Tehnici de Transmisiuni Digitale

ARGUMENT

Telecomunicaţiile sunt un domeniu al civilizaţiei şi mai ales al economiei moderne. Datorită tehnologiei avansate se poate comunica de la orice distanţă, din orice punct al globului. Lumea modernă se bazează foarte mult pe telecomunicaţii, deci ele sunt un element component al societăţii contemporane.

Tema aleasă, Tehnici de Transmisiuni Digitale, are ca scop atingerea standardelor curriculare solicitate de specializarea pe care am făcut-o în liceu contribuind astfel la o bună formare profesională în domeniu. Un semnal electric este numit analogic când este proporţional cu mărimea fizică pe care o reprezintă semnalul electric (ex.: curentul general de microfon este un semnal analogic, care este permanent proporţional cu presiunea acustică exercitată asupra membranei microfonului). Un semnal electric este digital dacă este compus dintr-o succesiune de simboluri, fiecare simbol putând lua o valoare dintr-un număr finit de valori posibile (ex. un semnal telegrafic poate fi compus dintr-o succesiune de simboluri binare, care pot avea una din două valori posibile: prezentă sau absentă de semnal). În fiecare zi se descoperă ceva nou… Mai ales într-un domeniu atât de vast ca al telecomunicaţiilor. Ele sunt vitale pentru omul din societatea de astăzi. Toată lumea are telefon mobil- acest lucru spune multe despre nevoia de comunicare a oamenilor. În anii ce urmează, putem fi siguri că telecomunicaţiile se vor dezvolta substanţial de mult, deoarece tehnologia avansează.

-1-

Tehnici de transmisiuni digitale

TEHNICI DE TRANSMISIUNI DIGITALE. SEMNALE ANALOGICE SI DIGITALE. Un semnal electric este numit analogic când este proporţional cu mărimea fizică pe care o reprezintă semnalul electric (ex.: curentul general de microfon este un semnal analogic, care este permanent proporţional cu presiunea acustică exercitată asupra membranei microfonului). Un semnal electric este digital dacă este compus dintr-o succesiune de simboluri, fiecare simbol putând lua o valoare dintr-un număr finit de valori posibile (ex. un semnal telegrafic poate fi compus dintr-o succesiune de simboluri binare, care pot avea una din două valori posibile: prezentă sau absentă de semnal).

Fiecare simbol al unui semnal digital poate fi el o cantitate de care depinde de numărul m de valori posibile ale simbolului:

-2-


q = log 2 m [baud] Cantitatea de informaţie q pentru m=2 corespunde unui simbol binar. Unitatea de măsură pentru semnale binare poartă numele de bit. Viteza de transmisie (rata de transfer) reprezintă numărul de simboluri binare transmise într-o secundă şi se exprimă în biti/s (bps). Semnalele digitale au faţă de semnalele analogice avantajul de a fi simple şi rezistente la perturbaţii. De asemenea utilizarea acestor semnale este favorizată de progresele deosebite înregistrate de tehnologia componentelor digitale cu integrare foarte largă, care permite obţinerea de echipamente performanţe şi economice. În prezent se utilizează la scară largă transmiterea în reţeaua de telecomunicaţii a semnalelor digitale, astfel ca dacă semnalul sursei este de tip analogic, este necesară conversia lui în semnal digital, conversie realizată fie direct în terminalul abonatului, fie în circuitul de interfaţă cu linia analogică a abonatului. La destinaţie se va realiza conversia digital-analogică pentru reconstituirea semnalului analogic al sursei.

I. TEHNICI DE MODULAŢIE Ş1 MULTIPLEXAREA SEMNALELOR Modulaţia este un proces în care un parametru care caracterizează un semnal purtător (amplitudine, frecvenţă, fază) este modificat de un semnal de modulaţie, astfel încât parametrul modulat urmăreşte fidel forma semnalului de modulaţie, rezultând modulaţie de amplitudine, de frecvenţă sau de fază ( MA, MF, M0 ). O reţea telefonică eficientă economic va realiza transmisia unui număr cât mai mare de canale de comunicaţie pe acelaşi suport fizic ( cablu, fibră optică ). Se pot folosi în acest scop mai multe metode de multiplexare: multiplexarea cu diviziune în frecvenţă ( FDM ) sau multiplexarea cu diviziune în timp ( TDM ), multiplexare combinată FDM şi TDM, CDMA ( Code Division Multiple Access ), DMT ( Discrete MultiTone ).

