Tecnicas MIC

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Equipos microinformáticos TÉCNICAS MIC EQUIPOS MICROINFORMÁTICOS PRACTICA 3 TÉCNICAS MIC “MODULACIÓN DE IMPULSOS CODIFICADOS” Roberto Guerrero Benavente 2º Equipos Electrónicos de Consumo I.E.S Luis Bueno Crespo 2010/2011 2º Equipos Electrónicos de Consumo INDICE

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Equipos microinformáticos TÉCNICAS MIC

EQUIPOS MICROINFORMÁTICOS

PRACTICA 3

TÉCNICAS MIC “MODULACIÓN DE IMPULSOS

CODIFICADOS”

Roberto Guerrero Benavente 2º Equipos Electrónicos de Consumo

I.E.S Luis Bueno Crespo 2010/2011

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INDICE DE CONTENIDOS

1. TÉCNICAS MIC. GENERALIDADES

2. MUESTREO

3. CUANTIFICACIÓN

4. CODIFICACIÓN, DECODIFICACIÓN Y FILTRADO

5. MULTIPLEXACIÓN POR DISTRIBUCIÓN EN EL TIEMPO (MDT)

6. MULTIPLEX MIC DE 30 CANALES

• ESTRUCTURA DE TRAMA Y MULTIRAMA

• ALINEACIÓN Y SEÑALIZACIÓN

7. JERARQUIA DE LOS SISTEMAS DIGITALES MDT

8. JERARQUIA DE LOS SISTEMAS DIGITALES

• JERARQUIA DIGITAL PLSEIÓCRONA (JDP)

• JERARQUIA DIGITAL SINCRONA (JDS)

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TECNICAS DE MODULACIÓN POR IMPULSOS CODIFICADOS

La modulación por impulsos codificados (MIC), también es conocida como Pulse Code Modulaion (PCM). Es un procedimiento por el cual se modula una señal telefónica analógica, para transformarla en una señal digital. La señal analógica, originada por la voz de una persona que llama a otra (llamante), será digitalizada en la central de conmutación, mediante tres técnicas aquí descritas, para ser posteriormente multiplexada y enviada a su destino donde de nuevo sera demultiplexada y convertida en analógica para que esta pueda ser entendida por el terminal telefónico de la persona llamada.

Las funciones de las distintas etapas de las que consta el sistema son:

• Muestreo de las señal analógica.• Cuantificación.• Codificación.• Multiplexación.

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MUESTREO

El muestreo es el proceso por el cual tomamos muestras de una señal analógica para convertirla en una serie de impulsos en función de la amplitud y la fase de la señal. A estos impulsos de amplitud es lo que llamamos tren de impulsos o señal MIA (Modulación de Impulsos en Amplitud ).

T eorema del muestreo

La frecuencia de muestreo (fm) viene determinada por el teorema del muestreo de Nyquist-Shannon. El teorema dice que la reconstrucción exacta de una señal a partir de sus muestras, es matemáticamente posible si la señal está limitada en banda y la tasa de muestreo es superior al doble de su ancho de banda. Para este calculo se toma como mínimo el doble de la frecuencia máxima usada por el sistema de transmisión analógico

• Un caso practico es el de la linea de Telefónica, en la que la frecuencia de muestreo es de 8000 Hz o muestras por segundo. El ancho de banda para la voz a través del terminal telefónico está comprendido entre 300 y 3400 Hz. Si tomamos la frecuencia máxima superior y la multiplicamos por 2 obtenemos 6800 Hz. Para que esta señal sea lo mas fiel a la original a la hora de reconstruirla Telefónica la sube a 8000 Hz.

El periodo de muestreo es la separación entre muestras consecutivas de una misma señal de 125 μs,

T = 1/8000 = 0,000125 seg. = 125 μs

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CUANTIFICACIÓN

La cuantificación es un técnica por la cual asignamos un valor a cada una de las 8000 muestras tomadas en el paso anterior. Es decir transformamos la señal analógica a digital.

Para ello se utilizan un numero finito de 256 valores para asignarlos a cada muestra tomada de la onda sinusoidal. Esto es lo que llamamos intervalos de cuantificación, estos intervalos se encargan de tomar muestras de la amplitud completa de la onda. Luego a cada muestra se le asigna un intervalo de cuantificación.

C uantificación uniforme

En este tipo de cuantificación se toman 256 intervalos todos a la misma distancia unos de otros. Esto es un problema ya que existen varias muestras a las que se les va a asignar el mismo intervalo de cuantificación. A esto se le llama error de cuantificación. Esto produce distorsión o ruido de cuantificación a la hora de decodificar la información.

