Pruebas de Enlaces digitalesBERBit Error RateValores tpicos para
enlaces de microondas son 1x10-6
*Equipo de TxEquipo de TxMedio de TransmisinLoopbackEquipo de
pruebaTxRx
Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa,
Ing.Pagina *La tecnica PCM (Pulse Code Modulation) MIC (Modulacion
por Impulsos Codificados) en Espaol, fue patentada en 1939 por el
Sr. Aleec Reeves quien era ingeniero de la Compaa ITT en
Francia.Sin embargo, no fue sino hasta en 1962 que con la ayuda del
transistor y los circuitos integrados los sistemas PCM se pudieron
fabricar en gran escala. Y ya en 1969 aparecieron las primeras
centrales telefnicas de conmutacin digital.En general, la tecnica
PCM consiste en representar las muestras instantaneas de un seal
analogica mediante palabras digitales en un tren de impulsos en
serie. En un principio se utiliz en sistemas de transmisin para
substituir los multiplexores analgicos.Hctor Figueroa, Ing.Hctor
Figueroa, Ing.Pagina *Al hablar de la tecnica PCM estamos agrupando
distintos procesos que se realizan dentro de ella. En general,
estos procesos son el muestreo, la cuantizacion y la codificacion.
Dentro de cada uno de estos procesos existen diversas variantes o
mtodos para realizarlos. De manera global el proceso de muestreo
consiste en tomar muestras con cierta periodicidad de la seal
analgica, la cuantizacion trata de averiguar el valor de la muestra
para ser codificado en una palabra digital de n bits. Hctor
Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *En primer lugar, se debe
de decidir el ancho de banda que se desea transmitir, pues se sabe
que cualquier medio de transmision tiene una capacidad finita la
cual hay que aprovechar adecuadamente.Tratandose de la voz humana,
y de acuerdo a experimentos practicos, se sabe que la gran mayora
de la informacion util se concentra en una banda de frecuencias de
300 a 3400 kHz. De tal suerte que con la transmision de este ancho
de banda se garantiza un efecto agradable al odo y suficiente para
identificar a la persona que habla. Hctor Figueroa, Ing.Hctor
Figueroa, Ing.Pagina *Para la transmision y reproduccin en otro
punto de una senal es suficiente con tener muestras a intervalos
regulares de tiempo. Dichas muestras no son ms que valores
instantneos en un cierto momento, denominado instante de muestreo.
Para el caso de una seal elctrica hablaremos de los valores de
voltaje como los valores de las muestras. Para entender mejor esto,
recordemos los principios del cinematografo, en donde se tienen
fotograflas (muestras) que al ser pasadas a una velocidad adecuada
(24 cuadros por segundo) dan la total sensacin de movimiento
contnuo.
Como formula :fs > 2fmaxEn donde:f s :Frecuencia de
muestreofmax: Frecuencia maxima de la senal de entrada
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *En la figura se
tiene una seal analgica limitada en banda en el dominio del tiempo
y en el dominio de la frecuencia. Tambin tenemos la seal de
muestreo que es un tren de impulsos con perodo T y su espectro en
frecuencia. Recordando los conceptos aprendidos en temas
anteriores, sabemos que el espectro de un tren de impulsos es otro
tren de impulsos. Para obtener la seal muestreada se requiere
multiplicar la seal limitada en banda y la seal de muestreo en el
dominio del tiempo. Esto corresponde a la convolucin de ambas
seales en el dominio de la frecuencia. El resultado nos arroja que
el espectro de la seal original est contenido en forma repetida en
la seal muestreada. Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina
*Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Esta seal
resultante se le denomina seal PAM[1]. Usando filtros se puede
recuperar fcilmente. Para el caso concreto de la telefona digital,
mencionamos que el lmite en banda llega hasta los 3400 Hz entonces,
la frecuencia de muestreo sera 6800 Hz. Sin embargo esto requerira
tener filtros de corte ideal y requerimientos muy estrictos en
circuitera, por lo que se decide tomar una frecuencia de muestreo
de 8000Hz valor estandarizado en la norma G.711 del ITU-T[2].
