PCM MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO Voz Humana A voz humana é um sinal analógico que possui espectro de aproximadamente 100Hz à 12kHz. Para utilização

PCM

MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO

Voz Humana

• A voz humana é um sinal analógico que possui espectro de aproximadamente 100Hz à 12kHz.

• Para utilização em telefonia limitamos a voz na faixa de 300Hz à 3,4kHz.

• Um sinal analógico é aquele que pode assumir uma infinidade de valores em um intervalo.

Sinal Analógico

T(mS)

A(mV)

Um sinal analógico pode assumir qualquer valor de amplitude em um intervalo possível.

Sinal Digital

T(mS)

A(mV)

Um sinal digital só pode assumir alguns valores de amplitude em um intervalo possível.

Transformação de Sinal Analógico em Digital

• O sinal analógico à ser transformado em digital deve ter banda passante finita.

f(kHz)

A(mV)

0,3 3,4

Espectro da voz humana em telefonia Freqüência

superior do sinal


• O sinal é amostrado periodicamente com uma chave síncrona.

T(mS)

A(mV)


• O sinal é amostrado periodicamente com uma chave síncrona.

T(mS)

A(mV)

As amostras correspondem ao valor instantâneo da onda analógica

Observar que o sinal amostrado é analógico ainda


• O sinal formado desta operação é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation - Modulação por Amplitude de Pulso).

• Este sinal é discreto, ou seja apenas amostras do sinal original são transmitidas.

• Este sinal pode ser convertido no sinal original de novo se passar por um filtro passa baixas.


• A principal vantagem deste tipo de modulação advém do fato de que o canal não fica ocupado o tempo todo com o sinal.

• Desta forma podemos utilizar o tempo em que um sinal é zero para transmitir informações neste canal de um outro sinal.

T(mS)

A(m

V)

Espaço sem sinal


• Esta é a técnica conhecida como TDM (Time Division Multiplex - Multiplexação por Divisão de Tempo)

T(mS)

A(mV)


• O sinal resultante no meio físico é mostrado abaixo. O número de sinais que podem ser multiplexados num canal define a capacida-de do canal.

T(mS)

A(mV)


• O sinal mostrado anteriormente é totalmente analógico, o que trás os seguintes inconvenientes para transmitir em um canal:– O ruído é bastante severo em modulações

baseadas em amplitude.– As distorções de amplitude causadas pelas

características físicas do meio de transmissão são irrecuperáveis.


• A solução está em digitalizarmos o sinal analógico (amostras).

• Para tanto devemos converter as amostras em um número binário que a representa.

• Esta técnica assim descrita introduz o conceito de ruído de quantização.


• A conversão Analógico para Digital utiliza-se de um elemento conhecido como conver-sor analógico para digital. Este circuito con-siste de um comparador de nível analógico, dependendo do valor de tensão deste sinal uma saída digital é apresentada.

Conversor Analógico para Digital

ComparadorR

Vcc

ComparadorR

ComparadorR

ComparadorR

CircuitoCombinacional

Q2

Q1

Vin<=Vcc

Vin

Conversor Analógico para Digital

• Este conversor mostrado no slide anterior é conhecido como linear, porque a curva de conversão possui o mesmo peso para cada nível de conversão.

Vout

Vin

Curva de transferência do circuito

Reta que representa a transferência linear

Ruído de Quantização

• O processo de conversão analógico para digital faz com que uma amostra com um valor ligeiramente diferente de outra sejam interpretadas como sendo de mesmo valor.

Vout

Vin


• O nome que se dá à esse erro cometido na hora de quantizar o sinal é conhecido como Ruído de Quantização.

• Este ruído introduzido pode ser minimizado aumentando-se o número de níveis de quantização.


• O número de bits aumenta quanto maior for o número de níveis de quantização.