En la figura se puede ver que para señales de amplitud muy pequeñas el error es casi tan grande como la muestra, esto se traduce en ruido afectando a la señal original.

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Cuantificación uniforme

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C uantificación no uniforme

En la cuantificación no uniforme se distribuyen los 256 intervalos de forma desigual. Los intervalos correspondientes a las muestras de pequeñas están mas agrupados, mientras que los intervalos correspondientes a las muestras grandes están mas separados.

De esta manera se esta disminuyendo la distorsión o ruido de cuantificación para las muestras mas pequeñas, ya que al haber mas intervalos,la relación S/N esta mayor.

Existen dos leyes o tipos de cuantificación:

• Ley μ. Utilizada en los sistemas MIC Americanos

• Ley A de 13 segmentos. ◦ Se utiliza en los sistemas MIC europeos.◦ Esta formada por 16 segmentos de recta de los cuales los cuatro centrales están

alineados (segmento 7) por lo que se consideran uno solo, quedando 13 segmentos.

◦ Cada segmento esta dividido en 16 intervalos de cuantificación iguales entre si, pero desiguales de unos segmentos a otros.

◦ En el segmento 7 todos los intervalos de cuantificación son iguales.◦ Ya que la señal analógica tiene ciclos positivos y negativos, las 256 muestras se

organizan en 128 muestras negativas y 128 positivas.◦ De igual modo los 16 segmentos también se reparten en 8 segmentos para las

muestras positivas y 8 para las negativas.

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Ley A de segmentos

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CODIFICACIÓN, DECODIFICACIÓN Y FILTRADO

C odificación

Un codificador es un dispositivo que realiza la cuantificación y codificación de las muestras.Una vez realizado el muestreo se procede a codificar dichas muestras para pasarlas a al sistema binario (digital). Ya que tenemos 256 muestras son necesarios como mínimo palabras de 8 bits( 28 ) para indicar cual es cada muestra. Al conjunto de 8 bits se le llama palabra MIC.

Al tipo de codificación utilizada en la ley a de cuantificación se le llama codificación no lineal.

• P nos va a indicar la polaridad de la muestras ya que solo hay dos opciones solo se necesita un bit. 1 corresponde con las muestras positivas y 0 con las negativas.

• A indica uno de los 8 segmentos de cada polaridad. Son necesarios 23 bits =8 posibles segmentos.

• B indica el intervalo del segmento (A) al que corresponde cada muestra. Ya que tenemos 16 intervalos por segmento son necesarios 24 =16

Una vez terminado el proceso obtenemos un canal MIC. La señal se muestrea a una velocidad de 8000 muestras por segundo. Y cada muestra se codifica a 8 bits dando como resultado una señal de datos de 64 Kbps.

D ecodificación y filtrado

La decodificación es el proceso contrario a la codificación. Una vez la señal se ha codificado, esta se multiplexa y se manda a través de un canal MIC hasta la central de la persona llamada donde esta se demultiplexa, decodificada y descuantifica para reconstruir la señal original. Todo el proceso se realizada por un dispositivo llamado decodificador.

Una vez recuperadas las muestras, solo es necesario hacer pasar el tren de muestras por un filtro paso bajo para recuperar la señal analógica original.

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MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO (MDT)

La multiplexación es una técnica usada para transmitir varias comunicaciones a través de un mismo medio de transmisión, de modo que todas van “mezcladas”.

Un vez la señal analógica (canal de voz) se ha digitalizado, (muestreo, cuantificación y codificación) esta pasa por un multiplexor para ser enviada a su destino.

Si recordamos el periodo entre muestras, se enviaba una muestra cada 125 μs, en teoría el tiempo de enviar una muestra es casi instantáneo, de modo que en la técnica por MDT se aprovecha el espacio entre muestras para introducir por el mismo medio de transmisión mas comunicaciones, ahorrando así en cables y espacio.

En la central de recepción de la comunicación, antes de que la señal sea reconstruida, esta tiene que ser demultiplexada. Para ello ambas centrales deben de estar perfectamente sincronizadas por un reloj maestro.

MULTIPLEX MIC DE 30 CANALES

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Un multiplex MIC de 30 canales usa las técnicas MIC junto con las técnicas MDT para envían por un mismo sistema de transmisión 30 canales de voz a la vez, osea, 30 personas que mantienen un conversación con diferentes usuarios de la red telefónica compartiendo un mismo canal MIC, ademas de 2 canales adicionales de información.