Usando esta frecuencia de muestreo obtendremos 8000 muestras por
segundo.Para nuestro caso la separacion entre estos pulsos
delgaditos es precisamente el inverso de la frecuencia de muestreo,
es decir 1/8000 Hz = 125 us (este espaciamiento nos permitir hacer
algo, pero eso se ver mas adelante). Hctor Figueroa, Ing.Hctor
Figueroa, Ing.Pagina *Hasta ahora no hemos hablado de seales
digitales ya que la seal PAM sigue siendo analgica y las muestras
pueden tener cualquier valor. La digitalizacin se d cuando al valor
de la muestra se le asigna un valor en 1s y 0s.En las seales
analgicas existe una cantidad infinita de valores, lo que sera
imposible de manipular en forma digital ya que tendramos una tabla
infinita de equivalencias entre seal analgica y digital que no
podra manejar ningn dispositivo ya que requerira memoria infinita
que es prcticamente imposible.Por lo anterior se define que las
muestras tendrn que ajustarse a una tabla predeterminada de
valores. Para esto es importante que la seal que se va a
digitalizar est limitada en intensidad. Esto lo ejemplificamos en
la figura. Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *En la
figura se aprecia que las muestras pueden tener cualquier valor
dentro de los rangos Mn y Mx, pero los valores predeterminados estn
limitados, por lo que las muestran tendrn que ajustarse al valor ms
cercano, de donde obtenemos un nuevo concepto Error de Cuantizacin.
Si los valores predeterminados tienen separaciones constantes
llegamos a que el error de cuantizacin no es lineal por lo que
afecta en mayor grado a los valores pequeos que a los grandes. Como
se ve en la figura, la muestra 1, de 0.8 sube a su valor ms prximo
que es 1 con la consecuencia de un error del 20%. En la muestra 2
la diferencia entre el valor original y el predeterminado es
relativamente menor. Por lo anterior, se ve que una separacin
lineal entre los valores predeterminados, que de ahora en adelante
llamaremos Pasos de Cuantizacin, no es la ms conveniente, por
consiguiente se propone una distribucin no lineal, dando mayor
cantidad de valores o pasos de cuantizacin en niveles bajos de
seal.Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Esta
distribucin ya est normalizada y existen dos versiones llamadas Ley
A usada en los sistemas Europeos y la Ley m usada en los Estados
Unidos y Japn. La norma usada en Mxico es la Europea.La Ley A
consta de una curva formada por un total de 15 segmentos, 7 para
los valores positivos, 7 para los negativos y uno que cruza el
cero, cada uno con 16 pasos de Cuantizacin excepto el que cruza el
cero. ste consta de 32 pasos de cuantizacin, con lo que tenemos un
total de 256 pasos de cuantizacin, 256 valores diferentes. Como se
ve en la figura.
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *En esta etapa se
convierten los valores cuantizados de las muestras en unos y ceros.
Si tenemos 256 valores diferentes, podemos concluir que bastar con
8 bits para representar cada muestra, ya que:28=256 Estos 8 bits
que representarn a cada una de las muestras estn organizados como
sigue (ver Figura 5). El bit ms significativo indica el signo de la
muestra. Los siguientes tres indican el segmento en cuestin, cabe
aclarar aqu que el segmento que cruza el cero, se divide en dos
subsegmentos, con lo cual se completan las 8 posibles combinaciones
que ofrecen los 3 bits.Por ltimo, los 4 bits restantes indican en
que paso de cuantizacin se ubica el valor de la muestra.
