Con objeto de combinar la información transmitida por varios usuarios en un mismo medio se emplean técnicas de multiplexación:
· Cuando la transmisión es de tipo analógico el método usado es FDM (Frequency Domain Multiplex), consistente en asignar a cada usuario una banda de frecuencias propia que es utilizada durante todo el tiempo que dure el servicio.
· Si la transmisión es de tipo digital (o analógico tras su conversión A/D) se emplea TDM (Time Domain Multiplex), en el cual se le asigna a cada usuario todo el ancho de banda del medio durante un intervalo finito de tiempo.
· Aunque FDM se sigue empleando sobre hilo de cobre o canal microondas, requiere circuitería analógica y no es fácilmente orientable para su procesamiento mediante microprocesadores.
· En cambio, TDM puede ser procesado fácilmente con electrónica digital, razón por la cual se ha extendido rápidamente. Sin embargo, sólo puede manejar datos de carácter digital, por lo que se hace necesaria una conversión A/D para cada usuario, tras lo cual se produce la multiplexación y formación de la trama. Esto se hace de forma rotativa, de tal manera que a cada usuario se le asigna una secuencia fija de bits en la misma.
CODIFICACIÓN DE FUENTE.
2.1.- PCM.
· La señal analógica se digitaliza a una frecuencia de 8000 Hz (l25us/muestra) porque el teorema de Nyquist dicta que es suficiente para capturar toda la información de la banda telefónica de 4 Khz; el conversor entrega un número de 7 u 8 bits (según casos) por cada muestra de entrada. Esta técnica se llama PCM (Pulse Code Modulation) y forma la base del modelo moderno de sistema telefónico. Por ello, todos los intervalos temporales considerados son múltiplos de 125us.
· La mencionada cuantificación de la señal analógica puede ser optimizada con el fin de reducir el número de bits necesarios por canal, aprovechando determinadas características estadísticas de la voz (o otra fuente de tipo analógico). Basándonos en el hecho de que las variaciones de dicha señal son relativamente lentas con respecto a la frecuencia de muestreo, disponemos de varios métodos:
2.2.- DPCM (Differential PCM).
· En lugar de cuantificar la amplitud de entrada, esta operación se hace sobre la diferencia entre el valor actual y el anterior. Saltos mayores de, por ejemplo, ± 16 niveles dentro de un rango de 128, son inusuales y por ello se podría pasar de 7 a 5 bits de precisión por canal. Si la señal experimenta un cambio brusco, los valores digitales de salida experimentarán cierto retardo (pues la muestra correspondiente no puede alcanzar el valor real que debería). Esto se solucionará en unos pocos periodos más tarde; en el caso específico de la voz el error que se introduce puede ser ignorado.
· Variación de DPCM en la cual se codifica con 1 solo bit la diferencia entre las muestras presente y anterior, esto es, se supone que el valor futuro será o bien un escalón mayor o uno menor que el presente. El problema de los cambios rápidos en la señal de entrada se ve así acrecentado, pudiéndose perder bastante información.A cambio, este método es el que emplea menor número de bits para la codificación
2.4.- ADPCM (Adaptative DPCM).
· En este caso se realiza una predicción de la muestra actual basada en muestras pasadas; a continuación, se cuantifica la diferencia o error entre dicho valor y el real (error de predicción), que es lo que se transmite. Tanto emisor como receptor han de tener el mismo algoritmo de predicción. Este sistema aún reduce más el número de bits necesarios, a costa de hacer algo más compleja la conversión A/D y D/A.
3.1.- Introducción.
· El término plesíncrono procede del griego; su significado es casi-síncrono: señales digitales de diferentes fuentes disponen de sus propio relojes. Todas ellas operan aproximadamente a la misma tasa (X Mbps), pero pueden existir pequeñas desviaciones, de tal forma que alguna puede operar a una tasa ligeramente mayor o menor (X ± x Mbps).