-3-


I. 1. FDM (Frequency Division Multiplexing)

Pentru multiplexarea în frecvenţă se realizează o divizare a unei benzi de frecvenţă largă în benzi de frecvenţă de 4 KHz fiecare, necesare transmiterii de semnale vocale.

-4-


Semnalul vocal al unei căi telefonice este translatat într-o bandă de frecvenţă de 4 KHz, prin folosirea modulaţiei în amplitudine şi filtrarea unei benzi laterale. Fiecare cale telefonică are asociată o sub bandă de 4 KHz în banda de frecvenţă folosită pentru transmisie. În figură este prezentat un exemplu de multiplexare a 3 căi telefonice în banda de frecvenţă 250 Hz. La recepţie este necesară translaţia benzii de frecvenţă, asociată benzii telefonice, în banda 0-4 KHz şi filtrarea semnalului pentru reconstruirea semnalului vocal.

I.2. TOM (Time Division Multiplexing)

Multiplexarea cu diviziune în timp poate fi realizată în transmisiile sincrone prin realizarea unei multiplexor în timp a canalelor de comunicaţii. Informaţiile vocale sunt transmise prin intermediul unor coduri numerice asocate eşantioanelor de semnal cu frecvenţa de 8 KHz ( perioada T=125 µs ).O perioadă este divizată în subdiviziuni numite canale temporale ( CT ). Un canal temporal poate fi asociat unui canal de comunicatii, astfel ca se poate realiza multiplexarea unui număr de canale de comunicaţii egal cu numărul de subdiviziuni de timp dintr-o perioadă de 125 µs. În figură este prezentat principiul de realizare a multiplexării în timp pentru 32 canale temporale.

-5-


Echipamentele de telecomunicaţii pot folosi multiplexarea cu diviziune în timp de tip MIC ( modulaţia impulsurilor în cod ) sau PCM ( Pulse Code Modulation ). Poate fi folosită de asemenea o multiplexare combinată în timp şi în secvenţă.

II. MODULAŢIA IMPULSURILOR ÎN COD ( PCM = PULSE CODE MODULATION ) Sistemele digitale de telecomunicaţii realizează conversia semnalelor analogice în semnale digitale la transmisie şi conversia semnalelor digitale în semnale analogice la recepţie. Principiul realizării acestor conversii este reprezentat în figură

-6-


II.1. Conversia analog – digitală Pentru a transforma un semnal analogic în semnal digital, folosind MIC ( PCM ), este necesar să efectuăm eşantionarea semnalului analogic, cuantizarea şi codarea eşantioanelor de semnal. Soluţiile care fac conversia semnal optic - tensiune (Light-to-Voltage Converter LTV) marca TAOS combină o fotodiodă şi un amplificator de transimpedanţă într-un singur circuit integrat monolitic. Gama de dispozitive LTV asigură o tensiune de ieşire analogică liniară proporţională cu intensitatea luminoasă care este apoi furnizată unui CAN pentru procesare digitală. Această ieşire poate fi conectată direct la un CAN pentru procesare digitală, la un comparator cu histerezis sau către alte

circuite

analogice

pentru

filtrare

sau

procesare

suplimentară.

Senzorii LTV convertesc intensitatea luminii într-un format digital pentru o interfaţare directă la un microcontroler sau un procesor de semnal digital (DSP). Aplicaţii uzuale constau în detecţia de schimbări bruşte ale intensităţii imaginilor, detecţia de nivel lichid, recunoaşterea caracterelor optice, măsurarea obiectelor şi spectroscopie în aplicaţii precum: copiatoare, scanere de documente, automobile şi echipamente medicale.