No de Níveis No de combinações No de bits2 2 14 2x2 28 2x2x2 3

16 2x2x2x2 432 2x2x2x2x2 564 2x2x2x2x2x2 6

128 2x2x2x2x2x2x2 7256 2x2x2x2x2x2x2x2 8


• Para transmitirmos voz de maneira agradável, mantendo uma relação sinal ruído (SNR - Signal to Noise Ratio) baixa precisamos de 6 à 7 bits, porém para manter compatibilidade com os circuitos encontrados no mercado foi adotado 8 bits (256 níveis).


• A forma de quantizar o sinal vista até agora é linear, porém ela é inadequada para sinais de voz de pequena amplitude, fazendo com que tenhamos que ter um peso diferente para cada nível.

• Para resolver este problema o ITU definiu uma forma não linear de quantização conhecida como lei A de compressão.


• A lei A de fine uma curva logarítmica de quantização e a sua forma é mostrada abaixo:

Vin

Vout

V2/V1=A/(1+logA) 0<v1<1/AV2/V1=1+(logA.V1)/(1+logA) 1/A<V1<1


• Na verdade utilizamos uma aproximação da curva por linearização por partes.

• A curva de compressão por lei A linearizada possui 13 segmentos.

• O erro cometido com a linearização é desprezível comparado com a facilidade de implementação de hardware que ela acarreta.

Lei A de Quantização

Vin

Vout

A linearização possui 13 segmentos

Existem 6,5 segmentos positivos e 6,5 segmentos negativos

O primeiro semi-segmento possui o dobro do tamanho dos demais

Cada segmento possui 16 níveis

Lei A de Quantização

• A amostra é transformada em um byte que a representa com o seguinte formato.

S X X X N N N N

S é o bit de sinal 0 se (-) e 1 se (+)XXX representam o número de segmento (000) e (001) para o primeiro semi-segmentoNNNN representam o nível dentro do segmento

O quadro PCM30

• A Multiplexação no Domínio do Tempo feita de forma digital, é organizada em uma estrutura chamada Quadro.

• Este quadro possui 32 partes individuais, cada uma contendo 1 byte. Cada byte é chamado de Intervalo de Tempo (Time Slot).

O formato do quadro

• O quadro PCM30 é formado por 32 intervalos de tempo, sendo:– 30 utilizados para transportar informações de

dados ou voz. (IT1 à IT15 e IT17 à IT31).– 1 para controlar o alinhamento de quadro, alarme

remoto e supervisão. (IT0).– 1 para transporte de sinalização associada e

controle de alinhamento de multiquadro; ou usado para transportar dados.(IT16).

O formato do quadro

0 1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 Intervalos de Tempo, duração 125 microssegundos

Palavra de alinhamento de quadro nos quadros pares, e palavra de supervisão nos quadros ímpares

Palavra de alinhamento de multiquadro no quadro zero, e sinalização associada ao canal nos demais quadros(1 à 15)

Intervalo de tempo 0

• Responsável pelo alinhamento de quadro.

• Responsável pela supervisão de alarme remoto.

• Responsável por transporte informação de telemetria.

Intervalo de tempo 0

• Intercalam-se nos intervalos de tempo 0 dois tipos de informação:– A palavra de alinhamento de quadro.– A palavra de supervisão.

z 0 0 1 1 0 1 1

z 1 alr b4 b5 b6 b7 b8 PS (palavra de supervisão)quadros ímpares

PAQ (palavra de alinhamento de quadro)quadros pares

Z é um bit de uso reservado para autoridade administrativa nacional no Brasil é 1 fixo.

Intervalo de Tempo 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

0 1 2 ......31

Quadro Par (125 microseg.)

z 0 0 1 1 0 1 1 z 1 alr b4 b5 b6 b7 b8

PAQ PS

Palavra de Alinhamento de Quadro

• A palavra de alinhamento de quadro serve para marcar para o receptor o início da estrutura de quadro.

• É constituído por um byte à cada 250 microssegundos.

