MODULAO POR CDIGOS DE PULSOSA Multiplexagem por Diviso no Tempo - TDM ( iniciais da expresso inglesa Time Division Multiplexing ) frequentemente utilizada sempre que se pretende aumentar o rendimento dum canal de transmisso, dele tirando maior proveito das suas capacidades, ou seja da largura de banda disponvel. Consideremos um dispositivo digital ( Multiplexer TDM ) com trs canais de entrada e um de sada, ao qual chegam bits ou pacotes de dados a um ritmo constante .

O primeiro Multiplexer funciona como um "comutador" que "varre" consecutivamente cada uma das entradas e a permanece um curto intervalo de tempo ( time slot) , colocando na sada o pacote de dados que a acaba de chegar . O segundo Multiplexer funciona agora de modo inverso ( como Desmultiplexer ), ou seja, vai lendo os pacotes de dados que chegam a intervalos de tempo regulares , e devidamente sincronizado com o primeiro, coloca-os nas sadas correspondentes . A grande vantagem da Multiplexagem por Diviso no Tempo TDM ( nome que se d tcnica utilizada ) est em permitir que um canal de transmisso que poderia estar completamente ocupado por uma comunicao entre dois utilizadores duma rede de Telecomunicaes, possa agora ser utilizado por vrios outros intervenientes noutras comunicaes que decorram ao mesmo tempo entre os dois locais.

Na rede telefnica, por exemplo, encontra-se normalizado na Europa desde 1968, pelo ento CCITT, a "Portadora E1" ,de grande capacidade, que transporta 30+2 canais telefnicos digitais PCM de 64 kbps ( o que totaliza 32 x 64 = 2048 kbps, aps a Multiplexagem ), sendo os dois canais individualizados, destinados a Sinalizao e manuteno do sincronismo ( alinhamento ) .

Facilmente se verifica, tendo presente o modo como o sinal digitalizada, bem patente na figura, que o sinal recuperado posteriormente transmisso, vir a ser significativamente diferente do original . Se a amostragem tiver uma freqncia conveniente, o sinal recuperado facilmente convertido em analgico, com forma semelhante original, aps filtragem das freqncias mais altas. ( representado a amarelo na figura da direita ) NOTA : A freqncia de amostragem utilizada neste exemplo ( 17000 amostras/segundo ) permitiria, de acordo com o teorema de Nyquist, codificar sinais em que interviessem freqncias at 8500 Hz ( 17000 = 2 x 8500 ).

Temos assim que, se a amostragem tiver uma frequncia manifestamente insuficiente, a existncia num sinal de freqncias altas ( por exemplo, com variaes rpidas !) , no permite a converso correta para digital, podendo originar um sinal recuperado muito diferente do original Erro normalmente designado por "aliasing"

PCM - MODULAO POR CDIGO DE PULSO

Existe atualmente uma forte tendncia transformao dos atuais sistemas telefnicos em redes inteiramente digitais, tanto no que diz respeito transmisso como comutao. Esta transformao teve incio quando da introduo, em escala comercial, dos sistemas de transmisso PCM. A evoluo no campo da computao e dos sistemas digitais propiciou a continuidade dessa transformao atravs da introduo de processamento de dados no controle de centrais telefnicas, criando assim as denominadas centrais CPA (Controle por Programa Armazenado).

As principais vantagens da introduo de tecnologia digital em centrais telefnicas, podem ser classificadas:VANTAGENS TCNICAS: - Melhor qualidade de transmisso; - Maior dificuldade de interceptao de conversao e maior facilidade de codificao para ligaes sigilosas; - Maior capacidade de sinalizao entre centrais atravs do aproveitamento adequado dos canais de sinalizao dos sistemas PCM (64 Kbit/s); - Menor tempo para o estabelecimento de chamadas, quer pelo menor tempo de acesso aos componentes da matriz de comutao, devido a compatibilidade entre as tecnologias da matriz e do controle, quer pela maios facilidade de determinao de rotas livres na matriz; - Maior facilidade de projeto e implementao de matrizes de comutao de grande capacidade e bloqueio pequeno;

- Compatibilidade com futuros meios de comunicao digital.

VANTAGENS ECONMICAS- Reduo de custo;

- Reduo de peso e espao ocupado pela matriz de comutao;- Possibilidade de integrao de servios, permitindo a transmisso e comutao mais eficiente de dados de qualquer natureza; - Simplificao de operao e dos procedimentos de pesquisa e correo de falhas

O PCM (Modulao por Cdigo de Pulso) transforma um sinal analgico em uma srie de pulsos binrios que podem ser manipulados. Esse procedimento resulta em um erro, ou rudo intrnseco, provocado pela etapa de atribuies de nveis qunticos ao sinal. O PCM consiste em relacionar o sinal a ser emitido com uma codificao de pulsos. a tcnica mais utilizada atualmente pelos sistemas de transmisso, sendo mostrada a seguir.