· Al multiplexarse en una señal digital de mayor tasa, esta salida puede contener más o menos bits de algunas de las fuentes. El multiplexor debería ignorar ciertos bits de las fuentes más rápidas y añadir bits de relleno en el caso contrario: la solución recibe el nombre de justificación de bit o 'bit stuffing'.
· Esta clase de jerarquía ha sido ampliamente superada por la síncrona debido a sus deficiencias:
1.- Falta de Flexibilidad.
· La mux/demux es llevada a cabo por un dispositivo llamado ADM ('Add-Drop-Multiplexer'), algo así como Multiplexador 'Extrae-e-Inserta' en el sentido mencionado arriba. Es complicado, usando estos equipos, la extracción de un flujo de una determinada tasa a partir de un flujo de tasa varios órdenes mayor; por ello, y tal como vemos en la ilustración, es imperativo ir demultiplexando sucesivamente hasta la tasa final y a continuación, volver a multiplexar en el sentido inverso hasta alcanzar otra vez la tasa original.
2.- Sin monitorización.
· Actualmente PDH no dispone de ningún estándar para la monitorización y control del rendimiento y funcionamiento de los canales, ni siquiera mediante el uso reservado de canales para tal fin.
No ofrece, pues, un soporte adecuado para OAM (Operaciones, Administración y Mantenimiento).
No ofrece, pues, un soporte adecuado para OAM (Operaciones, Administración y Mantenimiento).
3.- Ausencia de especificación de líneas de salida.
· Aunque PDH especifica el formato exacto de cada flujo de bits a medida que se crece en la jerarquía, no hace tales especificaciones sobre el flujo de bits en las líneas terminales, con lo que cada fabricante puede usar su propio interfaz y código para dichas líneas, haciendo imposible la interconexión a partir de varios productos incompatibles.
· 'Señal digital X' es un término referido a la serie de tasas de transmisión digital basadas en DS0, que tiene una velocidad de transmisión de 64Kbps (el ancho de banda usado normalmente en el canal telefónico). Tanto el sistema norteamericano y japonés T-carrier como el europeo E-carrier operan usando la serie DS como base, de una forma indicada a continuación en la tabla.
Nombre de señal digital | Tasa tx. Datos | Múltiplo de DS0 (núm canales telef.) | T-Carrier | E-Carrier |
DS0 | 64 Kbps | 0 | - | - |
DS1 | 1544 Mbps | 24 | T-1 | - |
- | 2048 Mbps | 32 | - | E1 |
DS1C | 3152 Mbps | 48 | T-1C (americano) | - |
DS2 | 6312 Mbps | 96 | T-2 | - |
- | 8448 Mbps | 128 | - | E2 |
- | 32064 Mbps | 480 | T-3 Japón | - |
- | 34368 Mbps | 512 | - | E3 |
DS3 | 44736 Mbps | 672 | T-3 Norteamérica | - |
- | 97728 Mbps | 1440 | T-4 Japón | - |
- | 139264 Mbps | 2048 | - | E4 |
DS4/NA | 139264 Mbps | 2176 | - | - |
DS4 | 274176 Mbps | 4032 | T-4 Norteamérica | - |
- | 397200 Mbps | 5760 | T-5 Japón | - |
- | 564992 Mbps | 8192 | - | E5 |
3.2.- T-Carrier.
Características propias:
· Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G704.
· Zona geográfica: Norteamérica y Japón.
· La portadora T-1 transporta datos a una tasa de 1544 Mbps, incluyendo 24 canales DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Cuatro de estas tramas se multiplexan para originar la portadora T-2. Las sucesivas portadoras (T-3, T-4 y T-5) difieren en los casos norteamericano y japonés. En el caso americano también se estandarizó la T-1C, consistente en dos fundamentales T-1.