Finalmente, una vez que se tienen los 8 bits de cada muestra se
procede a invertir los bits impares, esto para evitar una secuencia
larga de ceros. Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina
*Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *De hecho, este
tiempo se emplea para efectuar el mismo proceso pero ahora sobre
otra senal, o aun con varias seales en forma consecutiva y
asignando a cada una un momento determinado en el tiempo. Hctor
Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Para aclarar este
concepto, pensemos que tenemos n seales a muestrear. En el inicio
tomamos la primera muestra de la seal 1, inmediatamente despus
tomamos la primera muestra de la seal 2, y as hasta tener todas las
primeras muestras de las n seales. En este momento, deben haber
transcurrido exactamente los 125 us, para proceder a tomar la
segunda muestra de la seal 1, repitiendo el ciclo sucesivamente.
Con esta tcnica de multiplexaje se aprovecha el tiempo libre y
adems el medio de transmisin. Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa,
Ing.Pagina *Cabe ahora la pregunta Cuntas seales se van a
multiplexar?. Para responder esto, pensemos en los factores que
pueden influir:En primer lugar est la velocidad de los circuitos
que efectuarn todo el proceso. Adems, cada muestra de cada seal
tiene que ser representada por 8 bits. Entre ms seales, los bits
tienen que ser ms angostos; es decir, el reloj que los gobierna
tiene que ser ms rpido. Esto trae tambin como consecuencia que el
ancho de banda de la seal digital se incremente. Como en la poca en
que todo esto se desarroll el medio de transmisin a emplear era
cable de cobre, no es difcil imaginarse que esto tuvo un papel
importante en la decisin.Los Americanos impusieron su norma primero
de 24 seales analgicas, y en la norma europea 30 (G.704 del ITU-T)
seales. En Mxico se usa la norma europea.Adems de los 30 canales,
se tienen 2 canales ms, tambin de 8 bits, para funciones de
sealizacin, control y sincrona. Sabemos que la velocidad de cada
canal es de 64000 bits/seg, por lo que s tenemos 32 canales, la
velocidad total es 64000 x 32 = 2.048 Mbits/seg. Este valor de
velocidad es conocido como un CEPT-1 o E1 . Estos canales tienen
cierto formato y funciones con lo que llegamos al concepto de
Estructura de Trama. Hay que hacer notar que la transmisin de
seales PCM es bidireccional por lo que se tiene una estructura de
trama en cada sentido.Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa,
Ing.Pagina *Sin una estructura de trama, en la transmisin de seales
digitales multiplexadas, sera imposible recuperar la informacin, ya
que no sabramos dnde empiezan los bits de un canal y donde los de
otro.
Dentro de la trama hay 32 intervalos de tiempo (time slots)
ocupado cada uno por 8 bits. Entonces cada trama lleva 32 x 8= 256
bits. La forma en que se acomodan estos canales se muestra a
continuacin: La trama se repite cada 125 mseg., que corresponde al
periodo de la seal de muestreo. . Adems existe una agrupacin
superior en la que un conjunto de 16 tramas constituye una
multitrama. Las tramas se numeran del 0 al 15 dentro de la
multitrama, y el tiempo de repeticin de multitrama es de 16 x
125mseg. = 2ms. Pasemos ahora a describir lo que hay dentro de cada
trama, para lo cual nos apoyaremos en el siguiente dibujo Hctor
Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *1. Intervalo de tiempo 0
de las tramas pares (0, 2, 4, 14)Aqu se tiene la palabra de
alineamiento de trama (FAS: Frame Alignment Signal), la cual tienen
el siguiente formato: 0001101C, el bit C se utiliza para la
verificacin de errores CRC[1], en caso de no utilizarse se
recomienda que se ponga el valor de 1. El resto de los bits
necesariamente deben tener el valor indicado. La funcin de la FAS
consiste en indicar al extremo receptor el inicio de cada trama, de
esta forma y contando los bits, se pueden separar los bits que
corresponden a las muestras de cada canal.2.Intervalo de tiempo 0
para las tramas imparesContiene la palabra de no alineamiento de
trama (NFAS Not Frame Alignment Signal), la cual tiene el siguiente
formato: C 1 A S4 S5 S6 S7 S8.Bit C, se emplea tambin para el
CRC.Bit 2, ste siempre debe tener el valor de 1 que es contrario a
su homlogo en la FAS y sirve para distinguir una de otra.Bit A,
este bit es la alarma remota de trama, su estado natural es 0 y en
1 indica al extremo distante que se tiene algn problema con la seal
digital que se est recibiendo. Bit 4 al 8, estos bits no tienen
aplicacin, normalmente se ponen a un valor de 1, algunos
fabricantes de equipos los utilizan como un canal de
mantenimiento.3.El intervalo de tiempo 16 de la trama 0Transporta
la MFAS (Palabra de alineamiento de multitrama) con formato 0000.