II.1.1. Eşantionarea

Eşantionarea este procesul prin care un semnal electric continuu în timp este înlocuit prin impulsuri echidistante în timp a căror amplitudine este egală sau proportională cu amplitudinea semnalului continuu detectat la momentele respective. Numim aceste impulsuri eşantioane, iar intervalul de timp T dintre eşantioane va fi numit perioada de eşantionare. Frecvenţa de eşantionare se notează cu fT şi este egală cu 1/T. Teorema eşantionării arată că un semnal continuu, cu spectrul de frecvenţă limitat la o frecvenţă maximă fM, este complet definit de eşantioanele lui dacă frecvenţa de eşantionare este mai mare sau cel puţin egală cu dublul frecvenţei fM .

Dacă se respectă teorema eşantionării, este totdeauna posibil ca din succesiunea de eşantioane

-7-


să refacem semnalul analogic în receptorul de semnal. Spectrul semnalului eşantionat păstrează o componentă de joasă frecvenţă identică (dar atenuată) cu a semnalului transmis, care poate fi uşor separată printr-o filtrare cu filtru trece jos (figura.).

Spectre de frecventa pentru semnalul vocal A şi semnalul eşantionat Ae. Pentru separarea corectă a semnalului util este însă necesar ca:

astfel încât componenta spectrală de joasă frecvenţă şi prima bandă laterală inferioară să nu se întrepătrundă. Cunoscând că banda de frecvenţă vocală este 0,3 - 3,4 KHz, s-a ales prin norme internaţionale o frecvenţă de eşantionare pentru telefonie de 8 KHz, deci o perioada de eşantionare de 125 µsec. Deoarece durata eşantioanelor este mult mai mică decât perioada de eşantionare, rezultă că timpul rămas disponibil între eşantioanele unui semnal poate fi folosit pentru transmiterea de eşantioane pentru alte canale telefonice, obţinându-se în acest fel o multiplexare cu diviziune în limp a semnalelor cu modulatia impulsurilor în amplitudine ( MIA sau RAM /Pulse Amplitude Modulation ).

-8-


II.1.2. Cuantizarea

Prin cuantizare se înţelege procesul prin care se realizează asocierea amplitudinilor posibile ale eşantioanelor la un număr finit de valori discrete. Întregul domeniu de valori posibile pentru amplitudinea semnalelor este divizat într-un număr finit de intervale de cuantizare. Toate amplitudinile cuprinse între două nivele de decizie primesc valoarea nivelului de reconstrucţie respectiv. Între cele două nivele de decizie se află un nivel de reconstrucţie, situat la egală distanţă de cele două nivele de decizie asociate. Rezultă că prin acest proces se înregistrează introducerea unei erori în procesul de reconstrucţie a semnalului sursei, care are caracterul unui zgomot, numit zgomot de cuantizare. Zgomotul de cuantizare este inevitabil, dar el trebuie menţinut la nivele cât mai mici posibile, pentru a fi practic insesizabil de participanţii la convorbire. Distorsiunea de cuantizare se poate reduce dacă este mărit numărul de intervale de cuantizare pentru realizarea unei cuantizări fine, în acest sens există anumite limite impuse de realizarea economică a echipamentului care realizează cuantizarea. Un compromis acceptabil între costul şi calitatea comunicaţiei se obţine dacă se realizează cuantizarea cu 256 nivele de cuantizare, dintre care 128 sunt nivele pozitive şi 128 sunt nivele negative. -9-


Se constată că raportul semnal/eroare de cuantizare este variabil, dacă se foloseşte o cuantizare uniformă, defavorizate fiind semnalele de amplitudini mici pentru care eroarea este foarte mare în comparaţie cu valoarea semnalului util.

Pentru a asigura un raport semnal/eroare de cuantizare independent de valoarea semnalului, poate fi folosită cuantizarea neuniformă, care asigură: •

intervale de cuantizare mici pentru semnale de amplitudini mici;

•

intervale de cuantizare mari pentru semnale de amplitudini mari.