Descripción de trama:
· Cada uno de los mencionados 24 canales de T-1 transporta 8 bits, de los cuales:
- 7 son de datos (y el usuario 've' una tasa de 7*8000=56 Kbps)
- 1 de señalización de canal (1*8000=8 Kbps/canal).
- 7 son de datos (y el usuario 've' una tasa de 7*8000=56 Kbps)
- 1 de señalización de canal (1*8000=8 Kbps/canal).
· Una trama consiste, pues, en 24*8=192 bits, más uno extra para señalización de trama, lo que arroja un total de 193 bits cada 125us. Esto hace necesaria una capacidad de 1544 Mbps, de la cual:
-Velocidad de información: 1344 Mbps.
- Señalización total (de cada canal + trama): 200 Mbps.
El bit 193 se emplea para sincronización, y sigue el patrón 01010101... Normalmente, el receptor chequea este bit para asegurarse que no ha perdido el sincronismo. Si lo pierde, puede emplear este bit para recuperarlo. El patrón está pensado para que los usuarios no puedan generarlo, ya que corresponde con un tono de 4 Khz, el cual sería previamente filtrado.
Jerarquización:
El sistema TDM permite que varias portadoras T-1 sean multiplexadas en otras de mayor orden. Esta operación se realiza a nivel de bit y no de byte, esto es, de cada una de las portadoras T-1 se toma 1 bit y así sucesivamente hasta completar todas las T-1 que se combinan. Las formas y tasas de multiplexación se indican en el dibujo, tanto para el sistema norteamericano como para el japonés:
Cuando el entonces CCITT alcanzó un acuerdo, se llegó a la conclusión de la excesiva señalización por canal (8000 bps), con lo que el standard de 1544 Mbps se basó en datos de 8 bits, y no en 7 + 1 señal; esto es, se pasó de cuantificar cada muestra con 128 niveles a hacerlo con 256. Aquí aparecieron 2 variantes incompatibles:
· Señalización por canal común: El bit extra 193 (el cual pasa del principio al final de la trama) toma los valores 101010... en las tramas impares y conteniendo información de señalización para todos los canales en las pares.
· Señalización por canal asociado: cada canal dispone de una subcanal asociado para su señalización. Uno de estos canales privados se obtiene colocando uno de los 8 bits de usuario cada 6 tramas para señalización, con lo que 5 de cada 6 muestras son de 8 bits y la restante sólo de 7.
3.3.- E-Carrier.
Características propias:
· Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G702. También llamada Jerarquía CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication Administration).
· Zona geográfica: Resto del Mundo (excluyendo a Norteamérica y Japón), aunque con mayor desarrollo en Europa.
· La portadora E1 tranporta datos a una tasa de 2048 Mbps, incluyendo 32 canales DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Las sucesivas portadoras van multiplicando por 4 su capacidad.
Descripción de la trama:
· Cada uno de los 32 canales de E1 transporta 8 bits y, a diferencia de T-1, la señalización va incluida en cada una de las tramas mediante el uso reservado de 2 de los canales, dejando pues 30 para datos codificados con precisión de 8 bits (con l cual cada usuario dispone de una tasa de 64 Kbps).
· Cada grupo de 4 tramas permite 64 bits de señalización, la mitad de los cuales son para los canales y la otra mitad para las propias tramas o reservados para uso particular en cada país.
· Por tanto, la trama está compuesta por 32*8=256 bits que se transmiten en 125us, lo cual origina una tasa de 2048 Mbps, de los cuales:
- Tasa de información: 1920 Mbps.
- Señalización total (de cada canal + trama): 128 Mbps.
- Tasa de información: 1920 Mbps.
- Señalización total (de cada canal + trama): 128 Mbps.
La velocidad de datos por canal es proporcionalente superior al T-1 diseñado originalmente porque, a diferencia de éste, los 8 bits de cada canal son usados para codificar información (sin 'robo de bit'). Sin embargo para señalización se emplean 2 canales por trama, con lo cual el número real de canales disponibles para datos es de 30.