Esta palabra ocupa los primeros 4 bits de este intervalo, y su
funcin es indicarle al receptor donde empieza la multitrama. En los
siguientes 4 bits se enva la NMFAS (Palabra de no alineamiento de
multitrama) con el siguiente formato 1A11. El bit A normalmente
tiene el valor de 0 pero cuando se pone en 1 indica al extremo
remoto que existe algn problema con el alineamiento de
multitrama.4.Intervalo 16 de las dems tramasEn ste viaja la
sealizacin correspondiente a cada uno de los canales. Los 8 bits se
parten en 2 grupos y cada uno de ellos indica la sealizacin de un
canal de informacin en particular. Cada trama transporta la
sealizacin de una pareja diferente de canales, tal como se muestra
en la figura anterior. Esto se estudiar ms a fondo en el punto 0
sobre sealizacin. Esta estructura de trama que estudiamos est
estandarizada en la norma G.704 del ITU-T. [1] CRC son las siglas
en ingls de Circular Redundant Check. En espaol es Verificacin
redundante circular y es un mtodo que permite al receptor
determinar a travs de un algoritmo matemtico, si la informacin
recibida est libre de errores.
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Con el
desarrollo de los sistemas digitales, se fu haciendo necesario que
los medios de transmisin aumentaran su capacidad. A fin de
aprovechar esta situacin, se requiri que las seales de 2.048 Mbps
se pudiesen integrar en una seal pero de velocidad mayor (ms ancho
de banda) a fin de ser transmitida en un solo medio. A esta tcnica
de integracin de varias seales de una velocidad menor en una de
mayor velocidad se le llama multiplexaje, y al equipo que lo hace,
multiplexor. Evidentemente en el extremo remoto se requiere de un
demultiplexor, para recuperar las seales originales de orden
inferior (tambin llamadas tributarias).
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Cdigos Binarios.
Existen 2 cdigos de este tipo el NRZ y el RZ que se explicarn a
continuacin:Cdigo NRZ. Este cdigo es tal vez el ms sencillo de
todos, se le llama binario pues slo tienen dos niveles de voltaje,
positivo y cero. La presencia de voltaje se usa para representar un
1 y la ausencia para un cero. Su caracterstica principal es la
ocupacin del 100% del ciclo de trabajo de un bit.Cdigo RZ. Este es
muy similar al anterior con la variante de que a la mitad de cada
ciclo de reloj la seal (50% del ciclo de trabajo de un bit), y en
el caso de los pulsos siempre hay un retorno a cero. La principal
diferencia entre NRZ y el RZ es que la frecuencia fundamental en RZ
es igual a la velocidad binaria y en NRZ la frecuencia fundamental
es la mitad de la velocidad binaria con lo que el ancho de banda se
hace ms eficiente. Estos cdigos normalmente se usan a nivel
circuito integrado pues son ms fciles de manejar. En cuanto a los
niveles de voltaje, estos dependen de la lgica de la circuitera que
puede ser TTL o ECL, por ejemplo. El funcionamiento de estos cdigos
se puede ver en la siguiente figura.