Teorema da Amostragem Consiste em substituir o sinal analgico por uma sucesso de amostras de curta durao em intervalos regulares. Essa sucesso de amostras contm as informaes necessrias para posterior recuperao do sinal original, sem perdas de informao. Os sinais de entrada aplicados a cada um dos canais correspondentes devem ser periodicamente amostrados para que possam ser codificados e em seguida multiplexados no tempo. A freqncia de amostragem deve ser maior ou igual a duas vezes a mxima freqncia do sinal a ser amostrado (usualmente denominada de freqncia de Nyquist).

Onde

Fa = Freqncia de amostragemFs = Maior freqncia do sinal amostrado

A voz humana ocupa uma faixa de freqncias de 20 a 20 KHz. A faixa de freqncias utilizada em telefonia de 300 a 3400 Hz, sendo que a freqncia de amostragem foi fixada em 8000 Hz. Esta faixa de freqncias foi escolhida porque representa 90% da inteligibilidade do sinal. O intervalo de tempo entre uma amostra e outra de um mesmo sinal de 125 s. Este valor foi obtido atravs de:

Onde Ta = intervalo de amostragem

A figura ilustra o processo de amostragem de um sinal telefnico analgico.

Amostragem de um sinal de voz

Quantizao Como os sinais amostrados PAM so analgicos, a primeira etapa para a converso destes em sinais digitais a quantizao, que consiste em aproximar as amplitudes das amostras para valores pr-determinados (nveis de quantizao). Para que ele seja codificado, necessrio que assuma valores discretos, sendo aproximado para um valor pr-estabelecido mais prximo (valor de deciso). Na quantizao uniforme, como os intervalos de quantizao so uniformemente distribudos, sinais de menores amplitudes sofrero maiores efeitos do erro de quantizao, ou seja, a relao sinal/rudo menor para sinais de pequena amplitude e maior para sinais de maiores amplitudes. As estatsticas dos sinais de voz revelam que sinais de pequena intensidade so predominantes, o que inviabiliza a quantizao desse sinal de maneira uniforme.

Quantizao e Relao Sinal Rudo Como vimos, o sinal quantizado traz consigo um erro de quantizao (Eq). Podemos definir esse erro como sendo:

Onde:Va = Valor da Amostra Vq = Valor Quantizado

Compresso Na figura anterior verificamos que a Relao Sinal Rudo (RSR) maior para valores maiores de amplitude. Deste modo teremos uma RSR varivel. Para se conseguir uma RSR melhor ao longo de toda a dinmica do sinal, e obter uma maior inteligibilidade, necessrio que a quantizao seja no - linear, onde os nveis de quantizao so distribudos de forma no - linear. Assim, teremos uma menor aproximao para nveis mais baixos.

O processo de compresso consiste em comprimir os nveis mais altos, sendo assim, a quantizao no - linear associada a um compressor permite que a relao sinal / rudo seja constante para todos os nveis. A caracterstica bsica que define o funcionamento de um compressor a Lei de Compresso.

Atualmente existem as seguintes Leis de Compresso:Lei : No utilizada no Brasil. A curva caracterstica da Lei apresenta 15 segmentos e utilizada para um sistema PCM de 24 canais. Adotada nos EUA e Japo. Lei A: Adotada para os sistemas de 32 canais onde a curva aproximada para 13 segmentos de reta. Utilizada na Europa e Brasil. Para execuo prtica dos equipamentos PCM, as curvas definidas pela Lei de Compresso so aproximadas por segmentos de reta, onde cada segmento (trecho) tem o mesmo nmero de nveis (igual a 16). A figura abaixo mostra a curva caracterstica da Lei A..

Curva Caracterstica da Lei A

Codificao

A codificao usada aps a compresso para converter a amplitude de cada pulso PAM em uma combinao de bits zero e um. Os 128 intervalos positivos mais os 128 intervalos negativos formam os 256 (28) intervalos do sistema de transmisso PCM, sendo representados por palavras cdigo (cdigo binrio) de 8 dgitos, isto , 8 bits.

O formato da palavra cdigo utilizado para representar cada valor codificado, ilustrado na figura abaixo.

Formato da Palavra Cdigo de 8 bits

P: Indica a polaridade do pulso PAM, isto , se ele se encontra na metade superior (p= 1) ou inferior da curva de compresso (p = 0); B: Indica o segmento dentro da metade definida por p, em que se encontra a amostra em questo (3 bits podem representar 8 segmentos). Para a caracterstica de compresso utilizada, a curva dividida em 13 trechos. Porm, como o trecho nmero 7 subdividido em 4 segmentos, tem-se na realidade um total de 16 segmentos; A: Indica o nvel dentro do segmento ou trecho do segmento (4 bits podem representar 16 nveis).