Jerarquización:
A diferencia del caso T-Carrier, el factor de combinación para las sucesivas portadoras en el sistema CEPT es siempre de 4, como podemos ver en el dibujo adjunto:
Existe un standard para el acoplamiento entre las jerarquías T y E Carrier. Como vemos en el dibujo y si comparamos con las tablas, parte de la capacidad de las sucesivas portadoras se pierde por motivos de acoplamiento, reduciéndose así el número de canales efectivos:
Jerarquía digital síncrona: SONET y SDH.
4.1.- Introducción.
En los primeros pasos de la tecnología óptica cada compañía telefónica disponía de su propio sistema TDM óptico. Tras la disgregación de AT&T en el año 1984, dichas compañías se encontraron con el problema de compatibilidad entre portadoras para largas distancias debido a esos diferentes sitemas. Se hizo entonces necesaria una estandarización.
En 1985, Bellcore empezó a trabajar en ello estableciendo las bases de SONET (Synchronous Optical NETwork, Red Óptica Síncrona). Más tarde el entonces CCITT se unió al trabajo, lo que daría lugar de forma paralela al standard SONET por una lado y a las recomendaciones que originarían SDH (Synchronous Digital Hierarchy, Jerarquía Digital Síncrona) por otro. Ambos se diferencian únicamente en detalles que se mencionarán más adelante.
Los objetivos comunes que se pretendían eran:
· Compatibilizar diferentes portadoras de distintos sistemas, razón fundamental. Para lograrlo era necesario un acuerdo en señalización de control sobre longitudes de onda, estructura de trama...
· Unificar los sistemas digitales americano, japonés y europeo, todos ellos basados en canales PCM 64 Kbps pero combinados de maneras diferentes e incompatibles.
· Permitir la multiplexación de un elevado número de canales digitales. Cuando apareció SONET, la portadora de mayor tasa en ese momento era T3, a 44.736 Mbps. T4 no estaba demasiado extendida y velocidades por encima de ésta ni siquiera estaban definidas. El nuevo sistema pretendía continuar la jerarquía hasta los gigabits por segundo.
· Proveer un soporte adecuado para OAM (Operaciones, Administración y Mantenimiento). PDH no desempeñaba esta función demasiado bien.
Las características necesarias para lograr dichas metas son:
· Empleo de un reloj maestro para sincronizar, con una precisión de 1 sobre 10e9.
· Posibilidad de adicción o extracción de flujos de bits concretos directamente, sin la anterior necesidad de demux/mux completa.
· Tasa de transmisión básica de 51.84 Mbps (SONET) o 155.52 Mbps (SDH).
El sistema SONET/SDH está compuesto por 3 elementos fundamentales: conmutadores, multiplexadores y repetidores, todos ellos conectados principalmente por fibra óptica. Como vemos abajo en el dibujo, el tramo entre dos dispositivos cualesquiera se llama Sección; entre dos multiplexadores (con uno o varios repetidores en medio) se llama Línea y, finalmente, entre un origen y un destino se llama Camino.
Descripción de la trama:
La trama básica SONET consiste en un bloque de 810 bytes cada 125 us; al ser un sistema síncrono estas tramas son enviadas exista o no información útil. Con un total de 8000 tramas por segundo se ajusta a la frecuencia de muestreo de canal PCM para telefonía digital.
Estas tramas se estructuran en bloques de 9 filas y 90 columnas, lo que arroja un total de 810*8 = 6480 bits transmitidos 8000 veces por segundo, que suponen una tasa de 51.84 Mbps. Éste es el canal básico de SONET, llamado STS-1 (Synchronous Transport Signal-1). El resto de las jerarquías superiores son múltiplos de STS-1, como se verá más adelante.
Las primeras 3 columnas de cada trama están reservadas para información del sistema:
· Las 3 primeras filas (SOH - Section OverHead) forman la cabecera de sección.
