V -3,4 V

Valor Quantizado

Número do Código

Seqüência PCM

2.8 Exercícios Propostos

1- Quais são as etapas que compõem um sistema PCM ?

2- Por que é utilizada a compressão ?

3- Suponha um sistema PCM com freqüência de amostragem 16 KHz, 22 intervalos de tempo e 6bits de palavra de codificação. Pergunta-se:

a) Qual a freqüência máxima que pode ser amostrada sem distorção?

b) Qual o tempo de quadro (Tq), tempo de canal (Tc) e tempo de bit (Tb)?c) Qual a taxa de transmissão do quadro (Vq) e de cada canal (Vc)??

4- Esboce o quadro PCM de 1º ordem.




19

3. HIERARQUIAS DE MULTIPLEXAÇÃO PDH/SDH

3.1 Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH)

A comunicação digital utiliza como base o canal de voz digital de 64 Kbit/s que por sua

vez é multiplexado segundo técnicas TDM (multiplexação em tempo) nos diversos enlaces etroncos de comunicação que compõem o sistema. O sistema de multiplexação é hierarquizado,

geralmente com 4 níveis, começando com o canal básico de 64 Kbit/s, agregando a seguir feixes de

canais básicos, segundo esquemas próprios, padronizados pelo ITU ou um padrão americano.

As principais características dos níveis de multiplexação da hierarquia de transmissão

digital do ITU e americana estão resumidas na Tabela 3.1. Em cada nível de multiplexação é levado

em conta o fato de que os relógios dos tributários, além de serem distintos, não são exatamente

iguais, mas quase iguais, dentro de uma certa tolerância, e por isso chamados sinais plesiócronos

( plésio, do grego; quase igual).

Hierarquia Digital Plesiócrona PDH

Hierarquia Digital Européia(ITU)

Hierarquia Digital Americana Hierarquia Digital Japonesa

Designa

ção

Taxa

[Kbit/s]

Equiv.Canal B

Designa

ção.

Taxa

[Kbit/s]

Equiv.

DS0

Designa

ção

Taxa

[Kbit/s]

Equiv.Canal B

Canal B 64 - DS0 64 - Canal B 64 -

E1 2.048 30 DS1 1.544 24 DS1 1.544 24

E2 8.448 128 DS1C 3.152 48 DS2 1.312 96

E3 34.368 512 DS2 6.312 96 J1 32.064 501

E4 139.264 2048 DS3 44.736 672 J2 97.728 1527DS4NA 139.264 2016

DS4 274.176 4032

DS: Digital Signal E: Europeu J: Japonês

Tabela 3.1 – Padrões PDH

Devido a este fato, o sistema de multiplexação assim estruturado, é chamado de sistema




20

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Aos relógios de cada tributário deste sistema é permitidauma pequena variação ou tolerância em torno de um valor nominal. A partir do 2o. nível demultiplexação, os tributários são inseridos em um buffer que é lido a uma taxa ligeiramente superiorà taxa do tributário. Quando não há nenhum bit no registrador de entrada, porque os bits vem a umataxa um pouco menor, é adicionado um bit de enchimento (stuff bit) no fluxo de bits agregado. Éclaro que existe um mecanismo que sinalizará ao demultiplexador que foi feito um "enchimento" e

que este bit deverá ser retirado do fluxo na recepção. Através deste mecanismo de buffer elásticotodos os tributários do multiplexador são compatibilizados segundo um relógio único permitindodesta forma uma multiplexação TDM síncrona. Os multiplexadores do nível 2 a 4 aplicam estatécnica em relação aos seus tributários que são plesiócronos.

Somente no primeiro nível da hierarquia de multiplexação digital (32canais de 64 Kbit/s =2.048 Kbit/s), como os fluxos digitais dos tributários (canais de voz de 64 Kbit/s) provêm doscodecs (conversores AD/DA) de entrada, que são cadenciados sincronamente a partir de um relógioúnico do próprio MUX, a multiplexação é do tipo TDM

0....

.

.

.31

2,048 Mbit/s

4 x8,448 Mbit/s

4 x34,368 Mbit/s

4 x139,264Mbit/s

32 x

32 x 64kbit/s = 2,048Mbit/s

Nível 0 Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4

Nível

Hierarquico

Taxa de bits nominal

[kbit/s]

Freqüência Relógio

[kHz]

Tolerância do Relógio

[ppm: partes por milhão]

0 64 64 64 ±1001 2048 2048 2048 ±502 8448 8448 8448 ±303 34368 34368 34368 ±20

Precisão dos Relógios dos Tributários em cada nível de Multiplexação

Figura 3.1 – Estrutura de Multiplexação da PDH

Tendo em vista as diferenças entre os sistemas PDH europeu, americano e japonês, torna-se difícil a interligação destes sistemas num sistema de comunicação digital mundial unificado. Estefato, além de outros fatores, contribuíram para a definição de um novo sistema de comunicaçãodigital, que desse suporte para a transmissão em altas taxas, além de perfeita compatibilidade entreas diversas hierarquias de multiplexação digitais existentes. Também foram fatores decisivos, anecessidade de maior flexibilidade e confiabilidade destes sistemas, além de facilidades degerenciamento, reconfiguração e supervisão, enfim, um sistema dentro do conceito de RedeInteligente.

Este novo sistema é conhecido como Hierarquia Digital Síncrona, SDH (europeu), ouSONET (americano). A principal característica deste sistema, como aliás diz o próprio nome, é ofato de que ele é totalmente síncrono, baseado em um relógio mestre universal de alta precisão. Os




21

canais digitais do sistema PDH, após passarem por um processo de adaptação, podem trafegar pelos

canais síncronos d e alta velocidade do sistema SDH/SONET.

3.2 Hierarquia Digital Síncrona (SDH)

Por volta de 1985, o comitê T1X1 da ANSI, desenvolveu as primeiras interfaces paratroncos óticos de alta velocidade baseados em fibra ótica, conhecido como SONET (SynchronousOptical Network). A partir de 1988, muitos dos estudos, interfaces e propostas da SONET foram

acolhidas pelo ITU-T através das Recomendações G.707, G.708, e G.709, tornando-se desta forma

um padrão mundial conhecido como SDH (Sinchronous Digital Hierarchy) do ITU-T.

A SDH é uma rede síncrona de transporte de sinais digitais, formada por um conjunto

hierárquico de estruturas de transporte padronizadas com objetivo a transferência de informações

sobre redes digitais e oferecendo aos operadores e usuários flexibilidade e economia.

A seguir temos as principais características da SDH que mostram o grande avanço que

esta tecnologia trouxe para as redes de transporte:

- Padronização Total: Este foi um dos principais objetivos da SDH, permitindo um ambiente

multifornecedor. O ITU-T padronizou diversos itens, como a taxa de bit, estrutura de quadro,interface de tributários, interface de linha, gerência de rede, etc.

- Flexibilidade aos tributários: A estrutura do quadro SDH possui características que facilitam

o aceso, derivação e inserção de tributários. Para a formação do quadro, a multiplexação se dáatravés do entrelaçamento de bytes (na PDH é a nível de bit). A localização e acesso aos

tributários se dá através dos ponteiros presentes no quadro SDH, que indicam a posição de

início de um tributário dentro do quadro.- Grande Capacidade para Gerência de Rede: Cerca de 5% da capacidade de transporte é

destinado ao transporte de bytes específicos a gerência de rede.

Com as características apresentadas, a SDH introduziu alguns benefícios nas redes detransporte:

- Custo da rede mais baixo;

- Melhor gerência de rede;- Provisionamento mais rápido;

- Disponibilidade da rede;

- Atendimento a serviços futuros.

A SDH foi projetada para que suportasse a transmissão de quase todos os tipos de sinais

existentes. Entre os muitos, cita-se alguns com o mapeamento já definido: PDH (2, 34, 140 Mbps),

ATM, FDDI, Frame Relay. Acredita-se que qualquer sinal que possa aparecer nos sistemas detelecomunicação poderão ser transportados pela SDH.

A tabela apresenta a Hierarquia Digital Síncrona SDH e o sistema equivalente americano

SONET (Synchronous Optical NETwork). A principal diferença entre os dois sistemas é em relaçãoa estrutura do quadro do canal básico, a partir do qual é estruturada a hierarquia de multiplexação, e

a designação dos diversos canais digitais. Enquanto o SONET inicia com um canal chamado STS-1,

de 51,84 Mbit/s, o sistema SDH começa com um canal designado de STM-1, de 155,52 Mbit/s.




22

Hierarquia Digital Síncrona SDH/SONET

DesignaçãoSONET(ANSI)

Designação SDH(ITU-T)

Taxa[Mbit/s]

Taxa útil[Mbit/s]

STS-1 (OC-1) - 51,84 50,112

STS-3 (OC-3) STM-1 155,52 150,336

STS-9 (OC-9) STM-3 466,56 451,008

STS-12 (OC-12) STM-4 622,08 601,344

STS-18 (OC-18) STM-6 933,12 902,016

STS-24 (OC-24) STM-8 1244,16 1202,688

STS-36 (OC-36) STM-12 1866,24 1804,o32

STS-48 (OC-48) STM-16 2488,32 2405,376

STS: Sinchronous Transport Signal STM: Sinchronous Transport Module

ANSI: American Nacional Standard Institute OC: Optical Carrier

Tabela 3.2 – Hierarquia Digital Síncrona SDH/SONET

3.2.1 O Módulo de Transporte Síncrono – STM

Na SDH é definida uma estrutura básica de transporte de informação, o Módulo deTransporte Síncrono – 1 (STM-1), com taxa de 155,52 Mbps. Esta estrutura define o primeiro nível

da hierarquia, e atualmente estão padronizadas 3 módulo de transporte síncrono: STM-1, STM-4 e

STM-16.

A estrutura de quadro do STM-1 consiste de 9 linhas e 270 colunas, lidos da esquerda para

a direita e de cima para baixo, com duração de 1253 4£ 5 67 49 8© @B A© C D& E 4F 4H GI DP GR QB GT S GV UW AX @ UY A S Ab a$ Ac C Ge d$ 5g f f f

quadros/segundo, logo um byte dentro do quadro representa 64 Kbps. Já a estrutura de quadro do

STM-N é obtida através da multiplexação de “N” payloads de quadros STM-1

Figura 3.2 – Módulo de Transporte Síncrono - STM

A estrutura de quadro possui basicamente as seguintes áreas:

RSOH – Cabeçalho de Seção de Regeneração: Seu conteúdo pode ser examinado e modificado

não somente pelos terminais de uma seção mux, mas também pelos regeneradores de linha.

Contém, a seguinte estrutura, sendo que os espaços em branco servem para compatibilizar com aSONET.

9 co lunas

R S O H

M S O H

Ponte i ro

260 co lunas

1

34

5

9

Payload

P

O

H

1 co luna

125 us




23

A1 A1 A1 A2 A2 A2 C1

B1 E1 F1

D1 D2 D3

A1 e A2: Dois bytes para sincronismo de quadro (F6 e 28 em hexadecimal).