Multiplexao por Diviso no Tempo (TDM)

A multiplexao permite que os vrios sinais amostrados sejam transmitidos por uma nica via de transmisso. Para um sistema PCM de 32 canais (30 canais para informao, uma canal para sinalizao e outro para alinhamento e sincronismo), a chave eletrnica da etapa de amostragem varre um determinado canal num intervalo de tempo t. T o perodo de varredura de um quadro, que por sua vez composto de 32 canais. Portanto, o tempo de varredura de um canal de 3,9 s e o tempo de um nico bit .

Logo, o restante do tempo T - t pode ser utilizado para transmisso, na, mesma linha, de outros canais de comunicao, obtendo assim a Multiplexao por Diviso no Tempo (TDM). Os 32 canais do PCM formam o quadro bsico de 2.048 Kbps, ou 2 Mbps. O quadro repete-se 8.000 vezes por segundo, ou seja, cada quadro tem a durao de 125 s. Cada byte do quadro, portanto, tem a capacidade de transportar 8 x 8.000 = 64 Kbit/s. O intervalo de tempo (Time Slot) zero utilizado para transportar o sinal de alinhamento de quadro. Os bits desta palavra tm sempre o mesmo formato: 10011011. O receptor determina a posio do quadro de pulsos baseado nas palavras de alinhamento dos quadros entrantes, para que os bits entrantes possam ser distribudos aos circuitos telefnicos na seqncia correta. A palavra de alinhamento de quadro transmitida alternadamente com a palavra de alarmes.

Quadro PCM de 1 Ordem (2.048 Kbit/s)

O canal 16 normalmente utilizado para transportar a sinalizao associada aos canais teis; com a introduo da sinalizao por canal comum, o Time Slot 16 passa a ser utilizado para transportar mais um canal til. O canal 16 funciona da seguinte maneira: - No quadro 0: Sincronismo de multiquadro (conjunto de 16 quadros); - No quadro 1: Sinalizao dos canais 1 e 17; - No quadro 2: Sinalizao dos canais 2 e 18; - ... - No quadro 15: Sinalizao dos canais 15 e 31.

Regenerao do Sinal na Linha

No sistema de transmisso PCM, a forma de onda de pulso transmitida deformada na linha, mesmo se for bipolar. Entretanto, ela pode ser regenerada, sem distoro, atravs do uso de repetidores instalados em intervalos regulares.O repetidor digital apresenta vantagens sobre o repetidor analgico, pois alm de reconstituir o pulso no formato original, elimina completamente o rudo que estava presente junto com o sinal na entrada do repetidor. Com o repetidor analgico, isto no acontece, pois este amplifica tanto o sinal de informao quanto o rudo existente no sinal de entrada do repetidor, alm de inserir o prprio rudo, tornando difcil a reconstituio do sinal original. Nos enlaces PCM so utilizados repetidores de 2 a 5 Km.

Demultiplexao, Decodificao, Expanso e Filtragem Estas etapas realizam as operaes Multiplexao, Codificao e Compresso. inversas da

Na demultiplexao, as informaes contidas nos bits de sincronismo permitem que os pulsos PAM sejam encaminhados para seus respectivos canais por meio de uma seqncia deportas que se abrem sucessivamente. A decodificao, executada na recepo, a operao inversa codificao realizada na transmisso. Nesta fase o sinal digital transformado na forma de pulsos PAM. Na recepo, aps a decodificao, o pulso precisa ser restaurado, ou seja, expandido atravs de um processo denominado Expanso. Consiste em aplicar uma Lei exatamente inversa

A aproximao para o nmero inteiro mais prximo, d origem a um erro de quantificao que minimizado se for utilizado um nmero elevado de patamares ou nveis. Se houvesse, por exemplo, 128 ou 256 nveis de sinal, em vez dos 8 do exemplo, o erro na atribuio por aproximao, dum nmero inteiro a cada amostra, seria substancialmente inferior. No nosso caso, teremos para as 3 primeiras amostras:

Amostra (1) - Valor amostrado 2,8 Amostra (2) - Valor amostrado 5,7 Amostra (3) - Valor amostrado 6,1

4) Converso dos nmeros inteiros que representam o Nvel de cada amostra, em nmeros binrios. Note-se que cada nmero escrito com o nmero mnimo de bits necessrio para representar a amostra, qualquer que seja o seu valor ! Neste caso, tratando-se de 8 nveis possveis, e sendo o mais alto o 7, precisamos de 3 bits.

Valor amostrado

2,8

5,7

6,1

Nvel inteiro

3

6

6

Valor Binrio

011

110

110

5) Escrita e posterior transmisso da srie de bits representativa das amostras efetuada. ... 011 110 110 . . .Na Europa, bem como no Brasil, utiliza-se o Sistema PCM30, e as Portadoras E1 de 2 Mbps , utilizadas em troncas digitais de grande porte, comportam 30+2 = 32 canais de 64 kbps o que perfaz 32 x 64 = 2048 kbps.