Cuantizarea neuniformă este specificată fn Rec.G.711 ITU-T sub formă de caracteristici, care pot fi: o caracteristica cu 13 segmente ( legea A de cuantizare pentru sistemele PCM 30, utilizate în Europa ); o caracteristica cu 15 segmente ( legea n de cuantizare pentru sistemele PCM24, utilizate în SUA şi Japonia ). Legea A de cuantizare, utilizată în Europa, defineşte 7 segmente în domeniul valorilor pozitive - 10 -


şi 7 segmente în domeniul valorilor negative. Segmentele asociate originii sunt combinate într-un singur segment liniar.

Operaţia care permite realizarea cuantizării neuniformă se numeşte compandare. La recepţie este necesar să se efectueze operaţia inverseă numită expandare.

Prin eşantionare, compresie şi cuantizare se transformă semnalul analogic într-o succesiune de eşantioane, fiecare eşantion având o valoare dintr-un total de 256 valori posibile.

- 11 -


II.1.3. Codarea

Semnalul cu modulaţia impulsurilor în cod se obţine prin codarea valorilor asociate eşantioanelor de semnal. Codul este format din 8 simboluri binare ( biţi ), din care primul bit indică semnul ( "1" pentru valori pozitive ), iar ceilalţi 7 exprimă în cod binar valoarea absolută a numărului întreg cuprins între 0 şi 127. Rezultă că fiecare eşantion poate fi reprezentat printr-un cuvânt binar de 8 biţi ( octet sau byte). Prin modulaţia impulsurilor în cod se obţine transformarea semnalului telefonic analogic într-un semnal digital binar cu viteza de transmisie de 64 Kbit/s ( 8 KHz x 8 biti = 64 Kbit/s ).

II.1.4. Multiplexarea semnalelor MIC

În transmisiile sincrone, o perioadă asociată unui ciclu cu durata de 125 usec ( frecvenţa 8 KHz) este divizat în canale temporale ( CT ) în care se pot transmite succesiv semnalele MIC aparţinând diferitelor căi telefonice. Multiplexarea canalelor temporale se realizează electronic, prin utilizarea de multiplexoare, care conectează succesiv intrările spre suportul fizic de transmisie comun. Considerând că într-o perioadă de 125 usec (8 KHz) numărul de canale temporale ( CT ) este egal cu 32, rezultă că pe suportul fizic se transmite un semnal digital cu rata binară de 2048 Kbit/s: 32 CT x 8 KHz x 8 biti/CT = 2048 Kbit/s.

- 12 -


II.2. Conversia digital - analogică

II.2.1. Regenerarea şi demultiplexarea La recepţie este necesară regenerarea semnalului digital, separarea semnalelor recepţionate în CT diferite şi dirijarea acestora spre ieşiri diferite, operaţie realizată prin utilizarea unui demultiplexer electronic, care este sincronizat cu multiplexorul de la emisie, pentru a asigura separarea corectă a octeţilor canalelor temporale.

Pentru obţinerea sistemelor digitale cu diviziune în timp, este necesară utilizarea la emisie a unui multiplexor (MX), iar la recepţie a unui demultiplexer (DMX).

II.2.2. Decodarea şi expandarea

Receptorul de semnal trebuie să aloce fiecărui cuvânt binar MIC recepţionat un semnal cu amplitudinea corespunzătoare nivelului de decizie asociat eşantionului la emisie. Se obţine în acest fel decodarea semnalului binar în semnal MIA. Având în vedere că la emisie s-a realizat o compresie a semnalului analogic, rezultă că la recepţie este necesară o expandare. Datorită unui filtru capacitiv la ieşirea decoderului, semnalul obţinut prin decodare este un semnal treaptă, valoarea unui eşantion de semnal fiind remorată până la regenerarea următorului eşantion de semnal.

- 13 -


II.2.3. Reconstrucţia semnalului analogic

Reproducerea semnalului analogic transmis de sursa de semnal, se obţine prin fillrarea cu un filtru trece jos a semnalului treaptă obţinut prin memoria capacitivă asociată decoderului.