C1: Identificador de STM.B1: Monitoração de erro de bits, através do cálculo de paridade (BIP-8) do quadro anterior.

E1: Canal de serviço, é um canal de voz 64 Kbps.F1: Canal de usuário.

D1, D2 e D3: Canais de comunicação de dados de 192 Kbps.

Ponteiro: O ponteiro é responsável por tornar a rede SDH síncrona, pois sua função é indicar a

posição do primeiro byte do Payload associado a ele. Se o relógio dos dados de um tributário

qualquer se adianta ou atrasa em relação à cadência do relógio SDH, os ponteiros adiantam ou

atrasam a localização temporal da informação dentro do quadro STM.

MSOH – Cabeçalho de Seção de Multiplexação: Seu conteúdo não pode ser acessado por

regeneradores de linha. Sua estrutura é:

B2 B2 B2 K1 K2

D4 D5 D6

D7 D8 D9

D10 D11 D12

Z1 Z2 E3

B2: Monitoração de erro de bits, através do cálculo de paridade BIP-24.

K1 e K2: Canais de comutação automática.

D4 a D12: Canais de comunicação de dados de 576 Kbps.

Z1 e Z2: Reservados.

E2: Canal de serviço.

POH – Cabeçalho de Via: Os bytes POH prestam-se a várias funções:

J1 Identificador dos pontos de um trajeto

B3 Monitoração de erro de bits, utilizando BIP-8

C2 Identificador de carga do VC

G1 Indica estado do trajeto

F2 Canal de Usuário

H4 Indicador de multiquadro

Z3 Reservado para uso futuro



Payload: Onde serão colocados os tributários, podendo ser sinais PDH, ATM, Frame Relay, etc.

3.2.2 Estrutura de Multiplexação da SDH

Na figura 3.3 é mostrada a estrutura hierarquizada do SDH que também permite a inserção




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dos acessos básicas do sistema de multiplexação PDH para dentro deste sistema passando porém

por uma adaptação. Através deste sistema de adaptação, os mecanismos de adição ou extração (add and drop) de canais digitais de ordem inferior a partir de um agregado de ordem superior , processo

complicado e demorado no sistema PDH, torna-se simples e direto no sistema SDH.

Exemplificando; a inserção ou extração de um canal de 64 Kbit/s de um canal E3 de

34,368Mbit/s do sistema PDH, precisa necessariamente passar pelas etapas intermediárias, (no casoE2 e E1) e em cada um deles sincronizar os sinais a partir do relógio próprio de cada tributário

intermediária, o que além de complicado é demorado. Já no sistema SDH, em vista de que éutilizado um relógio mestre único, em todos os níveis de multiplexação, não há necessidade de

passar por estes processos, aumentando-se desta forma a eficiência, a rapidez e confiabilidade do

sistema.

Figura 3.3 – Estrutura de Multiplexação SDH/SONET

O mapeamento do fluxo de bits de um canal PDH é feito segundo um conceito de

container (C). O container é um estrutura de dados (bloco), fixa para cada tipo de acesso. Aocontainer é acrescido a informação sobre a rota por onde ele será transportado.




25

O container com a informação de rota é chamado de Virtual Container (VC), o qual aoreceber a informação do ponteiro da localização temporal da informação útil dentro do VC échamado de Unidade Tributária.(TU). As TU's por sua vez, podem ser agrupadas por multiplexaçãopara um nível superior. Através de um novo processamento de ponteiros temporais, são obtidas asUnidades Administrativas (AU), que por sua vez podem ser multiplexadas para os níveis de entradano SDH/SONET, ou seja STM 1 ou STS 3.

Na figura seguinte, temos somente a estrutura de multiplexação SDH com os tributáriosPDH da Hierarquia Européia.

Figura 3.4 – Estrutura de Multiplexação SDH simplificada

A estrutura de dados dos canais digitais do PDH são transformadas segundo etapas emodificações sucessivas, definidas a seguir:

• Container de ordem n, ou Cn (n=1-4)• Virtual Container de ordem n, ou VCn (n=1-4)• Tributary Units, TUn (n=1-4)• Tributary Unit Group, TUGn (n=2 ou 3)• Administration Unit, AUn (n=3 ou 4)• Administration Unit Group, AUG

Container C-n (n=1-4) Um container é a estrutura de Dados que contém a informaçãoútil ( payload ) da rede PDH para formar um virtual container (VC). Para cadacontainer Cn há um VC correspondente.

C1 - pode ser de dois tipos; C11 - 1544 Kbit/s (DS1) eC12 - 2048 Kbit/s (E1)

C2 - 6312 Kbit/s (DS2)C3 - 44.736 Kbit/s (DS3) ou 34.368 Kbit/s (E3)C4 - 139.264 Kbit/s (DS4AN ou E4)

Container Virtual VC-n (n=1-4) O Container Virtual é a estrutura de informação usadapara conter a informação útil mais a informação de rota do SDH. É composto

portanto pêlos campos de informação da carga útil (payload) e o cabeçalho de rota(POH - Path OverHead), organizado em uma estrutura de quadro que se repete acada 125 ou 500 µs como mostra a figura.

VC-n h C-n + POH POH Carga Útil

x3x7

x1x3

x1xN




26

Unidades Tributárias TU-n (n=1-3) O TU-n é uma estrutura de dados usada paraadaptar a camada de rota de ordem inferior em uma camada de rota de ordemsuperior.

TU-n i VC-n + Ponteiro de TU

Grupo de Unidades Tributárias TUG-n (n=2,3) O TUG é composto por um grupo deTU’s multiplexados para formar um VC de ordem superior. Ex.: TU-3 + TU-3 +TU-3 i VC-4

TU-n +…+ TU-n i TUG-n i VC-n+1

Unidade Administrativa AU-n (n=3,4) É a estrutura de informação usada para adaptar acamada de rota de ordem superior com a camada de seção de multiplex. Aestrutura AU é composta por um VC de ordem superior e um ponteiro de AU.

VC-n + ponteiro i AU-n

Grupo de Unidades Administrativas AUG A estrutura AUG é composto por um grupode AU’s, que a seguir, podem ser multiplexados para formar um STM-n

AU-n + …+AU-n i AUG

Ex.: AUG i AU3 + AU3 + AU3 ou, AUG i AU4

Synchronous Transport Module STM-n (n=1,4,16…) Um STM é a estrutura de dadosusada para acomodar as conexões da camada de seção no SDH.

n.AUG + (SOH+LOH) i STM-n

Exercício 3.1: Descreva todo o processo de formação do quadro STM-1 através de um sinal PDHde 140 Mbit/s.

POH

Carga ÚtilPonteiro




27

Exercício 3.2: Dada a rede SDH abaixo e considerando que um tributário é inserido no nó A e

retirado no nó B, determine as seções de multiplexação, regeneração e via.

A B

C

D

M u x

M u x

M u x

M u x

R e g R e g


1- Quais são os níveis de multiplexação e respectivas velocidades da PDH adotada no Brasil?

2- Como são compatibilizados os relógios dos tributários na PDH?

3- Desenhe o quadro da SDH e explique de forma sucinta as suas principais áreas.

4- Dada a estrutura de multiplexação SDH, descreva as seguintes etapas: Container, VirtualContainer, Unidade Tributária, Grupo de Unidades Tributárias, Unidade Administrativa, Grupo

de Unidades Administrativas e STM (Módulo de transporte Síncrono).

x3x7

x1x3

x1xN




28

4. TRANSMISSÃO EM BANDA BÁSICA

A modulação não é a única forma de se transmitir um sinal digital para um ponto remoto.

Desde que a distância entre o transmissor e receptor seja de alguns quilômetros, a banda detransmissão disponível seja em torno de 15 KHz e o meio de transmissão tenha certas

características, é possível realizar a Codificação Banda Base do sinal digital.

Esse processo consiste na reconfiguração do sinal digital (informação que se quer

transmitir) em um sinal melhor adaptado às condições de transmissão.

A Codificação Banda Base é realizada para alcançar os seguintes objetivos:

a) A variação da componente DC deve ser a menor possível;

b) A possibilidade de fácil extração do sinal de relógio;

c) A faixa de freqüência ocupada deve ser a mais estreita possível.

4.1 Classificação dos sinais: Os sinais em Banda Base podem ser classificados quanto a duração e polaridade de seus

pulsos:

Duração: NRZ (non return to zero): cada bit 0 é representado por um pulso OFF e cada bit 1 por um

pulso ON ocupando todo o intervalo significativo do bit;

RZ (return to zero): os bits 1 são representados por pulsos ON com duração de meio intervalo

significativo bit.

Polaridade: Unipolar: os dois níveis tem a mesma polaridade (exemplo: 0 e “+”). Esse tipo de sinal resultaem codificação com componente DC que não leva informação mas consome energia. Além

disso, a ocorrência de uma longa seqüência de bits 0 resulta em um sinal que não apresenta

transições, dificultando a sincronização dos equipamentos.

Polar: este sinal possui pulsos com polaridades opostas (exemplo: o bit 0 é representado por

pulso “-” e o bit 1 por pulso “+”), zerando a componente DC se a mensagem contiver uma




29

proporção igual de bits 0 e 1.O número de transições dependerá completamente do sinal

transmitido.

Bipolar: os sucessivos bits 1 são representados com pulsos de polaridade alternada.

4.2 Técnicas de Codificação:

Existem diversas técnicas de codificação, ilustradas na figura abaixo e descritas adiante.

Clo

0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1

+1 Unip0 NR

+1 Bip0 NR-1

+1 Unip0 R

+1 Bip0 R-1

+1 AM0

-1

+1 HD0

-1

+1 CM-1

Man+1 te-1

Figura 4.1 – Exemplos de formas de onda codificadas

4.2.1 Codificação NRZ

Com o código NRZ, o nível do sinal é mantido constante em uma de duas tensões

possíveis, pela duração de um intervalo de bit. Se as duas voltagens permitidas são 0 e V, a forma

de onda NRZ é dita UNIPOLAR. Este sinal tem uma componente DC diferente de zero. Por outrolado, o sinal NRZ BIPOLAR usa duas polaridades, +V e -V, deste modo provê uma componente

DC nula.

Sina

Dad




30

A codificação NRZ apresenta carência de transições de dados, o que resulta em um pobredesempenho na recuperação de relógio. Esta característica limita o seu uso apenas para pequenasdistâncias de transmissão e conexões entre estações.

4.2.2 Codificação RZ

O nível do sinal que representa o bit de valor 1 dura a primeira metade do intervalo do bit,após o qual o sinal retorna para o nível de referência (zero) para o restante meio intervalo de bit.Um bit 0 é indicado por uma não mudança, com o sinal continuando no nível de referência (zero).