• No Brasil o byte de PAQ é 10011011. O bit Z é fixado em 1.

Alinhamento de Quadro

RxTxQuadro 0Quadro 1Quadro 2Quadro 3

PAQPAQ PSPS

Cenário de Aplicação

O transmissor gera o sinal à ser transmitido para o receptor estruturada em quadros.

O receptor procura o alinhamento de quadro para poder demultiplexar as informações recebidas.

Algoritmo de Alinhamento de Quadro

Hunt

Presinc

Sinc

1 PAQ válida

2 PAQ válidas

3 PAQ inválidas seguidas

1 PAQ inválida

No estado Hunt a PAQ é procurada bit à bit

No estado Sinc quando uma PAQ é encontrada errada geramos um pulso para contagem de taxa de erro


• O estado Hunt ocorre quando ligamos o receptor ou quando perdemos o sincronismo de quadro.

• Quando o byte procurado em Hunt coincide com a PAQ vamos para o estado Presinc.


• O estado Presinc é aquele que irá comparar a PAQ com o byte correspondente apontado pelo Hunt. Ou seja 64 Intervalos de tempo depois.

• Se não acontecer de ser a PAQ a ocorrência deste padrão foi uma coincidência e voltamos ao estado Hunt.

• Se ocorrer a PAQ fazemos mais um teste para aumentarmos a confiabilidade do método.


• No estado Sinc passamos a monitorar a PAQ para dois fins diferentes.– A ocorrência esporádica de uma PAQ errada é

usada para contagem de erros e cálculo de taxa de erro.

– A ocorrência de 3 PAQs erradas seguidas caracteriza a perda de sincronismo. Que normalmente é causada por slip.

Palavra de Supervisão

• Ocorre intercalada com as PAQs (nos quadros ímpares), sempre no Intervalo de Tempo 0.

• Sua Função é a de administrar o Alarme Remoto (ALR - bit 3) e Telemetria (bits 4 a 8).

z 1 alr b4 b5 b6 b7 b8

Palavra de Supervisão

• O bit Z é reservado e fixo em 1.

• O segundo bit é fixo em 1 para evitar coincidência com a Palavra de Alinhamento de Multiquadro.

• O terceiro bit contém o Alarme Remoto (ALR).

• Os demais são para Telemetria.

Alarme Remoto

O receptor recebe o aviso de que o sistema distante está indisponível através do bit 3 da PS.

O receptor não consegue funcionar normalmente devido á falta de sinal, ou perda de alinhamento ou Taxa de erro.

Cenário de Utilização

TxRx

Quadro 0Quadro 1Quadro 2Quadro 3

PAQPAQ PSPSTx Rx

Quadro 3Quadro 2Quadro 1Quadro 0

PAQPAQ PSPS

Alarme Remoto

• O ALR é codificado assim:– 0 representa alarme– 1 representa funcionamento normal.

• Quando um sistema se encontra indisponível, este alarma localmente e avisa o sistema remoto da situação de falha através do ALR.

Alarme Remoto

• O sistema que recebe em sua recepção um ALR ativo, alarma localmente para avisar os técnicos e/ou supervisão de que o sistema remoto se encontra indisponível.

Bits de telemetria

• Os bits de 4 à 8 (cinco bits) são usados para telemetria, ou seja são usados para transportar dados que podem ser desde alarmes de estação (porta aberta, ar condicionado, baterias,etc...) até um canal de comunicação de dados de baixa velocidade (até 20 kbps).

Bits de telemetria

Cenário de Utilização

PCM 30

PortaAberta

Ar Condi-cionado

Baterias

b4

b5

b6Os alarmes captados da estação são concentrados e multiplexados com o feixe PCM30 na PS nos bits b4 à b8.


• Usado para levar a informação relativa à sinalização associada ao canal de voz.

• A sinalização aqui em questão é a dos juntores das centrais. E&M Contínuo ou Pulsado ou R2 Digital.