• Al periodo de tiempo comprendido entre dos muestras consecutivas (125 μs) de un mismo canal se llama tiempo de trama.

• Los dos canales adicionales se usan para señalización y alineación.

Existen dos tipos tipos de multiplex MIC:

• Multiplex MIC “europeo” de 30 canales vocales mas 2 canales de información adicional, este se usa en europa..

• Multiplex MIC “americano” de 24 canales de voz, este se utiliza en Estados Unidos Canadá y Japón.

E structura de Trama

Vamos a ver como se organiza la trama, en función de los periodos de tiempo y de la función que ocupa cada uno.

• Los intervalos están numerados de 0 a 31, ocupando el primer lugar el intervalo “0” usado para el alineamiento de la trama. El intervalo “16” se usa para la señalización.

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• Los canales del 1 al 15 y del 17 al 31 llevan la información de cada muestra.

• Hemos visto que la trama dura el intervalo de tiempo comprendido entre dos muestras consecutivas.

Trama = 1/8000 = 0,000125 seg. = 125 μ seg

• Ya que tenemos 32 canales la trama está dividida en 32 intervalos iguales, la duración de cada intervalo sera:

TINTERVALO= 125 μ seg/32 canales = 3,9 μ seg

• Como cada muestra esta formada por 8 bits, luego la duración de cada bit sera:

TBIT = 3,9 μ seg / 8 bits =488 n seg

• La velocidad de transmisión sera pues la cantidad de tramas por segundo por el numero de intervalos de una trama por el numero de bits por intervalo.

8000 tramas/seg. X 32 intervalos/trama x 8 bits/intervalo= 2.048 Kbps

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A lineación

La alineación de trama se utiliza para indicar al equipo receptor de la comunicación cuando empieza una trama nueva, osea para diferenciar una trama de la siguiente trama y enviar a cada canal los bits del intervalo de tiempo que le corresponde, ya que se estas se envían una detrás de otra y se podrían mezclar las comunicaciones en la central de recepción. Esta sincronización se realiza mediante la alineación de la trama.

S eñalización

La señalización se utiliza para enviar y recibir información entre usuarios y entre centrales, como pueden ser el establecimiento de llamada, control y supervisión de la linea telefónica.

• La Señalización de usuario se usa para intercambiar información entre los abonados, siempre a través de las centrales. Esta información es de tipo, identificación del descolgado , linea ocupada, tono de marcado, tensión de linea.

• La Señalización entre centrales puede ser de dos tipos:

▪ Señalización entre registradores.▪ señalización de linea.

Para transmitir la información de señalización de línea de un terminal a otro, se utilizan dos sistemas distintos.

• La señalización por canal común se utiliza en la centrales de conmutación temporales, donde se da solo un canal de señalización común para los 30 canales de comunicación. La información transmitida en el intervalo de señalización son 8 bits, como en el canal MIC, como se transmiten 8000 tramas en un segundo, la velocidad de transmisión para la señalización será de 64 Kbps como en el canal MIC

• La señalización por canal asociado utiliza un canal de la trama para señalizar 2 canales, utiliza 4 bits para cada canal. Este tipo de señalización es la utiliza en la multitrama.

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E structura multitrama

La estructura multitrama esta formada por un conjunto de 16 tramas. Recordemos que una trama esta formada por 30 + 2 canales. La señalización se transmite por canal asociado.

El hecho de que sean 15 tramas es por que en cada trama solo se pueden señalizar dos canales de voz, 4 bits para cada canal, con lo que se necesitarían al menos 16 tramas para señalizar todos los canales. La trama 0 se usa para sincronizarla trama y multitrama.

Ya que la multitrama esta formada por 16 tramas, el tiempo que dura una trama será de:

16 tramas x 125 μ seg/trama = 2 ms

Por tanto la frecuencia de repetición de la multitrama será:

F= 1/0,002 seg = 500 multitrama/seg

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JERARQUIAS DE LOSSISTEMAS DIGITALES MDT

Jerarquía Digital plesiócrona ( JDP ) o PDH (Plesiochronous Digital Hierachy)

Existen diferentes jerarquías en los sistemas de multiplexación por división en el tiempo MDT, o TDM (Time Division Multipexing), en función del área geográfica.