Sua principal vantagem reside no aumento das transições e comparação com o NRZ, comuma resultante melhoria na recuperação do relógio. Nota-se que uma seqüência muito grande de 0resulta em um sinal sem transições, o que representa um problema para os circuitos de recuperaçãode relógio.

4.2.3 Codificação AMI (Alternate Mark Invertion)

Na codificação AMI (bipolar), o bit 0 é sempre codificado como nível zero, e os bits 1 são

codificados como +V ou -V, onde a polaridade é alternada para cada ocorrência de bit 1. Acodificação AMI resulta em uma componente DC nula. A representação AMI pode ser NRZ (100 %do tempo de bit) ou RZ (50% do tempo de bit).

A garantia de transição dos níveis para cada bit 1, proporciona um ótimo desempenho narecuperação de relógio, melhorando ainda mais quando o sinal for RZ. Esta codificação apresentaainda a capacidade de detecção de erro, pois amplitudes positivas consecutivas sem uma amplitudenegativa intermediária (e vice-versa) constituem uma violação da regra AMI e indicam que ocorreuum erro na transmissão.

Porém, uma longa seqüência de zeros não produz transições no sinal, o que pode causardificuldade na recuperação do relógio.

4.2.4 Codificação HDB-3 (High Density Bipolar with 3 Zero Maximum Tolerance)

Esta codificação limita o número de zeros consecutivos permitidos em substituição doquarto zero por uma violação bipolar. Além disso, a fim de eliminar qualquer possível componenteDC devido a seqüência adicionada, o codificador força o número de B (nível lógico 1) entre doispulsos V (violação) consecutivos a ser sempre ímpar

É utilizado para codificar o sinal do multiplex de 2 Mbps, 8 Mbps e 34 Mbps dentro dahierarquia européia. Essa codificação segue as regras abaixo:

1- Quando 3 ou menos bits 0 se sucedem, a regra AMI deve ser aplicada.2- Quando mais do que 3 bits 0 se sucedem, a seqüência 0000 é substituída por B00V ou

000V, onde:

- Pulso B: Pulso de lógica 1 em concordância com as regras AMI.- Pulso V: Pulso de lógica 1 em discordância com as regras AMI.3- O uso de B00V ou 000V depende do número de pulsos B contidos entre os pulsos V:- Número ímpar: 000V- Número par: B00V

4.2.5 Codificação CMI (Coded Mark Inversion)

É utilizada como código de linha para o sinal multiplex de 4o. ordem (140 Mbps), bem




31

como no sistema SDH 155 Mbps.

O símbolo 1 é enviado com polaridade alternada utilizando 100% do tempo de bit. Osímbolo 0 é enviado por uma troca de polaridade de negativo para positivo com 50% do tempo de

bit.

4.2.6 Codificação Manchester

Para os bits 1, utiliza-se uma defasagem de 180o em relação o relógio (clock). Para os bits

0 não se utiliza defasagem. Este sistema pode ser implementado, logicamente, por uma porta OU-

Exclusivo:

RELÓGIO

SINAL NRZ

MANCHESTER

Figura 4.2 – Implementação da Codificação Manchester com porta OU-Exclusivo

Exercício 7.1: Dado o sinal binário abaixo, faça as seguintes codificações: NRZ, RZ, AMI (50%),

AMI (100%), HDB3 (50%), CMI e Manchester.

1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1DADOS

NRZ

RZ

AMI (50%)

AMI (100%)

HDB3 (50%)

CMI

MANCHESTER

CLOCK




32


1- Dado o sinal binário abaixo, faça as seguintes codificações: NRZ, RZ, AMI (50%), AMI

(100%), HDB3 (50%), CMI e Manchester.

1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1DADOS

NRZ

RZ

AMI (50%)

AMI (100%)

HDB3 (50%)

CMI

MANCHESTER

CLOCK




33

5. INTRODUÇÃO À REDE TELEFÔNICA

A rede telefônica evoluiu a partir do serviço básico de telefonia para um portfólio de

serviços denso e variado. A rede telefônica é constituída pela rede longa distância, que inclui ascentrais interurbanas e internacionais e os respectivos entroncamentos; a rede local contendo as

centrais e entroncamento em área urbana e o enlace de assinante, constituído pelos terminais elinhas de assinante.

Os assinantes de uma operadora telefônica demandam diversos serviços:

- Transmissão de dados;- Telefonia;

- Telex;

- Comunicações Móveis;

- Acesso à Internet;- Transmissão de Vídeo.

Para a provisão desses serviços, a operadora estrutura seu sistema em diferentes redes decomunicações, com características que otimizam o fornecimento de determinado serviço:

- Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC);

- Rede Pública Comutada Telegráfica (TELEX);- Redes Privadas;

- Sistema Móvel Celular (SMC);

- Rede Pública de Transmissão de Dados;

- Provedores de Serviços Internet.

A figura a seguir mostra a estrutura topológica da rede telefônica, com os diferentes tipos

de centrais telefônicas:




34

Figura 5.1 – Estrutura topológica da rede telefônica

5.1 A Central Telefônica

O invento de Grahan Bell permitia que apenas duas pessoas se comunicassem.

Evidentemente a necessidade de comunicação da sociedade era muito maior, porém fazer váriosusuários falarem entre si apresentava sérios problemas. Como exemplo, vamos supor que 6 usuários

de uma localidade quisessem se interligar. Para ligarmos diretamente os usuários, seria necessário

15 pares de fios.

No caso de termos n assinantes, vamos precisar de N pares de fios, dado pela combinação

de “n elementos dois a dois”. Assim o número de pares de fios é: N = n (n – 1) / 2, onde nrepresenta o número de assinantes. Para 100 assinantes teríamos 4.950 pares de fios, e para 10.000

assinantes seriam 49.995.000 linha telefônicas.

Surgiu a idéia de, em vez de comutar o telefone no assinante, se comutassem todos os

assinantes centralizadamente. Agora cada assinantes corresponde a um par de fios, o que diminui a

rede externa. O ponto central onde se dava a comutação e para qual convergiam os pares de fiosficou conhecido como Central Telefônica e os pares de fio como Linhas de Assinantes.

As Centrais Telefônicas podem ser classificadas quanto a sua capacidade final de




35

terminais, a aplicação, função na rede telefônica e tecnologia de comutação.

Quanto a capacidade final de terminais as centrais se classificam em:

- Central Simplificada: Capacidade final até 1.000 terminais;

- Central de Pequeno Porte: Capacidade final até 4.000 terminais;

- Central de Médio Porte: Capacidade final até 10.000 terminais;

- Central de Grande Porte: Capacidade final superior a 10.000 terminais.

Quanto a aplicação as centrais podem ser:

- Central Privada: Utilizado nas empresa em geral. Os aparelhos conectados a essa central são

chamados ramais, enquanto os enlaces com a central local são chamados troncos;

- Central Pública: Responsável pelo tratamento de todo serviço básico de telefonia. Possibilita

também o acesso a outros serviços especiais ou suplementares.

Quanto a tecnologia de comutação:

- Centrais Analógica ou Espaciais (CPA-E): Centrais cuja estrutura interna é analógica. Nestascentrais as matrizes de comutação são analógicas;

- - Centrais Digitais ou Temporais (CPA-T): Centrais cuja estrutura interna é digital, isto é, asmatrizes de comutação são digitais. Nestas centrais, a conversão analógica para digital érealizada a nível de interface de assinantes.

Quanto a função na rede telefônica, podemos classificar:

- Central Local: Central que processa chamadas originadas e terminadas em terminais telefônicosa ela conectados;

- Central Trânsito: Central que processa chamadas entre centrais telefônicas;

- Central Tandem: Central que apresenta a função de uma central local e trânsito juntas.

Os níveis hierárquicos entre as centrais da Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC)

são chamados de classes, conforme ilustrado pela figura 4.2:- Central Trânsito Internacional: Central trânsito cuja única função é encaminhar chamadas

internacionais;

- Central Trânsito Classe I: Central trânsito interurbana que se interliga com pelo menos uma

central trânsito internacional através de rota final. Isto implica que a mesma pertence ao nívelmais elevado da Rede Nacional de Telefonia;

- Central Trânsito Classe II: Central trânsito interurbana que se interliga com uma central trânsito

classe I através de rota final para o tráfego internacional;- Central Trânsito Classe III: Central trânsito interurbana que se interliga com uma central

trânsito classe II através de rota final para o tráfego internacional;

- Central Trânsito Classe IV: Central trânsito interurbana que se interliga com uma central

trânsito classe III através de rota final para o tráfego internacional.

OBS: Rota final é uma rota dimensionada com baixa probabilidade de perda, não permitindo a

existência de rotas alternativas.




36

Figura 5.2 – Classes de Centrais Interurbanas

Como opção de atender localidades remotas, diminuindo consideravelmente o número de

pares de fios, tem-se os chamados concentradores. Um concentrador conecta a um enlace PCM um

número de linhas de assinantes maior do que o número de Time Slots do canal. Os concentradores

podem ser controlados pelo processador da central principal, por meios de sinais enviados nopróprio enlace PCM (por exemplo, o canal 16 do sistema de 32 canais) ou ter o seu próprio

processador, possibilitando a comutação das ligações entre seus próprios assinantes.

5.2 Evolução das Centrais

Até por volta de 1891 a comutação (conexão entre assinantes) era realizada somente com

o auxílio de uma telefonista, através de uma mesa operadora, quando o sistema começou a ser

automatizado.

O crescimento do tráfego determinou a modernização e proliferação das mesas

telefônicas. Em 1891 foi desenvolvida a primeira chave seletora automática. Era a primeira central

automática, denominada “Central Passo a Passo”. Este sistema utilizava seletores que eramacionados pelos pulsos de corrente gerados pelos discos dos telefones para realizar a comutação

entre os terminais.

Na década de 20 foram desenvolvidos os sistemas rotativos, que predominaram até a

década de 50 e foram suplantados pelos sistemas Crossbar.

Os sistemas Crossbar receberam essa denominação devido às características de construção

dos seletores. Eram compostos por barras dispostas ortogonalmente de forma que, ao serem

acionadas, fechavam contatos elétricos na pontas de cruzamento. Estes sistemas predominaram atéo aparecimento das centrais controladas por programa armazenado (CPA), na década de 70.

Com a evolução dos computadores surgiu a idéia de se utilizar processadores para




37

executar as tarefas implementadas nas centrais. A utilização de processadores garantiu um grande

avanço às centrais, uma vez que o software tornou as centrais mais flexíveis. Por este motivo ascentrais são ditas controladas por programa armazenado.

5.3 Requisitos das Centrais Para que uma central possa ser integrada à Rede Nacional de Telefonia (RNT), é

necessário que a mesma disponibilize interfaces padrões tanto para o acesso de assinantes como

para interligação com outras centrais. A central deve também ser capaz de executar funções de

acordo com o especificado nas práticas Telebrás em vigência no país. As principais tarefasespecificadas para uma central são:

- Função de Comutação;

- Função de Tratamento de Terminais;- Função de Sinalização;

- Função de Tarifação;

- Função de Encaminhamento;

- Função de Sincronismo;- Função de Operação e Manutenção;

- Função de Supervisão.