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Cdigos de Lnea
Terciarios. Estos Cdigos se denominan as porque tienen tres
posibles niveles de voltaje: positivo, negativo y cero. Esto de
tener tres niveles principalmente es por que se busca eliminar
hasta donde sea posible la componente directa inherente en los
cdigos anteriores. Ver figura 23.Cdigo AMI. Es muy similar al NRZ,
con la diferencia de que los 1s se van alternando en cuanto a su
polaridad de voltaje. Es decir, si el anterior 1 tena voltaje
positivo, el siguiente debe ser de voltaje negativo y as
sucesivamente. Si no se tiene este cambio, se dice que hay una
violacin a las reglas de cdigo. El 0 siempre se representa con
voltaje cero. Con esto se consigue eliminar la componente de
directa, sin embargo an cabe la posibilidad de secuencias largas de
ceros, pudiendo generar problemas de sincrona. Normalmente el cdigo
AMI se emplea como un paso intermedio para la generacin del
siguiente.Cdigo HDB-3. Este es igual al cdigo AMI, con la adicin de
la siguiente regla; no es posible detener una secuencia de ms de
tres ceros consecutivos. Cuando la informacin tenga este formato se
har lo siguiente:a) El cuarto cero ser sustituido por una violacin
a la regla de alternar las marcas. Es decir si el ltimo 1 se
representa positivo, la violacin ser positiva, pues de lo contrario
se le tomara como un 1 y no como un 0.b) Las violaciones tambin
deben alternarse para que no contribuyan a la componente de
directa. Entonces se puede presentar el caso en que por esta regla
de alternacin, la violacin deba de ser positiva por que el ltimo 1
se represent negativo. Si se deja as, no existir en realidad una
violacin y se considerar como otro 1. Lo que se hace es que el
primer 0 de la secuencia de 4 se pone como una marca de la misma
polaridad que le toque a la violacin para que esta en efecto lo
sea. Desde luego que se requiere de un cierto buffer de 4 bits para
saber si se va a poner o no la marca. Este cdigo HDB-3 es el
especificado por la ITU-T en la recomendacin G.703 para emplearse
en seales de 2.048, 8.448, y 34.368 Mbits/s.Cdigo CMI. Este cdigo
es binario pero con posibilidades de polaridad negativa y positiva,
con lo que no tiene componente de directa. Es el recomendado por la
ITU-T en la Rec. G.703 para seales de 139.264 Mbps, y en sistemas
sncronos para interfaces elctricas a nivel de STM-1 a 155.520 Mbps
a) Los 1s se representan siempre con un pulso y se van alternando
la polaridad como en el cdigo AMI.b) Los 0s se representan siempre
con una transicin de negativo a positivo a la mitad del ciclo de
reloj.Cdigo de linea B8ZS para T1
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Hctor Figueroa,
Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Son varias las situaciones de
alarma que se pueden presentar en un enlace PCM y casi todos los
sistemas PCM son capaces de monitorearla, a continuacin se explican
la mayora de ellas.Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina
*Hemos terminado con los conceptos bsicos para entender el
comportamiento de los sistemas de conmutacin y transmisin
digitales. A continuacin, en los siguientes temas hablaremos de los
elementos que nos permiten construir las redes digitales.
Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Las seales
digitales trabajan necesariamente bajo la coordinacin de un reloj
de cierta velocidad. Todos los dispositivos existentes
(multiplexores, PABX, centrales, medios de transmisin, etc.) tienen
su propio oscilador interno (desde luego con diversas precisiones y
exactitud) con el cual son capaces de trabajar independientemente.