• Sinalização de Assinante (LGS e LGE), não são contempladas na G.703.

• Quando não houver sinalização associada, ou só houver dados, o IT16 pode ser usado para comunicação como canal normal.


0 1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 Intervalos de Tempo, duração 125 microssegundos

Palavra de alinhamento de multiquadro no quadro zero, e sinalização associada ao canal nos demais quadros(1 à 15)

Sinalização

• Antes de estudar o IT16, vamos estudar um básico de sinalização.

• A sinalização da qual nos referimos é entre as centrais telefônicas (E&M ou R2 digital).

Sinalização

• A sinalização é classificada como associada e não associada.

Central CentralLinha Tronco

Enlace de SinalizaçãoA sinalização é dita associada quando o enlace de sinalização e os circuitos de voz percorrem o mesmo caminho físico.

Central CentralLinha Tronco

Enlace de Sinalização 2

A sinalização é dita não associada quando o enlace de sinalização e os circuitos de voz percorrem caminhos físicos distintos.

Central Central



Sinalização

• A sinalização pode ser na banda e fora de banda.

Central CentralVoz

Sinalização

A sinalização é na banda quando ela ocupa recursos que serão usados mais tarde para transporte da informação.

A sinalização é fora da banda quando ela ocupa recursos exclusivos para si, e não há mistura de sinalização e informação.

Sinalização

• A norma G.703 contempla para o IT16 a transmissão de sinalização associada.

• Quando a sinalização for não associada (Canal Comum), a sinalização é transparente ao Mux, que não interage com ela.

Sinalização E&M

• É a sinalização que define a função dos fios E (Ear) e M (Mouth).

Juntorde

saída

Juntorde

entrada

Voz a 2 ou 4 fios

M

ME

E

Juntor

• É usado na interligação de Centrais Telefônicas Analógicas.

• Pode ser de entrada (destinatário de chamadas), de saída (origem das chamadas), ou bidirecionais (podem originar ou receber chamadas).

• Pelo exemplo vemos que sempre temos um Juntor de Saída fisicamente ligado à um Juntor de Entrada.

Juntor

• Se a parte de voz for com híbridas então o juntor é dito à 2 fios.

• Se a parte de voz for com Tx independente de Rx temos um juntor à 4 fios.

JuntorVoz

Sinalização

Juntor à 2 fios

JuntorVoz

Sinalização

Juntor à 4 fios

Tx

Rx

E&M

• 1. Assinante A passa o número de B para a Central A.

CentralA

js

CentralB

je

ME

EMAssinante A Assinante B

E&M

• 2. A Central A procura um juntor de saída livre que se ligue à Central B, observando se a linha E = 0V.

M deve estar em 0V, o que garante que este juntor está livre e em operação normal.

E deve estar em 0V, o que garante que este juntor está livre na Central destino.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 3. O juntor de saída livre é tomado, colocando M=0 na Central A.

E fica em baixa tensão, o que significa que a Central A deseja uma conexão por este juntor com a Central B.

M é colocado em -48V, significando a tomada do juntor que estava livre, pela Central A.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 4. Se a Central B aceitar esta conexão então o fio E do JE é baixado para -48V.

E fica em baixa tensão, o que significa que a Central B aceitou a conexão solicitada pelo JS.

M é colocado em -48V, significando o aceite da conexão pedida pela Central A.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 5. Passamos o número de B e outras informações complementares usando tons MFC.

É passada informação relevante para que a Central B possa completar a chamada originada em A.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 6. O assinante B é chamado.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 7. Quando B atende M do JE é colocado em 0V. Isto faz com que a central A libere os circuitos de Voz.

CentralA

js

CentralB

je

ME


E&M

• 8. Se A desligar primeiro M do JS vai à -48V e a desconexão é imediata.