5.4 Digitalização da Rede Telefônica

Inicialmente o sistema telefônico era completamente analógico, isto é, o sinal gerado pelo

terminal telefônico, a comutação na central e a transmissão eram analógicas, como mostra a figura4.3. Basicamente tinha-se a Multiplexação por Divisão na Freqüência (FDM). A digitalização do

sistema começou na interconexão entre centrais, que possibilitou a Multiplexação por Divisão de

Tempo (TDM) e a Modulação por Código de Pulso (PCM). Assim, havia a necessidade de

conversores A/D e D/A nos pontos de conexão com o sistema de transmissão.

Figura 5.3 – Penetração da tecnologia digital na rede telefônica




38

Depois a matriz de comutação passou a ser digital. Neste caso, a parte analógica serestringia ao sinal proveniente do terminal. Esta última configuração é a que predomina hoje no

Brasil e no mundo. A última imagem da figura 4.3 mostra a configuração utilizada na Rede Digital

de Serviços Integrados (RDSI), onde a informação é digital de um extremo a outro. O objetivo daRDSI é suportar serviços de voz, dados e imagens em uma única rede, utilizando o par de fios do

assinante da rede telefônica.

5.5 Central CPA – Controle por Programa Armazenado

Neste tipo de central, o sistema de controle é baseado em um programa armazenado em

uma memória. A figura seguinte ilustra o diagrama em blocos de uma central CPA genérica.

Existem vários fabricantes de centrais, cada uma com uma arquitetura distinta, porém a figurapossui uma correlação muito próxima entre seus elementos funcionais com os da maioria das

centrais disponíveis.

Na figura percebe-se que a central CPA consiste de dois sistemas: controle e comutação.

O sistema de comutação é composto por dois tipos de unidades: uma ou mais Unidades deConcentração de Assinantes (SCU) e uma Unidade de Seletor de Grupo (GSU).

Figura 5.4 – Diagrama em blocos de uma central CPA

Segue uma descrição dos blocos funcionais:




39

p

SCU (Subscriber Concentrator Unit): Esta unidade possui funções de terminação de linha,

sinalização, equipamento de controle e poderá também possuir função de comutação. A SCU éutilizada em chamadas locais, chamadas geradas (desta central para outra) e chamadas terminadas

(de outra central para esta). Não é utilizada em chamadas trânsito.

p

GSU (Group Switch Unit): Normalmente composto de vários estágios de comutação, provendo

também interconectividade entre SCU e troncos externos. Utilizada em chamadas geradas,terminadas e trânsito. Não é utilizada em chamadas locais.

p

Seletor de Grupo (Matriz de Comutação): Onde efetivamente se dá a comutação. Possibilita a

interconexão (comutação) entre linhas de assinantes, linha de assinante com troncos, entre troncos,

e troncos com receptor/transmissor de sinalização MF e com sinalizações associada a canal (CAS)e canal comum (CCS).

p

Unidade de Terminação de Tronco Analógico: Permite conectar centrais digitais e analógicas.

p

SLTU (Subscriber Line Termination Lines): Possui as funções de fornecer alimentação para o

terminal telefônico, detecção de fone fora do gancho, detecção de pulsos de aparelho decádico,

alimentação da corrente de campainha, proteção contra sobre tensão na linha, conversão da linhaanalógica do assinante de dois para quatro fios para o sistema de comutação digital, junto com o

controlador de linha de assinante, converte o sinal decádico em dígitos.

p

Controlador de Linhas de Assinantes: Provê a interface entre o SLTU e o sistema de controle.

p

Gerador de Tons: Gera os diversos sinais acústicos entre central e terminal.

p

Matriz de Concentração: Permite que os muitos assinantes acessem os poucos canais através de

um Mux.

p

Sinalização Multifreqüêncial (MFC): No bloco SCU, é responsável por receber os sinais

multifreqüênciais proveniente da linha de assinante; no bloco GSU é responsável por receber eenviar os sinais multifreqüênciais de/para outras centrais.

p

I/O (Input/Output): Possibilita a comunicação com o mundo exterior. Pode-se conectar

terminais de programação para programar a central, terminais de vídeo e impressora.

p

Sistema de Controle: Comanda todas as operações em uma central CPA. O controle pode ser

centralizado, descentralizado ou misto.

- Centralizado: Todo o comando está a cargo de um processador central, que normalmente éduplicado por razões de segurança.

- Descentralizado: Cada subsistema que compões a central é controlado por um processador

independente, que normalmente estão conectados em rede local na central. No caso de falha de

um dos processadores, um outro pode assumir a função.- Misto: Os vários subsistemas são controlados por processadores regionais (RP) que reportam e

recebem comandos de um processador central.




40

Para finalizar, a figura 4.5 mostra os principais eventos envolvidos, externos e internos à

central, em uma chamada local.

Figura 5.5 – Ciclo de vida de uma chamada local


1. Como é composta a rede telefônica? Como são classificadas as centrais quanto à hierarquia?

2. Explique a classificação dada às centrais quanto a sua capacidade final de terminais, a

aplicação, função na rede telefônica e tecnologia de comutação.

3. Por que as modernas centrais são chamadas de Centrais por Controle de Programa

Armazenado?

4. Como se compõem as centrais telefônicas digitais?




41

6. COMUTAÇÃO TELEFÔNICA

A principal função de uma central é realizar a comutação telefônica, ou seja, permitir o

estabelecimento de uma caminho entre dois terminais e/ou juntores. Em outras palavras, podemosdefinir comutação telefônica como sendo o chaveamento ou o estabelecimento de uma conexão

entre duas interfaces de uma central. A figura 5.1 ilustra a função de comutação entre dois terminaise também mostra a central B comutando as centrais A e C.

Figura 6.1 – Função de comutação: (a) entre terminais; (b) entre centrais

Isto é feito através da comutação espacial e da comutação temporal. Na comutaçãoespacial é feita a troca dos canais (Time Slots) de uma linha para outra, permanecendo no mesmo

intervalo de tempo. Já a comutação temporal é feita a troca dos intervalos de tempo entre a entrada

e a saída de uma linha.

6.1 Comutação Espacial A figura 5.2 ilustra a implementação deste tipo de comutador com 3 entradas e 3 saídas.

Neste tipo de comutador, cada memória de controle controla um determinado PCM de saída; neste

caso a memória CS1 controla o PCM1 (S1), a memória CS2 o PCM2 (S2), etc. O conteúdo dasmemórias de controle em cada endereço indica o número do PCM de entrada que deverá aparecer

no PCM de saída, naquele Time Slot. Assim, o conteúdo do endereço 0 será lido no Time Slot 0, o

conteúdo do endereço 1 será lido no Time Slot 1, etc.




42

Figura 6.2 – Comutador Espacial

No exemplo, os números 3, 1 e 2 no endereço 0 (zero) de cada memória indica que no

Time Slot 0 o conteúdo do:

- PCM3 de entrada foi comutado para o PCM1 de saída;

- PCM1 de entrada foi comutado para o PCM2 de saída;- PCM2 de entrada foi comutado para o PCM3 de saída.

O conteúdo das memórias de controle é escrito pelo sistema de controle durante a fase desinalização. Note que as informações não mudaram de Time Slot da entrada para a saída. Elas

sofreram apenas uma comutação no espaço.

6.2 Comutação Temporal

Através das matrizes de comutação temporal, os sinais podem ser transferidos de uma

linha MUX de entrada a qualquer Time Slot de uma linha MUX de saída, ou seja, esta matriz é

capaz de trocar a ordem dos canais do feixe PCM.

A matriz temporal extrai todos os canais do feixe PCM de entrada e os armazena em uma

memória interna, denominada de Memória de Conversação.

Como ilustra a figura, os contatos E fecham um de cada vez, na cadência e seqüência dosintervalos de tempo do PCM de entrada. As palavras PCM de entrada são armazenadas de acordo

com a sua ordem de chegada, desta forma, a matriz armazena todos os 32 canais de entrada em 32

endereços da memória.

A comutação é controlada pela Memória de Controle ou Memória de Conexão, que




43

também possui 32 endereços e é responsável pela decisão sobre qual o destino dos canais

provenientes do PCM de entrada. A matriz estabelece uma relação entre os endereços da memóriade controle com os canais do PCM de saída.

Figura 6.3 – Comutador Temporal

Assim, no endereço 0 da memória de controle está armazenado o endereço (número) docanal de entrada que deve ser comutado para o canal 0. Neste caso tem-se:

- O conteúdo do canal 0 do PCM de entrada foi comutado para o canal 2 do PCM de saída;- O conteúdo do canal 1 do PCM de entrada foi comutado para o canal 30 do PCM de saída;- O conteúdo do canal 2 do PCM de entrada foi comutado para o canal 31 do PCM de saída;

- O conteúdo do canal 30 do PCM de entrada foi comutado para o canal 1 do PCM de saída;

- O conteúdo do canal 31 do PCM de entrada foi comutado para o canal 0 do PCM de saída.

Os contatos apresentados na figura não são contatos convencionais, e sim portas

eletrônicas operando a alta velocidade. A estrutura anterior apresenta 32 canais de entrada e 32

canais de saída, sendo denominada de matriz ou estágio de comutação de 32x32. As matrizestemporais utilizadas nas centrais modernas possuem capacidades bem superiores à apresentada

neste exemplo.

Para conseguir estágios de comutação com maiores capacidades, as centrais da rede

pública costumam associar elementos de comutação temporal e elementos de comutação espacial.As combinações de estágios temporais e espaciais apresentam as seguintes características:

- Sistema STS: Engloba um estágio de comutação espacial, um de comutação temporal e outro

espacial. Permite usar recursos de concentração e expansão;- Sistema TST: Amplia a capacidade de acesso, porque o elemento de comutação espacial

funciona como um estágio de distribuição;

- Sistema TSST: Reúne as características de ter ampla capacidade de acesso e dispor de recursosde concentração e expansão;




44

- Sistema TSSST: Ampla capacidade de acesso, dispões de recursos de concentração e expansão

e reduzida característica de bloqueio de chamadas.

Uma característica importante de qualquer central é a possibilidade do bloqueio de

chamadas, que ocorre quando não há vias disponíveis para a conexão de uma porta de entrada comuma de saída. Os sistemas telefônicos são geralmente projetados para probabilidade de bloqueio

(grau de serviço) da ordem de 0,1 a 1% para a Hora de Maior Movimento (HMM).

6.3 Sistema TST

A estrutura TST (Temporal – Espacial – Temporal) tem o objetivo de permitir o aumento

da capacidade de comutação das matrizes temporais. Para facilitar o entendimento dessa estrutura,

vamos utilizar mais um exemplo didático.