III. Organizarea multiplexului digital de ordinul 1 ( primar ) Având în vedere că reţeaua modernă de telecomunicaţii este o reţea digitală, va fi prezentată structura multiplexului de ordinul I numit multiplex primar de 2048 kbps, bazat pe MIC /modulaţia impulsurilor în cod/ (PCM /Pulse Code Modulation/). Într-un multiplex primar PCM 30, un cadru de 125//S conţine 32 canale temporale (CT). Fiecare canal temporal conţine un cuvânt de 8 biţi. Debitul binar al multiplexului primar este 8 kHz * 32 CT * 8 biţi/CT = 2048 Kbps. Debitul binar pe fiecare cale a multiplexului primar este de 8 kHz * 8 biţi/CT = 64 Kbps. Canalele temporale sunt numerotate de la 0 la 31. Canalul temporal 0 este destinat sincronizării cadrului. Canalul temporal 16 este folosit pentru semnalizare. Celelalte canale temporale (CT1 + CT15, CT17 + CT31) pot fi folosite pentru transmiterea de semnale vocale codate MIC sau pentru transmiterea de date care nu depăşesc 64 kbps.

- 14 -


Canalul temporal 0 este folosit pentru controlul sincronizării cadrelor MIC şi are continutul prezentat în tabelul de mai jos.

Tabel. Conţinutul canalului temporal 0 Notaţiile folosite în tabel au următoarele semnificaţii: - RJA

= 1 în caz de alarmă distantă (Remote Jonction Alarm)

- S4 -s-SS = biţi rezervaţi pentru utilizări naţionale (1 dacă nu sunt folosiţi) -X

= bit CRC (Cyclic Redundancy Check)

-Y

= semnal CRC pentru multicadru

- 15 -


Multiplexarea mesajelor de semnalizare pe canal individual, se realizează prin utilizarea unui multi-cadru format din 16 cadre primare, astfel că durata unui multicadru este de 125//S x 16=2ms. Frecvenţa de transmitere a multicadrelor este de 500 Hz (1 / [2 x 10 "3 ]). Semnalizările în afara benzii vocale asociate unei căi de comunicatie ( semnalizare pe canal asociat ) se transmit prin CT16 al celor 16 cadre primare din multicadru, care au rezervate pentru fiecare cale de comunicaţie câte 4 biţi de semnalizare, transmişi cu perioada de 16 x 125 A/sec = 2 msec ( 500 Hz ) (rata de transmisie este de 4 biţi/canal de semnalizare x 500 Hz = 2000 bps). Sincronizarea multicadrului este realizată prin cuvântul de 8 biţi conţinut în din cadrul 0 al multicadrului (0 0 0 0 R A R R), unde A este bit de alarmă de ieşire din sincronism al multicadrului în unitatea distantă, iar R este bit de rezervă pentru utilizare naţională. Cadrul 1 al multicadrului, conţine în octetul din C cuvintele de semnalizare formate din 4 biţi (a,b,c,d) pentru căile de comunicaţie care au asociate CT şi CTiy. în mod similar, CT-6 din celelalte cadre ale multicadrului conţin cuvintele de semnalizare de 4 biţi (a b c d) asociate celorlalte canale de comunicaţie, aşa cum rezultă din figură.

IV. DPCM ( DIFFERENTIAL PULSE CODE MODULATION ) Datorită dezvoltării circuitelor VLSI, a fost posibilă dezvoltarea unor noi tehnici de codare a vocii, care au permis reducerea debitului binar pe cale orală de la 64 kbit/s la 32, 16 sau 8 kbit/s. Aceste tehnici au permis o mărire de transmisie a vocii.