CentralA

js

CentralB

je

ME


• 9. Se B desligar primeiro M do JE vai à -48V e a desconexão é temporizada ( aprox. 90s).

E&M

CentralA

js

CentralB

je

ME



• Vimos a teoria básica de sinalização associada.

• Para carregar esta informação foi criado um método usando o IT16.

• O IT16 no caso de transportar sinalização associada possui a seguinte descrição.


Seqüência de 16 quadros PCM30 marcado os IT16

0 1 1 1 rn 0alr0 0 0 ln rn+8 0rn+16 ln+16 rn+23

PAM - Palavra de Alinhamento de

Multiquadro

Sinalização associada ao canal de voz

...


• Para compreender a figura anterior devemos definir algumas coisas.– A sinalização é levada junto com o quadro mas

não toda de uma vez, mas 2 canais (n e n+16) ou 4 canais (n, n+8, n+16 e n+23) de cada vez.

– Na menor velocidade (decidida por programação) precisamos de 15 IT16 (ou 15 quadros) para levar a informação de todos os canais.


• Além da informação de sinalização (que é estruturada sobre o IT16), precisamos de um sincronismo à nível de Multiquadro (ou seja, sincronismo de onde começa a informação estruturada de sinalização sobre o IT16).


• Assim temos dois tipos de informação sobre o IT16:– Palavra de alinhamento de Multiquadro (no

quadro numerado como 0).– Sinalização associada aos canais (nos quadros

de 1 à 16).

Palavra de Alinhamento de Multiquadro

Seqüência de 16 quadros PCM30 marcado os IT16,formando um Multiquadro

0 1 1 1alr0 0 0

Ocorre no quadro marcado como 0

•Os quatro bits 0 iniciais são a PAM•Os quatro bits finais são para convergência da PAM e o bit6 para Alarme Remoto de Perda de Alinhamento de Multiquadro

Palavra de Alinhamento de Multiquadro

• Observa-se que apenas os quatro bits iniciais do IT16 do quadro 0 são considerados PAM.

• O processo de alinhamento é similar ao processo da PAQ.

• O Alarme Remoto se processa do mesmo modo do Alarme Remoto do IT0, só que para Perda de Alinhamento de Multiquadro.

Sinalização Associada

Seqüência de 16 quadros PCM30 marcado os IT16

rn 0ln rn+8 0rn+16 ln+16 rn+23

Sinalização associada ao canal de voz

... Ocorre nos quadros de 1 à

16

•Os bits 2 e 6 carregam a sinalização por uma via lenta (2 canais de cada vez).•Os bits 1, 3, 5 e 7 carregam a sinalização por uma via rápida (4 canais de cada vez).


r9 0l9 r16 0r24 l24 r1

r8 0l8 r15 0r23 l23 r30

r11 0l11 r18 0r26 l26 r3

r10 0l10 r17 0r25 l25 r2

r13 0l13 r20 0r28 l28 r5

r12 0l12 r19 0r27 l27 r4

r15 0l15 r22 0r30 l30 r7

r14 0l14 r21 0r29 l29 r6

r1 0l1 r8 0r16 l16 r23

r3 0l3 r10 0r18 l18 r25

r2 0l2 r9 0r17 l17 r24

r5 0l5 r12 0r20 l20 r27

r4 0l4 r11 0r19 l19 r26

r7 0l7 r14 0r22 l22 r29

r6 0l6 r13 0r21 l21 r28

Sinalização associada descrita em todos os IT16 (de 1 à 16) do Multiquadro


• Os bits de sinalização são amostras da sinalização relativa ao fio M do juntor que serão recompostas no destino.

• O tempo de Multiquadro é de 2 ms (16x125 microseg.).

• O tempo de atraso de sinalização será dependente se usamos a via rápida bits r (1ms), ou via lenta bits l (2ms).

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PCM MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO Voz Humana A voz humana é um sinal analógico que possui espectro de aproximadamente 100Hz à 12kHz. Para utilização