Vamos considerar uma estrutura com três feixes PCM na entrada e três na saída. Cada um

deles possui duas memórias de conversação, uma na entrada e outra na saída, e duas memórias de

controle, uma para entrada e outra para saída. Cada memória de conversação de entrada é conectada

a uma linha de uma matriz que forma um comutador espacial. O controle desse comutador espacialé feito através de uma memória de controle da matriz espacial.

Como exemplo, vamos fazer uma comutação do canal 2 do PCM1 de entrada para o canal

31 do PCM3 de saída. A escolha do canal a ser utilizado no estágio espacial é feita pelo processadorda central; vamos considerar que o processador escolheu o canal 7 para realizar essa operação.

Observando a figura, vemos que o conteúdo do canal 2 do PCM1 está armazenado no

endereço 2 da memória de conversação de entrada do PCM1. Como o conteúdo do endereço 7 damemória de conexão de entrada do PCM1 indica o valor 2, a matriz temporal comuta a informação

armazenada no endereço 2 da memória de conversação para o Time Slot 7.

No estágio espacial, devemos comutar a informação do canal 7 do PCM1 para o canal 7

do PCM3. Para tanto, o processador da central escreve no endereço 7 da coluna correspondente ao

PCM1, o número do PCM de saída, ou seja, o PCM3. No exemplo, verificamos que no endereço 7da primeira coluna, o processador escreveu o valor 2. No instante de comutar o canal 7, a matriz de

comutação espacial consulta a memória de controle e verifica que a “chave” a ser ligada nesteinstante é a “chave” 2. Desta forma, a matriz espacial comuta o sinal do canal 7 do PCM1 para o

canal 7 do PCM3.

Após a comutação espacial, é necessário realizar a comutação temporal na saída. Noexemplo, precisamos comutar o conteúdo do Time Slot 7 para o canal 31 do PCM de saída. Para

isso, o processador escreve no endereço 31 da memória de controle do PCM3 de saída, o valor 7,

indicando que no canal 31 do PCM de saída a matriz deverá escrever o conteúdo do canal 7 do

PCM de entrada.

Todo este processo apresentado estabeleceu um sentido de conversação entre dois

interlocutores. Entretanto, para obter um circuito (transmissão e recepção) e possibilitar o diálogo énecessário estabelecer, adicionalmente, uma comutação que permita ao usuário do destino falar,para o usuário de origem escutar. No exemplo, a segunda comutação a ser estabelecida deve

conectar o canal 31 do PCM3 de entrada ao canal 2 do PCM1 de saída. Desta forma temos que, o

que é transmitido no canal 2 do PCM1 é recebido no canal 31 do PCM3, e o que é transmitido nocanal 31 do PCM3 é recebido no canal 2 do PCM1.




45

Figura 6.4 – Estrutura de uma matriz TST

Adicionalmente, a figura mostra ainda uma comutação do canal 31 do PCM2 de entrada

para o canal 1 do PCM1 de saída.




46

Exercício 5.1: Dado o comutador temporal abaixo, estabeleça os seguintes assinantes conversando:A1 e B3, A2 e B4, A3 e B2, A4 e B1.

Exercício 5.2: Dado o comutador espacial abaixo, preencha a memória de controle.




47

Exercício 5.3: Dado o comutador TST abaixo, estabeleça os seguintes assinantes conversando: A1e B6, A2 e B1, A3 e B8, A4 e B2, A5 e B3, A6 e B7, A7 e B4, A8 e B5.


1- Utilizando o comutador temporal do exercício 5.1, estabeleça os seguintes assinantes

conversando: A1 e B2, A2 e B3, A3 e B1, A4 e B4.

2- Esboce como seria a estrutura de uma matriz de comutação TSST.

3- Esboce como seria a estrutura de uma matriz de comutação STS.

4- Dado o comutador TST da próxima página, estabeleça os seguintes assinantes conversando: A1e B2, A2 e B8, A3 e B5, A4 e B3, A5 e B7, A6 e B4, A7 e B6, A8 e B1.

PCM0 PCM1




48

PCM0 PCM1




49

7. SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA

O objetivo da sinalização telefônica é prover às centrais envolvidas em uma chamada, das

informações necessárias para o estabelecimento das mesmas. A sinalização telefônica pode ocorrerentre terminal e central, e entre centrais.

7.1 Sinalização entre Terminal e Central

A central telefônica é responsável pela alimentação dos terminais telefônicos através de

uma tensão contínua de -48V. Quando o telefone está com o fone no gancho, o circuito entre acentral e o terminal é mantido aberto, não circulando corrente. Nesta condição a central identifica a

linha como livre.

Quando o usuário retira o fone do gancho, fecha-se o enlace e circula corrente. Neste

instante o usuário recebe o tom de discar, indicando que a central está apta a receber os dígitos.

7.1.1 Sinalização Decádica / Multifreqüêncial

Na sinalização decádica, os dígitos são enviados pelos terminais na forma de pulsos para a

central, através da abertura e fechamento do circuito entre os mesmos. Assim, quando o usuário, porexemplo, disca o dígito 4, o telefone abre e fecha o circuito 4 vezes consecutivas.

Na sinalização multifreqüêncial cada dígito é convertido em um par de freqüências na

faixa de áudio e enviado no próprio circuito estabelecido entre o terminal e a central. A tabela

seguinte mostra os pares de freqüência, em Hz, utilizados na discagem multifreqüêncial.

1209 1336 1477 1633697 1 2 3 A

770 4 5 6 B

852 7 8 9 C

941 * 0 # D




50

7.1.2 Telefone Público

A diferença em relação às interfaces dos aparelhos de assinantes consiste no recebimentode um sinal da central para realizar a tarifação da chamada. Atualmente são utilizadas duas

sinalizações para permitir a tarifação: inversão de polaridade e pulso de 12 KHz.

Na inversão de polaridade, a central inverte a polaridade de alimentação do aparelho

telefônico durante a conversação, no instante de coletar uma ficha ou debitar um crédito do cartãotelefônico. O outro método consiste no envio pela central de pulsos de 12 KHz durante a

conversação para sinalizar o TP o instante de coletar uma ficha.

A identificação do instante exato em que devem ser enviados os pulsos para coleta de

fichas no TP é uma função da central telefônica.

7.1.3 Sinalização Acústica

Os tons enviados pela central ao assinante chamador definem a sinalização acústica. Alémdos sinais acústicos, existe um sinal chamado Corrente de Toque, que é o sinal enviado para o

terminal indicando que há uma chamada dirigida a ele. Este sinal apresenta uma freqüência de 25

Hz, com tensão de 80 V ± 10 V sobreposto ao potencial de –48 V. A cadência da corrente de toqueé de 4 segundos de silêncio para 1 segundo de presença do tom.

Temos a seguir as sinalizações acústicas mais comuns. Todas utilizam freqüência de 425

Hz, sendo a única diferença entre elas a cadência utilizada.

1 – Tom de Discar: Indica ao assinante que a central está preparada para receber os dígitos.

Cadência: Tom contínuo.

2 – Tom de Controle da Chamada: Indica ao assinante chamador que o sinal da corrente de toque

está sendo enviado ao assinante chamado.

Cadência: 1 segundo de tom e 4 segundos de silêncio.

3 – Tom de Ocupado: Enviado nos casos de erro de discagem ou quando o assinante chamado

estiver ocupado.

Cadência: 250 ms de tom e 250 ms de silêncio.

4 – Tom de Número Inacessível: Enviado quando o número chamado for inexistente ou alterado.

Cadência: período de tom alternado entre 250 ms e 750 ms, com silêncio de 250 ms.

7.2 Sinalização entre Centrais

A sinalização entre centrais pode ser do tipo associada a canal ou por canal comum.

7.2.1 Sinalização por Canal Associado

As informações de sinalização concorrem com o sinal de voz dentro do mesmo espaço

físico. Mesmo a sinalização ocorrendo antes da conversação ser iniciada, ela usa o circuito que

depois será usado para a conversação. Por isso a sinalização é associada a canal, pois voz esinalização fluem pelos mesmos caminhos.

A sinalização associada a canal é dividida em dois tipos: Sinalização de Linha e

Sinalização entre Registradores.




51

7.2.1.1 Sinalização de Linha

É a que estabelece a comunicação entre centrais nas linhas de junções (juntores) e queagem durante toda a conexão. São trocas de informações relacionadas com os estágios da conexão esupervisão da linha de junção. Dessa forma pode-se dizer que os sinais de linha se destinam à:

- Iniciar os procedimentos de ocupação e liberação de um juntor;

- Informar colocação e retirada do fone do gancho do assinante;- Envio de pulso indicativo do instante de tarifação em chamadas que utilizam a trânsito para

gerar pulso de multimedição.

Como a sinalização entre as centrais o sentido é bidirecional, torna-se importante definiros conceitos de:

- Sinal Para Frente: Sinal que está sendo enviado da origem da chamada para o destino;- Sinal Para Trás: Sinal enviado do destino da chamada para a origem.

Figura 7.1 – Sinais para frente e para trás

Os principais sinais de linha são:

1 – Ocupação: Sinal para frente que leva o juntor de entrada à condição de ocupado.2 – Atendimento: Sinal para trás, indicando que o assinante chamado atendeu à chamada.3 – Desligar para Trás: Sinal para trás indicando que o assinante chamado repôs o fone no gancho.4 – Desligar para Frente ou Desconexão: Sinal para frente com o objetivo de liberar todos osórgão envolvidos na chamada.5 – Confirmação de Desconexão: Sinal para trás em resposta ao sinal Desligar para Frente.6 – Desconexão Forçada: Sinal para trás, indica ao juntor de saída que o mesmo deve enviar osinal de desligar para frente.7 – Bloqueio: Sinal para trás, provocando o bloqueio do juntor de saída.8 – Tarifação: Sinal para trás a partir do ponto de tarifação por multimedição.9 – Rechamada: Sinal para frente, quando uma telefonista deseja rechamar o assinante chamado.

10 – Confirmação de Ocupação: Sinal para trás como resposta ao sinal de Ocupação.11 – Falha: Sinal para frente indicando que houve falha no equipamento de origem.

A sinalização de linha pode variar de acordo com os seguintes métodos:q

Sinalização E&M (E+M) Pulsadaq

Sinalização E&M (E+M) Contínuaq

Sinalização R2 Digital




52

Onde: O fio (canal) E é destinado para a recepção do sinal. O fio (canal) M é destinado para a

transmissão do sinal.

rr

SINALIZAÇÃO E&M PULSADA

O canal M é utilizado para o envio da sinalização e o canal E para a recepção. Nos

juntores analógicos a seis fios, dois fios são dedicados para a transmissão e dois para a recepção deáudio, e os dois fios M e E para a sinalização de linha.