- 16 -


DPCM ( Differential PCM ) foloseşte observaţia ca eşantioanele adiacente au un grad mare de corelare, astfel ca diferenţa între amplitudinile a două eşantioane succesive este relativ mică. Informaţia digitală este obţinută prin aflarea diferenţei între amplitudinile a două eşantioane succesive în locul sodării valorii absolute a eşantioanelor de semnal. Aceasta permite reducerea ruitelor de codare asociate eşantioanelor de la 8 biţi la 4 biţi. ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), standardizată jrr Rec. ITU-T G.726, permite transmiterea vocii cu o minimă descreştere a artatii, folosind o rată de transfer de 16, 24, 32 sau 46 kbit/s pe cale vocală.

V. Codare video Transmisia imaginilor mobile este un serviciu isocron sensibil la variaţiile de întârziere. Pentru comunicaţiile TV de înaltă calitate, variaţia maximă admisă

întârzierii poate fi maxim câteva

milisecunde, iar pentru comunicaţiile video intertactive aceste variaţii ale întârzierii nu trebuie să depăşească 150 msec. Cantitatea de informaţie de transmis este foarte mare, ceea ce înseamnă un timp mare de transmitere a acesteia. Se impune deci o compresie şi o codare a informaţiilor video înainte de transmiterea lor prin reteaua de tecomunicaţii.

- 17 -


VI. MODULAŢIA ÎN CUADRATURĂ ( QAM = QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION )

VI.1. Modulaţia în amplitudine Un proces de modulaţie în amplitudine se bazează pe relaţia: unde p este frecvenţa purtătoare şi x(t) esle semnalul în banda de bază.

- 18 -


În urma procesului de modulaţie rezultă

cu un spectru dublu faţă de spectrul semnalului

modulator s1, situat de o parte şi de alta a frecvenţei purtătoare.

VI.2. QAM = Quadrature Amplitude Modulation Redundanţa modulaţiei cu dubla bandă laterală poate fi eliminată prin modularea a două purtătoare ortogonale ( defazate cu 90° ) cu două semnale independentE. Acestea sunt derivate din semnalul de date, printr-o conversie serie - paralel având ca rezultat reducerea la jumătate a vitezei fiecărui semnal. Cele două semnale sunt transmise independent cu o viteză V/2, iar la origine sunt recompuse pentru a reconstitui semnalul de la emisie. Lărgimea semnalelor modulate este jumătate din cea ocupată prin procesul ecuaţie cu purtătoare unică. la recepţie se obţine:

- 19 -


VI.3. Modulaţia ortogonală cu purtători multipli (OQAM)

FDM este o tehnică care utilizează un număr de subcanale de bandă îngustă cu repartiţie în frecvenţă.

Semnalele de modulaţie sunt derivate din semnalul digital serie, printr-o conversie serieparalelă. Fiecare semnal paralel de viteză mică moduleaz câte o purtătoare, după care semnalul modulat este însumat cu celelalle N-1 semnale similare într-un semnal unic FDM. Avantajele oferite de tehnica FDM sunt următoarele: - deoarece canalele sunt de bandă îngustă, efectele distorsiunilor de atenuare şi timp de propagare de grup sunt neglijabile; - influenţa zgomotelor este mică dacă acestea nu sunt zgomote de bandă îngustă. Fiecare canal este constituit din două subcanale cu viteza b/2, modulate în cuadratură, adică înmulţite cu sin ωp1t , respectiv cos ωp1t, şi apoi însumate, rezultând o viteză pe fiecare canal. între canalele celor două subpurtătoare se introduce o întârziere T/2 ( T durata unui element de semnal ), după următoarea regulă: - pe canalele impare, întârzierea se introduce pe canalul modulat cu sin copit,

- 20 -


- pe canalele pare, întârzierea se introduce pe canalul modulat cu cos topit. În acest fel se asigură ortogonalitatea între canalele adiacente, eliminându-se diafonia dintre canalele adiacente. Ortogonalitatea face ca sistemul OQAM să fie, din punct de vedere spectral, cel mai eficient din clasa sistemelor cu diviziune în frecvenţă.