Habíamos visto que el sistema multiplex MIC europeo tiene las siguientes características:

• Usa la ley A de cuantificación de segmentos con 30 + 2 canales• velocidad del canal basico 64 Kbps.• Una velocidad de transmisión de 2048 Kbps

El sistema multiplex MIC americano sin embargo tiene otras características que lo definen:

• Usa la ley μ de cuantificación y 24 canales.• velocidad del canal basico 64 Kbps.• La velocidad de transmisión es de 1544 Kbps.

Como se

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Jerarquia Digital Plesiócrona en américa, japón y europa

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puede deducir ocurre un problema de sincronización a la hora de interconectar diferentes continentes para establecer una comunicación ya que estos tienen características diferentes de transmisión de la información.

A estas jerarquías especificas de cada continente se les llama Jerarquía Digital Plesiócrona

La jerarquía digital plesiócrona presenta una serie de desventajas:

• Multiplexa bit a bit, perdiendo la integridad de la palabra de 8 bits. Esto hace imposible identificar tramas sin antes demultiplexar completamente la señal.Supongamos por ejemplo que tenemos un flujo de 140 Mbit/s, y que en un punto intermedio deseamos extraer un canal a 2 Mbit/s; es necesario para ello recurrir a las voluminosas y rígidas cadenas de multiplexación

• La duración de las tramas no es uniforme.

• Rigidez en la multiplexación.

• Las diferentes jerarquías plesiócronas existentes: Americana, Europea y Japonesa, hacen muy difícil el interconexión. La escasa normalización ha conducido a que las funciones de supervisión, sean específicas de cada suministrador, de forma que equipos de diferentes fabricantes son incompatibles entre sí.

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J erarquia Digital Sincrona JDS, o SDH ( Synchronous-Digjtal-Hierarchy ) La existencia de diversas jerarquías digitales hace que cuando el trafico sobrepasa las fronteras nacionales, hay la necesidad de efectuar conversiones, generalmente costosas, para llevar la señal a otro país. Estas causas junto con las desventajas de la JDP forzaron a crear una jerarquía digital estándar a nivel mundial, para que sea mas efectiva y económica.

Con la idea de reemplazar a largo plazo la existente JDP , nació la JDS. Esta se presenta como la red de transporte futura para para los servicios de banda ancha.

E structura básica de la JDP (SDH)

La JDP trabaja con una estructura llamada trama básica, la cual tiene una duración de 125 μ seg y corresponde a una matriz de 9 filas y 270 columnas, cuyos elementos son palabras de 8 bits, por lo tanto la trama tendrá:

9 filas x 270 columnas x 8 bits = 19,440 bits

Como su duración es de 125 μ seg, osea que se repite 8.000 veces por segundo, su velocidad de transmisión será:

19,440 bits x 8,000 Hz = 155,520 kbps

La trama básica recibe el nombre de MTS-1 Modulo de Transporte Sincrono de nivel 1.

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Estructura de la trama básica de JDS . Modulo de transporte sincrono-1

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Los multiplexores sincronos empaquetan las señales procedentes de la JDP en contenedores virtuales (CV), que poseen un tamaño uniforme.

JDS se basa en la utilización de Módulos de Transporte Sincronos MTs-1 de 155,520 Mbps

• 4 de los cuales se intercalan para formar el MTS-4 a 622,080 Mbps.• y 16 de ellos para formar el MTS-16 a 2,488,320 Mbps.

En la trama JDS se distinguen tres áreas:

• Tara de sección y de trayecto.• Punteros. Estos indican la posición en la que comienzan una carga util• Carga útil (Playload).

Ventajas que ofrece:

• Es un estándar de transmisión mundial.• Las tramas pueden extraerse mediante una técnica sencilla.• Acceso directo niveles inferiores sin la necesidad de tener que demultiplexar toda la

señal de alta velocidad.• Facilidad de multiplexión y demultiplexión.• Mejor capacidad de operación, administración y mantenimiento.• Facil crecimiento para velocidades mayores.• Cada trama esta identificada por un puntero para su localización.

Para ver mas información sobre los Módulos de Transporte Sincronos MTS:

• http://www.mailxmail.com/curso-jerarquia-digital-sincrona-sdh/modulo-transporte- sincrono

• http://es.wikipedia.org/wiki/Jerarqu%C3%ADa_digital_s%C3%ADncrona

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DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES

Bibliografia

• Tecnologías avanzadas de telecomunicaciones Ed. Thomson Paraninfo.• Fundamentos básicos de telecomunicaciones (Servicios de Formación de Telefónica

España S.A.U).• Wikipedia.• Apuntes de clase

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