Figura 7.2 – Juntor analógico a seis fios

Os sinais elétricos que identificam a presença de pulso são caracterizados pela presença deum potencial terra referido ao potencial de –48V. Os pulsos podem ter curta duração (150 ms ± 30ms) ou longa duração (600 ms ± 120 ms) conforme ilustra a tabela 6.2.

SINAL DURAÇÃO DOS PULSOS SENTIDO

Ocupação Curto Para FrenteAtendimento Curto Para TrásDesligar para Trás Longo Para TrásDesligar para Frente Longo Para Frente

Confirmação de Desconexão Longo Para TrásDesconexão Forçada Longo Para TrásBloqueio Permanente Para TrásTarifação Curto Para TrásRechamada Curto Para Frente

Tabela 7.1 – Sinalização E&M Pulsada

Quando a sinalização E&M Pulsada for utilizada para entroncamentos digitais, asinformações de sinalização são transmitidas no intervalo de tempo do canal 16. Nos juntoresdigitais, os pulso são caracterizados pela presença de valor binário “1” no bit representativo do sinalM ou E.

r

r

SINALIZAÇÃO E&M CONTÍNUA

No sistema de Sinalização E&M Contínua, a presença ou ausência de sinal, isto é, dopotencial de terra, denota um certo estado de sinalização. No caso de entroncamento digital, opotencial terra continua sendo identificado como a presença do valor “1” no bit correspondente aocanal M ou E.

Observamos na tabela que a linha tem dois estados possíveis em cada direção, ou seja, um




53

total de quatro estados de sinalização.

SINAL CANAL M CANAL E

Ocupação Presente Ausente

“Livre” Ausente Ausente

Atendimento Presente Presente“Conversação” Presente Presente

Desligar para Trás Presente Ausente

Desligar para Frente Ausente Presente

Confirmação de Desconexão Ausente Ausente

Bloqueio Ausente Presente

Tarifação Presente Ausente

Tabela 7.2 – Sinalização E&M Contínua

s

s

SINALIZAÇÃO R2 DIGITAL

Pode ser utilizada em juntores analógicos ou digitais, sendo que atualmente quase nãoexistem mais juntores analógicos. Este sistema utiliza dois canais de sinalização para frente (a f e bf )

e dois canais de sinalização para trás (ab e bb) com as seguintes características:

- Canal af : indica as condições de operação do juntor de saída, que estão sob controle do

assinante chamador.- Canal bf : indica ao juntor de entrada a ocorrência de falhas no juntor de saída.

- Canal ab: reflete as condições do enlace, ou seja, se o mesmo está aberto ou fechado.

- Canal bb: reflete as condições de ocupação do juntor de entrada.

Figura 7.3 – Canais utilizados para a sinalização R2 Digital




54

SINAL af bf ab bb

Ocupação 0 0 1 0

“Livre” 1 0 1 0

Confirmação de Ocupação 0 0 1 1

Atendimento 0 0 0 1

“Conversação” 0 0 0 1Desligar para Trás 0 0 1 1

Desligar para Frente 1 0 X 1

Confirmação de Desconexão 1 0 1 0

Desconexão Forçada 0 0 0 0

Confirm. de Desc. Forç. 1 0 0 0

Bloqueio 1 0 1 1

Tarifação 0 0 1 1

Falha 1 1 1 0

Tabela 7.3 – Sinalização R2 Digital

OBS: X pode ser “0” se o assinante chamador desligar antes do assinante chamado e “1” em casocontrário.

7.2.1.2 Sinalização entre Registradores

A Sinalização entre Registradores corresponde às informações destinadas ao

estabelecimento das chamadas e às condições operacionais dos assinantes e órgãos envolvidos nachamada. Por este motivo, esta sinalização ocorre durante a fase de estabelecimento da chamada,

antes do início da conversação.

O principal método é a Sinalização MFC (Multifreqüêncial Compelida), onde cadasinal enviado em um sentido depende de uma resposta em forma de um outro sinal no sentido

oposto. Este sistema está cedendo lugar para a sinalização por canal comum.

Possui doze freqüências básicas divididas em dois grupos de seis, denominados de grupo

de freqü6encias altas e grupo de freqüências baixas. Cada sinal é composto por duas freqüênciasdentro do grupo. As freqüências altas são transmitidas para frente e em resposta as freqüências

baixas são transmitidas para trás.

SINAL SINAIS PARA FRENTE

GRUPO I GRUPO II

1 Algarismo 1 Assinante comum

2 Algarismo 2 Assinante com tarifação especial3 Algarismo 3 Equipamento de manutenção

4 Algarismo 4 Telefone público local

5 Algarismo 5 Telefonista

6 Algarismo 6 Equipamento de comutação de dados

7 Algarismo 7 TP Interurbano – Serviço nacional e

assinante comum – Serviço internacional

8 Algarismo 8 Comunicação de dados – Serviçointernacional




55

9 Algarismo 9 Assinante com prioridade – Serviçointernacional

10 Algarismo 0 Telefonista com facilidade de transferência– Serviço internacional

11 Inserção de semi-supressor de eco naorigem

Assinante com facilidade de transferência

12 Pedido recusado ou indicação de trânsitointernacional

Reserva

13 Acesso a equipamento de teste Reserva14 Inserção de semi-supressor de eco de

destino ou indicação de trânsitointernacional

Reserva

15 Fim de número ou indicação de que achamada cursou enlace via satélite

Reserva

Tabela 7.4 – Sinalização MFC: Sinais para Frente

SINAL SINAIS PARA TRÁSGRUPO A GRUPO B

1 Enviar o próximo algarismo Linha de assinante livre com tarifação2 Necessidade de semi-supressor de eco no

destino ou enviar o 1º algarismo enviadoLinha de assinante ocupada

3 Preparar para a recepção de sinais dogrupo B

Linha de assinante com número mudado

4 Congestionamento Congestionamento5 Enviar categoria e identidade do assinante

chamadorLinha de assinante livre sem tarifação

6 Reserva Linha de assinante livre com tarifação ecolocar retenção sob controle do assinantechamado

7 Enviar o algarismo N-2 Nível ou número vago8 Enviar o algarismo N-3 Reserva9 Enviar o algarismo N-1 Reserva

10 Reserva Reserva11 Enviar a indicação de trânsito

internacionalReserva

12 Enviar dígito de idioma ou discriminação Reserva13 Enviar indicação do local do registrador

internacional de origemReserva

14 Solicitar necessidade de inserção de semi-supressor de eco de destino

Reserva

15 Congestionamento na central internacional Reserva

Tabela 7.5 – Sinalização MFC: Sinais para Trás




56

7.2.2 Sinalização por Canal Comum

Neste tipo de sistema a sinalização entre centrais utiliza canais dedicados à sinalização,independentes dos canais de voz, que são responsáveis pela troca de informações relativas a todas

as chamadas em andamento ou em estabelecimento. Como o tempo gasto para a sinalização é

relativamente curto, este sistema tem a vantagem de conseguir em um único canal tratar de milhares

de chamadas.O ITU padronizou um sistema de sinalização por canal comum chamado de Sistema N.º 7,

ou SS#7, que é o sistema adotado no Brasil. A estrutura básica dessa sinalização consta de duaspartes principais: a do usuário (UP = User Part) e a parte de transferência de mensagem (MTP =

Message Transfer Part). A parte UP é constituída conforme o tipo de tráfego. Assim, para a

telefonia a UP é a TUP (Telephony User Part), para ISDN é ISUP (Integrated Services User Part),

etc.

A SS#7 baseia-se no modelo OSI (Open System Interconnexion) amplamente utilizado em

comunicação de dados. Tal qual o modelo OSI, a SS#7 está estruturada em 7 níveis, conforme

mostrado na figura 6.4. Nela podemos observar que a estrutura da SS#7 é constituída pelosseguintes blocos funcionais:

- Subsistema de Transferência de Mensagens (MTP – Message Transfer Part)- Subsistema de Controle de Conexões de Sinalização (SCCP – Signalins Connection Control Part)- Subsistema de Usuário Telefônico (TUP – Telephony User Part)

- Subsistema de Usuário para RDSI (ISUP – ISDN User Part)

- Capacitação de Transações (TC – Transaction Capabilities)

Figura 7.4 – Protocolo SS#7 e sua relação com o modelo OSI




57

A mensagem de sinalização abrange os quatro níveis inferiores. A informaçãofundamental para o estabelecimento da comutação acha-se dentro da TUP no nível 4. A MTP

(Message Transfer Part) com as informações distribui-se por três níveis: o nível 1 compreende o

enlace físico para transportar os dados da sinalização; o nível 2 compreende as funções do enlacedesempenhadas pelo terminal de sinalização, inclusive a mensagem com campos para detecção de

erros e sua correção; o nível 3 compreende as funções para tratamento da mensagem e da rede desinalização.

A MSU (Message Signal Unit) tem a estrutura apresentada na figura 6.5, com os seguintes

campos:

Figura 7.5 – Estrutura da MSU: Message Signal Unit

FLAG: Informa o início e o final da mensagem

CHECK BITS: São bits de verificação e asseguram a recepção da MSU na seqüência correta e

solicita a repetição em caso de erro.

SERVICE INFORMATION: Assegura que a parte usuária (User Part) receba a mensagem e

indica se o tráfego é nacional ou internacional.

LENGHT INDICATION: Informa o comprimento e o tipo de mensagem.SIGNAL INFORMATION: Compreende a mensagem propriamente dita, antecedida do “label”

que contém informações relativas à chamada correspondente à mensagem de sinalização, a saber:DPC (Destination Code Point): Informa o número do ponto de destino (por exemplo, qual

o endereço da central à qual a mensagem se destina).

OPC (Origination Code Point): Informa o endereço de onde se origina a mensagem.

CIC (Circuit Identification Code): Define o enlace de sinalização e a referência da

conexão de voz a ser estabelecida por caminhos separados.


1- Quais as sinalizações existentes entre os Terminais e a Central?

2- Explique o que é Sinalização de Linha e Sinalização entre Registradores.

3- Faça um breve resumo dos três métodos de sinalização de linha.

4- Como funciona a Sinalização por Canal Comum?

F L A GL E N GH T

INFO

S I GN A L

INFO

S E R V I C E

INFOF L A GC H E C K C H E C K

M E N S A G E ML A B E L D E M E N S A GE M

CI C O P C D P C




58

8. BIBLIOGRAFIA

- ALENCAR, Marcelo Sampaio de. “Telefonia Digital” – Ed. Érica, SP, 1998.

- SOARES, Luis Fernando G. “Redes de Computadores: Das LANs, MANs e WANs às RedesATM” – Ed. Campus, RJ, 1995.

- FERRARI, Antonio Martins. “Telecomunicações, Evolução e Revolução” – Ed. Érica, SP,1998.

- GOMES, Alcides Tadeu. “Telecomunicações, Transmissão e Recepção” – Ed. Érica, SP,1993.