· Las 6 restantes (LOH - Line OverHead), la cabecera de línea.
Las restantes 87 columnas transportan los 87*9*8*8000 = 50.112 Mbps de datos para usuarios. Sin embargo, esta información llamada SPE (Synchronous Payload Envelope), no tiene porqué comenzar en la fila 1, columna 4. Puede hacerlo en cualquier punto de la zona; un puntero situado en la 1º fila del LOH apunta ese primer byte de datos. Asimismo, la primera columna del SPE es la cabecera de línea (la que faltaba), llamada POH (Path OverHead).
Esta característica del SPE de empezar en cualquier parte y de poder incluso extenderse en varias tramas (como vemos en el dibujo) dotan al sistema de una gran flexibilidad, permitiendo por ejemplo la compatibilidad con celdas ATM (Asynchronous Transfer Mode).
Las cabeceras de sección, línea y camino contienen una serie de bytes usados para OAM (Operation, Administration and Maintenance). Como cada byte se repite 8000 veces por segundo, representa un canal PCM. Se encargan de la señalización para canales de voz, de trama, paridad, monitorización de errores, sincronización, ...
Jerarquización:
Partiendo de varios flujos de baja tasa formamos la velocidad básica STS-I empleando, de ser necesario, rellenadores para llegar hasta los 51.84 Mbps. A continuación, combinamos 3 para obtener la siguiente portadora STS-3 de 155.52 Mbps. Tres de éstas se vuelven a multiplexar y en caso óptico de hace un barajado previo para prevenir secuencias demasiado largas de 0's o 1's que puedan interferir con el reloj, así como la conversión de señal eléctrica a óptica.
Partiendo de varios flujos de baja tasa formamos la velocidad básica STS-I empleando, de ser necesario, rellenadores para llegar hasta los 51.84 Mbps. A continuación, combinamos 3 para obtener la siguiente portadora STS-3 de 155.52 Mbps. Tres de éstas se vuelven a multiplexar y en caso óptico de hace un barajado previo para prevenir secuencias demasiado largas de 0's o 1's que puedan interferir con el reloj, así como la conversión de señal eléctrica a óptica.
SONET | Tasa total | Tasa SPE | Tasa Datos usuario |
STS-1 / OC -1 | 51.84 Mbps | 50.122 | 49.536 |
STS-3 / OC -3 | 155.52 Mbps | 150.336 | 148.608 |
STS-9 / OC -9 | 466.56 Mbps | 451.008 | 445.824 |
STS-12 / OC -12 | 622.08 Mbps | 601.344 | 594.432 |
STS-18 / OC -18 | 933.12 Mbps | 902.016 | 891.648 |
STS-24 / OC -24 | 1244.16 Mbps | 1202.688 | 1188.864 |
STS-36 / OC -36 | 1866.24 Mbps | 1804.032 | 1783.296 |
STS-48 / OC -48 | 2488.32 Mbps | 2405.376 | 2377.728 |
Se han definido tasas de STS-1 a STS-48. La portadora óptica correspondiente a STS-n se denomina OC-n y es idéntica a excepción del barajado y la conversión que se realizan.
Descripción de la trama:
La trama fundamental de la jerarquía SDH, STM-1(Synchronous Transport Module), tiene exactamente la misma tasa que el segundo nivel de SONET; el resto de las combinaciones superiores coinciden. Esto es, la única diferencia en este aspecto es que SDH no define un equivalente del nivel STS-1 inicial de SONET. El manejo de cabeceras y campos es también idéntico.
Jerarquización:
Salvo el mencionado hecho de que la portadora básica de SDH, STM-1, es la equivalente a la STS-3 de SONET, con lo cual la tasa inicial es de 155.52 Mbps en lugar de 51.84, ambos sistemas crecen de manera análoga hasta alcanzar el máximo de 2.488 Gbps.
LUIS ANDRES ARAQUE DELGADO
CI. 18089210
EES SECCION 2.
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