Sin embargo, a! insertarse un elemento a la red y comenzar a
interactuar con otros elementos, surge una necesidad, Con que reloj
se va a trabajar?Una cosa es cierta, y es que entre el reloj de
cada nodo de la red existen posibilidades de variacin tanto de
velocidad como de fase, esto ultimo an entre relojes de alta
precisin y estabilidad. Todos los elementos tienen la posibilidad
de trabajar con su propio reloj, o de utilizar uno externo, ya sea
externo en verdad o recuperado de la seal digital que reciben. Que
tipo de sincronizacin creen que estemos usando en Unefon?Bajo esta
modalidad, los elementos de la red operan gobernados por una fuente
de reloj externa. En la forma de proveer esta seal externa se
distinguen las diversas modalidades de operacin sncrona. En enlaces
punto a punto se emplea mucho la operacin en modalidad maestro
-esclavo. Tambin es posible que en una red, exista una estacin
maestra que proporcione la seal de reloj a todas la dems
estaciones.En los ltimos aos este tema ha cobrado mucha relevancia
pues si desea calidad en el servicio brindado, sin duda la sincrona
juega un papel decisivo. Por ejemplo, la Sincronizacin de la red ha
sido considerada requisito para la implementacin de proyectos como
la sealizacin por canal comn o la implementacin de redes basadas en
la jerarqua digital sncrona (SDH). Hctor Figueroa, Ing.Hctor
Figueroa, Ing.Pagina *En la mayoria de las empresas telefnicas del
mundo se ha seguido un plan para sincronizar la red utilizando
referencias de altisima estabilidad y precisin. Esta referencia
(normalmente con varios respaldos) proporciona una seal de reloj la
cual es distribuida a los demas elementos de la red (centrales,
multiplexores, etc). En esta distribucin se establecen estratos en
base a las exigencias de calidad y precisin.De donde toma la
sincronia nuestra central, y de donde la toma el BSC, por que no
tenemos problemas de sincrona entre los equipos?Hctor Figueroa,
Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *En la prctica, se tienen 4 estratos
diferentes. Tambin es necesaria la proteccin de la red de
sincronizacin, de manera que una central reciba dos o ms seales
alternas. Estas entradas se jerarquizan de manera que una central
opera con la de ms alta prioridad, pero en caso de falla conmuta a
su siguiente referencia.Precisin Mnima representa la mxima
desviacin a largo plazo (p. ej. 20 aos) de la frecuencia
nominal.Estabilidad Mnima o corrimiento representa la mxima
velocidad de cambio de la frecuencia del reloj con respecto al
tiempo en la prdida de todas las frecuencias de referencia.Rango de
Amarre es la medida de la mxima desviacin en frecuencia nominal de
entrada de reloj que puede ser manejada por otro para
sincronizarse. Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Uno
de los aspectos ms importantes en la prctica de la ingeniera de
telecomunicaciones es la determinacin del nmero de troncales que se
requieren en la ruta o conexin entre dos centrales, lo que se
conocen como dimensionamiento de la ruta. Para estar en
posibilidadd de dimensionar correctamente una ruta se deber tener
la idea de su posible utilizacin; es decir, del nmero de llamadas
que intentaran establecerse al mismo tiempo sobre dicha ruta. Dicha
utilizacin se puede definir por 2 parmetros nmero de llamadas y
tiempo de retencin .Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina
*Definicin: El promedio del trfico en la hora pico de los 30 das ms
ocupados del ao.Cuando se dimensionan centrales telefonicas y rutas
de transmisin se trabajar con niveles de trfico en horas pico. El
diagrama representa la hora pico tpica en centrales de Estados
Unidos, para el caso de Mxico normalmente los traficos se recorren
2 horas ms tardeHctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina
*Hctor Figueroa, Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Hay muchos valores
prcticos para el clculo de trfico; por ejemplo, se dice que un
usuario celular genera 20 milierlangs de trfico, por lo que para
conocer el trfico total que recibira una central, simplemente se
multiplica el nmero de usuarios por este valor.Hctor Figueroa,
Ing.Hctor Figueroa, Ing.Pagina *Hctor Figueroa, Ing.
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