- JESZENSKY, Paul Jean Etienne. “Telefonia” – Apostila USP, 1999.

- SANTOS, Carlos Roberto dos. “Redes de Telecomunicações” – Apostila Inatel, 2001.

- ERICSSON S/A. “Entendendo Telecomunicações” – Ed. Érica, SP, 2000.

- ROCHOL, Jürgen. “Redes de Computadores” – Apostila UFRGS, 1998.

- NEC S/A. “Básico de Comutação” – Apostila, SP, 1998.

- SILVA, Francisco José. “Comunicação Digital II” – Apostila Inatel,, 2001.




59

ANEXO A: LABORATÓRIOS

Experiência 1 – PCM Linear

1- Introdução Teórica

O diagrama de blocos do sistema de comunicação PCM linear é o descrito na figura A.1.

O sinal analógico de entrada passa por um filtro passa-baixa de 3,4 KHz e chega ao circuito deamostragem (Sample&Hold). A freqüência de amostragem (TX Frame Sync) é de 8 KHz. O sinal

amostrado é enviado ao conversor A/D. A saída paralela do A/D é convertida em serial pelo circuito

seguinte. O sinal PCM resultante passa por um filtro TX FILTER e é transmitida ao meio.

Após o sinal passar pela linha de transmissão, o sinal PCM chega ao receptor, onde é

filtrado pelo RX FILTER. O circuito Phase Adj. é responsável por sincronizar o relógio de recepçãocom o ponto de máxima amplitude de cada impulso. As amostras são então convertidas em um sinal

PCM pelo circuito decisor e encaminhadas para o conversor série/paralelo. Após isso, o conversorD/A converte as palavras de 8 bits em valores analógicos, que serão encaminhados para o filtro

passa-baixa de 3,4 KHz.

2- Quantificação e Transmissão PCM

- Alimentar o módulo.

- Colocar o circuito em modo PCM_linear e inserir uma linha de 40KHz (SW5=Lin, J1=40,J2=d).

- Conectar TP28 (DC OUT) a TP30. Conectar o osciloscópio em DC a TP30.

- Variar o potenciômetro DC OUT e observar como variam os leds na saída do conversorA/D.

- Sincronizar o osciloscópio em TX FRAME SYNC (TP35) e analisar o sinal PCM serial em

TP37.

- Variar o potenciômetro DC OUT e observar como varia a forma de onda do sinal PCMserial. Verificar que cada bit se representa em forma NRZ , ou seja, com um nível de tensão

positiva (bit 1) ou nula (bit 0) de duração igual ao período de sincronismo de bit (TP36).

- Observar como cada amostra se converte em uma série de bits, que se posicionam entredois impulsos de sincronismo de quadro sucessivos.




60

Questão 1 - Qual é a duração T do quadro? Qual é a duração TBIT do bit (intervalo de bit)? Quantosbits estão entre dois impulsos de sincronismo de quadro sucessivos?

a) T = 8 KHz; TBIT ≅ 15.625 µs; 8 bits.

b) T = 125 µs; TBIT ≅ 15.625 µs; 4 bits.

c) T = 125 µs; TBIT ≅ 15.625 µs; 8 bits.

d) T = 15.625 µs; TBIT ≅ 125 µs; 8 bits.

Questão 2 - Qual é a velocidade (taxa de transmissão) do sinal PCM analisado em TP37?

a) 2 Mbit/s. Esta é a velocidade típica de um multiplex PCM de 32 canais.

b) 8 Kbit/s. Esta é a velocidade típica de um canal PCM telefônico.

c) 64 Kbit/s. Esta é a velocidade típica de um canal PCM telefônico.d) 64 Kbit/s. Esta é a velocidade típica de um multiplex PCM de 32 canais.

3- Formas de Onda do Codificador PCM


- Colocar o circuito em modo PCM linear e inserir uma linha de 40KHz (SW5=Lin, J1=40,J2=d).

- Aplicar 1 KHz - 1 Vpp na entrada analógica do modulador (conectar TP24 a TP30 e regular

o nível de tensão do sinal em 1 Vpp).- Sincronizar o osciloscópio no sinal analógico de entrada (TP30) e analisar:

TP33: impulsos para a amostragem do sinal analógico.

TP34: sinal de escala proporcionado pelo Sample&Hold.

- Sincronizar o osciloscópio nos impulsos de sincronismo de quadro (TP35) e analisar:TP37: sinal PCM serial, em formato NRZ.

TP36: sincronismo de bit, cujo período determina a duração dos bits do sinal PCM

serial. Observar que entre dois impulsos de sincronismo sucessivos há 8 bits.

Questão 3 - Faça um rápido resumo das formas de onda mostradas nos pontos acima.

4- Circuitos de linha e Decodificador PCM

Circuitos de Linha:- Manter as condições anteriores. Colocar ATTENUATION e NOISE no mínimo. Conectar

TP44 a EXT_IN.- Sincronizar o osciloscópio nos impulsos de sincronismo de quadro (TP35) e analisar as

formas de onda do sinal PCM através do canal de comunicação:

TP37: sinal PCM serial, em formato NRZ.




61

TP38: saída do filtro de transmissão. O sinal PCM está distorcido devido a ação do

filtro.TP39: saída da linha. O sinal PCM está atenuado e um pouco mais distorcido.

TP40: saída do filtro de recepção.

Elemento de Decisão, Decodificador e Filtro de Recepção:

- Os impulsos PCM após serem recuperados, estão em correspondência com seu valormáximo, onde um circuito sucessivo determina nível alto (bit 1) ou baixo (bit 0) ao valoramostrado.

- Sincronizar o osciloscópio no sincronismo de bit de recepção (TP41) e analisar os sinais:

TP40: Sinal PCM recuperado.

TP42: Saída do circuito de amostragem de recepção.TP43: Saída do elemento de decisão.

- Em TP44 se obtém uma forma de onda escalonada (proporcionada pelo conversor D/A) que

aproxima as sinal analógico de origem (TP30). Regular PHASE ADJUST para obter amelhor forma de onda.

- Analisar a forma de onda do sinal na saída do filtro de recepção (TP21) e observar sua

correspondência com o sinal analógico transmitido (TP1). Regular LEVEL F1 para se obter

amplitudes iguais.


Questão 5 - Qual é o efeito do potenciômetro PHASE ADJUST?

a) Variar o instante de amostragem dos impulsos PCM recebidos, que deve ocorrer no centro

do impulso PCM. Nestas condições a saída do circuito de amostragem é mínima.

b) Variar o instante de amostragem dos impulsos PCM recebidos, que deve ocorrer no centro

do impulso PCM. Nestas condições a saída do circuito de amostragem é máxima.c) Aumentar a amplitude do sinal PCM.

d) N.D.A.

5- Transmissão de um sinal de voz

- Manter as condições anteriores. Colocar ATTENUATION e NOISE no mínimo. ConectarTP44 a EXT_IN.

- Inserir o microfone em MIC e conectar TP29 a TP30).

- Conectar a saída do filtro de recepção ao amplificador de áudio (TP21 - TP47).

- Escutar e verificar no osciloscópio o sinal recebido ao variarmos as seguintes condições:

• Fase dos impulsos de amostragem de recepção (através de PHASE ADJUST);

• Ruído, Banda Passante e Atenuação do canal de transmissão.




62

Figura A.1 – Sistema PCM Linear e Formas de Onda




63

Experiência 1 - PCM Linear (Folha de Respostas)

NÚMEROS NOME DOS ALUNOS DO GRUPO

Resposta Questão 1

Alternativa Correta:

Resposta Questão 2


Resposta Questão 3

Resposta Questão 4

Resposta Questão 5





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Experiência 2 – PCM Diferencial


O sinal de voz apresenta níveis de amostras muito parecidas entre si, visto que a amplitude

do sinal não varia muito de uma amostra para outra. Isto implica que o sinal de voz é muito

redundante. O objetivo da técnica diferencial é a redução na redundância do sinal de voz. Isso éobtido quantizando a diferença de amplitude entre amostras adjacentes. Como essas amostras são

parecidas, pode-se utilizar um menor número de bits para representar o sinal. O sinal de entrada no

quantizador é a diferença entre o sinal original e uma predição do mesmo.

A figura A.2 mostra o diagrama de blocos de um DPCM (Differential Pulse Code

Modulation). Um laço de realimentação composto por um conversor D/A, um circuito de

amostragem e um integrador reconstróem o valor da amostra anterior. Na prática, o sinalrealimentado é uma predição do próximo sinal de entrada.

No decodificador DPCM, a reconstrução do sinal analógico se realiza utilizando os

mesmos blocos empregados no laço de realimentação do codificador.

Existem sistemas que utilizam uma codificação adaptativa. O ADPCM (AdaptiveDifferential Code Modulation) consiste no ajuste dinâmico do preditor, de acordo com variações no

sinal de voz.

2- Codificador PCM Diferencial


- Colocar o circuito em modo PCM Diferencial e inserir uma linha de 40KHz (SW5=Diff,

J1=40, J2=d).- Extrair de TP27 um sinal dente de serra (freqüência 400 Hz, amplitude 2 Vpp) e aplicar na

entrada do codificador (TP30). A forma de onda dente de serra facilitará a visualização docomportamento do codificador PCM Diferencial.

- Manter uma ponta do osciloscópio conectada a TP30 (sinal de entrada) e conectar a

segunda ponta nos seguintes pontos:TP31: Sinal reconstruído a partir do valor anterior amostrado. (sinal predição)

TP32: Sinal diferença entre o valor atual e o valor reconstruído a partir da amostra

anterior.

TP34: Sinal diferença, amostrado para ser enviado ao conversor A/D sucessivo.- Através do exame das formas de onda podemos afirmar:

• O sinal que se codifica e posteriormente se transmite (TP32) é a diferença entre o

valor atual do sinal de entrada e o valor do sinal de entrada no instante anterioramostrado.

• O sinal diferença tem uma amplitude de aproximadamente a metade do sinal deentrada; isto demonstra que, em condições de qualidade iguais à codificação PCMlinear, com a codificação diferencial é possível utilizar um número menor de níveis

de codificação. Conseqüentemente, uma conversão com menos bits.

• O sinal diferença é positivo e quase constante durante a rampa ascendente do sinalde entrada, o que significa que o sinal de entrada tem uma amplitude maior que a




65

reconstruída e sua diferença é constante. Durante a rampa descendente se tem o

comportamento oposto.

Questão 1 - Faça um rápido resumo das etapas do PCM Diferencial.

- Aplicar agora à entrada do codificador uma tensão contínua (conectar TP28 a Tp30).

- Variar o potenciômetro DC OUT e analisar os sinais em TP30, TP31 e TP32 (osciloscópio

em DC).

Questão 2 - O que se deduz através da observação dos sinais nos pontos de medida acima (TP30,

TP31 e TP32)?

a) O sinal predição (TP32) é uma tensão contínua que segue fielmente o valor presente na

entrada (TP30).

b) O sinal diferença (TP32) é uma tensão contínua 4 vezes maior à tensão de entrada (TP30).c) O sinal predição (TP31) é uma tensão contínua que segue fielmente o valor presente na

entrada (TP30).

d) N.D.A.

- Sincronizar o osciloscópio (50 µs/div) no sincronismo de quadro (TP35) e analisar o sinalPCM serial em TP37.

- Obtemos 8 bits entre dois impulsos de sincronismo sucessivos, representando a codificaçãode cada valor amostrado.

- Variar o potenciômetro DC OUT e observar como varia a forma de onda do sinal PCM

serial.

- Alternar o funcionamento entre Diferencial e Linear (SW5), variar o potenciômetro DCOUT e observar como varia a forma de onda do sinal PCM serial. Por último, voltar a

SW5=Diff.

Questão 3 - O que se deduz das observações anteriores?

a) Variando a tensão de entrada, no PCM diferencial as palavras de 8 bits são praticamente as

mesmas, enquanto que no modo PCM linear as palavras variam mais.

b) Variando a tensão de entrada, no PCM linear as palavras de 8 bits são praticamente as

mesmas, enquanto que no modo PCM diferencial as palavras variam mais.c) O sinal PCM é igual nos dois modos: diferencial e linear.

d) No modo diferencial todos os bits do sinal PCM ficam em 1.




66

2- Circuitos de linha e Decodificador

Circuitos de Linha:- Manter as condições anteriores. Colocar ATTENUATION e NOISE no mínimo. Conectar

TP46 a EXT_IN.- Aplicar o sinal dente de serra (400 Hz - 2 Vpp) na entrada analógica do modulador

(conectar TP27 a TP30).- Sincronizar o osciloscópio nos impulsos de sincronismo de quadro (TP35) e analisar as

formas de onda do sinal PCM através do canal de comunicação:

TP37: sinal PCM serial, em formato NRZ.

TP38: saída do filtro de transmissão; o sinal PCM está distorcido pelo filtro.

TP39: saída da linha. O sinal PCM está atenuado e um pouco mais distorcido.TP40: saída do filtro de recepção.

Elemento de Decisão, Decodificador e Filtro de Recepção:- Os impulsos PCM após serem recuperados, estão em correspondência com seu valor

máximo, onde um circuito sucessivo determina nível alto ou baixo ao valor amostrado.

- Sincronizar o osciloscópio no sincronismo de bit de recepção (TP41) e analisar os sinais:

TP40: Sinal PCM recuperado. Regular PHASE ADJUST para ajustar os instantes

de amostragem (TP41) ao centro dos impulsos PCM.TP42: Saída do circuito de amostragem de recepção.

TP43: Saída do elemento de decisão.

- Manter uma ponta do osciloscópio conectado a TP30 (sinal de entrada) e conectar a outraponta nos seguintes pontos:

TP44: Sinal diferença. Salvo as imprecisões devidas o processo de conversão A/D

na transmissão, é igual (com a metade da amplitude) ao sinal detectado em TP34.TP45: Sinal amostrado.

TP46: Saída do integrador, correspondente ao sinal inicial reconstruído através de

integrações sucessivas. Regular PHASE ADJUST e obter a melhor forma de onda.

TP21: Saída do filtro passa-baixa de 3,4 KHz. Regular LEVEL F1 para se obter amesma amplitude que o sinal transmitido (TP30).





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Figura A.2 – Formas de Onda DPCM: a) Codificador b) Decodificador




68

Experiência 2 - PCM Diferencial (Folha de Respostas)


Resposta Questão 1

Resposta Questão 2


Resposta Questão 3


Resposta Questão 4




69

Experiência 3 – CODEC


O CODEC é um circuito integrado que cumpre todas as fases de conversão dos sinais de

voz em PCM e vice-versa. O CODEC utilizado aqui é o MC145480 da Motorola, que executa as

etapas do PCM (amostragem, quantização, codificação, etc).

2- Sistema de Comunicação PCM com CODEC. Lei A e Leit


- Colocar o circuito em modo 1_canal e codificação Lei u vP w x� y �� X w� x� � �� $ �

SW8=TS1).- Aplicar 1KHz – 1Vpp na entrada analógica do CODEC_1_TX (conectar TP24 a TP58 e

regular o nível do sinal em 1Vpp).- Sincronizar o osciloscópio em TP60 (sinal de sincronização para o Time Slot 1) e ajustar a

base de tempo em 0,2 ms/div. Analisar as formas de onda em TP58 (sinal senoidal deentrada) e TP60.

- A cada impulso TS1 (TP60) o CODEC realiza a amostragem do sinal e a codificação A/D,emitindo os 8 bits PCM.

- Analisar o sinal PCM de saída (TP63). Observar que entre dois impulsos de sincronismosucessivos há 8 bits PCM. Observar que a duração do bit é igual ao período de sincronismode bit (TP62).

- O sinal analógico de saída está disponível em TP64.

Questão 1 – Observar que a seqüência de bits se repete a cada 8 pulsos de sincronismo. Por que?

a) Não se observa nenhuma repetição de bit.b) A senóide de entrada tem freqüência 1KHz e é amostrada a 8 KHz, produzindo 8 amostras

a cada período da senóide; assim, depois de 8 impulsos de amostragem as amostras serepetem.

c) Porque se utiliza a codificação Lei A.d) O sinal senoidal de entrada tem freqüência 1KHz e é amostrado a 64 KHz; assim os 8 bits

PCM se repetem a cada 8 pulsos.

- É possível observar uma sensível diferença entre as Leis A e � �F �9 �� £ © ! � £ j # � kY lV © m ln �

o� 7 o 7 � z | {~ }P � n { R

- Aterrar a entrada TP58.

- Sincronizar o osciloscópio em TP 60 e analisar o sinal PCM em TP63.- Colocar agora o CODEC na lei A (SW7=A) e observar a diferença.

Questão 2 –§ � z © �7 � � �z �$ � � � � � � 7 � R �� $ �� j �# $ � 7 £ � c 7 �� P R

ça detectada acima.




70

Figura A.3 – ª¬ «B 0 ® ° ±$ ² ³e © ±B e ±$ « µ� ¶ °z ·0 ²B ®Y º ¹� »½ ¼# «B ®¾ ¹§ ³e ¿§ Àº ¹Á ² Â °c Ã ²B ¶ °� ÄÆ ÅÇ # È ² É ÊÌ Ë£ Í




71

Experiência 3 - CODEC (Folha de Respostas)


Resposta Questão 1


Resposta Questão 2




72

Experiência 4 – Multiplexação por Divisão no Tempo (TDM)


Ao realizarmos a amostragem de um sinal e codificá-lo em um sistema binário, sobramamplos espaços livres entre os bits codificados. Esse espaço pode ser utilizado com amostrasprocedentes de outros sinais. É dessa maneira que é realizado o TDM.

2- Sistemas TDM de 2 canais

- Colocar o circuito em modo 2 canais e codificação lei Î ÏP Ð� Ñ� ÒÂ Ó| Ô Õ� ÖØ ×Y Ù¥ Ð� ÑX Ú ÓÜ Û Ý¥ Þ ßá à© â¥ ãF Þ� ä Ý

SW9=TS2).

- Aplicar 1KHz – 1 Vpp na entrada analógica do CODEC1 e nenhum sinal na entrada doCODEC2 (conectar TP24 a TP58).

- Sincronizar o osciloscópio no sinal de sincronização para o Time Slot 1 (TP60) e colocar aå$ æ ç� è! é èY ê1 èR ëe ì$ í ç èV ëï î ðò ñ óP ôÌ õ� ö ÷| ø¥ ù ú û© ü� ö ó� û© ýe þÜ ó� ö ú û© ü� ÿ¡ £ ¢

-TDM em TP63, variando o nível do

sinal de 1KHz.

Questão 1 – O que se observa em TP63?

a) Os 8 bits inseridos no Time Slot 1.

b) O sincronismo de bit de 64 KHz.

c) O sincronismo de quadro de 8 KHz.

d) N.D.A.

- Aplicar 2 KHz – 2 Vpp na entrada analógica do CODEC2 (conectar TP25 a TP59) e

observar que agora também no Time Slot 2 (TP63) existem bits.- Conectar o osciloscópio à entrada analógica e à saída analógica de um mesmo CODEC

(TP58 e TP64 ou TP59 e TP65): o sinal recebido é igual ao transmitido.

3- Exemplo de Comutação Temporal

Podemos realizar uma comutação temporal no módulo. Caso se queira colocar em

comunicação os usuários “1” e “2” conectados ao CODEC 1 e 2, a comunicação se realizaconectando ao CODEC 1 o Time Slot 2 de recepção e ao CODEC 2 o Time Slot 1; assim o CODEC

do usuário 1 extrai do quadro PCM os bits procedentes do CODEC do usuário 2, e vice versa.

- Colocar o circuito em modo 2 canais e codificação Lei¤ ¥§ ¦© " !$ #% ' &( 0 )§ 1 ¦2 35 46 ¨

recepção 2 para o CODEC 1 e o Time Slot 1 para o CODEC 2 (SW6=2_CH, SW7=72 8

SW8=TS2, SW9=TS1).

- Aplicar 1KHz – 1Vpp à entrada do CODEC1 e 2KHz – 2Vpp à entrada do CODEC2(conectar TP24 a TP58 e TP25 a TP59).

Questão 2 – Analisar os sinais de saída dos dois CODECs (TP64 e TP65). Podemos afirmar:

a) O usuário 1 (OUT1) não recebe nenhum sinal.




73

b) O usuário 1 (OUT1) recebe o sinal enviado pelo usuário 1 (IN1); o usuário 2 (OUT2)

recebe o sinal enviado pelo usuário 2 (IN2).c) Os dois usuários (OUT1 e OUT2) recebem o sinal enviado pelo usuário 1 (IN1).

d) O usuário 1 (OUT1) recebe o sinal enviado pelo usuário 2 (IN2); o usuário 2 (OUT2)

recebe o sinal enviado pelo usuário 1 (IN1).

Questão 3 – Como se procede para os dois usuários receberem o sinal enviado pelo usuário 2?

a) Selecionar Time Slot de recepção 1 para ambos os usuários (SW8=TS1 e SW9=TS1).

b) Selecionar Time Slot de recepção 2 para ambos os usuários (SW8=TS1 e SW9=TS1).

c) Selecionar Time Slot de recepção 2 para ambos os usuários (SW8=TS2 e SW9=TS2).

d) N.D.A.

Questão 4 – Faça um resumo sobre o processo de comutação temporal.

Figura A.4 – Diagrama do Sistema PCM 2 canais montado no módulo




74

Experiência 4 - Multiplexação por Divisão no Tempo - TDM (Folha de Respostas)


Resposta Questão 1


Resposta Questão 2


Resposta Questão3


Resposta Questão 4

tel_fixa

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