VII. TEHNICA DE MODULAŢIE DMT (DISCRETE MULTI-TONE) Modulaţia DMT se bazează pe divizarea unei lărgimi de bandă într-un set de canale paralele independente. Fiecare subcanal este evaluat din punct de vedere cantitativ prin raportul semnal/zgomot, pentru a-i aloca numărul cel mai adecvat de biţi. În acest fel, sistemul DMT realizează o optimizare a performanţelor canalului utilizat, pe baza alocării selective a biţilor de informaţie pentru fiecare canal. DMT transmite un spectru variabil în timp, optimizat în raport cu funcţia de transfer şi spectrul zgomotului pentru fiecare canal. Acest tip de modulaţie (DMT) este folosit de modemul ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line) în reţeaua de acces pe linia de abonat. Există un modem ADSL în unitatea de transmisie distantă (ATU-C ADSL Transmmision Unit- Remote) si o unitate de transmisie centrală (ATU-C = ADSL Transmmision Unit- Central Office) Conceptul de bază al DMT este ilustrat prin 3 exemple în figură.

În fiecare caz, se iniţiază prin ATU-C transmiterea de tonuri downstream. ATU-R măsoară

- 21 -


calitatea fiecăruia din aceste tonuri şi decide dacă un ton are o calitate corespunzătoare pentru transmitere şi dacă răspunsul este afirmativ se decide câte date se asociază acestui ton. Această procedură asigură creşterea performanţei transmisiei si minimizarea probabilităţii de erori de bit în transmisie. În figură se prezintă modul de utilizare a modulaţiei DMT pe o linie telefonică realizată cu o pereche de cablu de cupru torsadată.

Transformatorul de cuplare elimină componenta continuă, iar linia introduce o atenuare care creşte cu frecvenţa. Mărimea atenuării depinde de lungimea liniei telefonice. Prin măsuratori se decide distribuţia optimă a biţilor, care este prezentată în diagrama din dreapta. La frecvenţe mai mari se vor asocia mai puţini biţi pe ton datorită atenuării mai mari la aceste frecvenţe. Distribuţia biţilor urmăreşte caracteristica de transmisie. În figură se detectează un semnal perturbator radio şi se decide că frecvenţa respectivă definită în TMD să nu fie folosită pentru transmisie în acces ADSL.

La transmisie (figura), datele modulează purtătoarele p0. pi. . . pn-i., unde n este numărul de subcanale independente. Semnalele modulate sunt însumate şi transmise pe canalul comun. La recepţie, semnalul este demodulat cu ajutorul purtătorilor p0. pi. . . pn-i-, pentru separarea semnalelor transmise prin canalele paralele independente. În figură se prezintă raportul semnal/zgomot ( SNR ) în funcţie de frecvenţă măsurat în sensul

- 22 -


upstream şi downstream.

Pentru cele 270 de tonuri cu frecvenţe de 4,3 + n x 4,3 kHz, unde n ia valori între 1 si 270, se prezintă în figură numărul de biţi care modulează fiecare ton, ţinând seama de caracteristica SNR măsurată pe linia telefonică. La baza procesului de modulare şi demodulare stă transformată Fourier rapidă inversă ( IFFT = Inverse Fast Fourier Transform ), respectiv transformată Fourier rapidă ( FFT = Fast Fourier Transform), ceea ce permite simplificarea substantială a complexităţii implementării funcţiilor de modulare-demodulare. Avantajele oferite de tehnica DMT sunt următoarele: - o bună imunitate la zgomot, - adaptare permanentă a debitului pe fiecare subcanal, în funcţie de posibilele surse discrete de perturbaţii existente în banda utilizată sau de alte imperfecţiuni (creşterea atenuării cu frecvenţa, prezenţa derivaţiilor, diafonia, etc.) - complexitate redusă de implementare.

VIII. MODURI DE TRANSFER PENTRU SEMNALELE DIGITALE Semnalele digitale pot fi tratate în sistemele de comutaţie şi de transmsie în mod sincron (STM = Synchronous Transfer Mode) sau în mod asincron ( ATM = Asynchronous Transfer Mode ).

- 23 -


VIII.1. STM mod de (Synchronous Transfer Mode)

transfer

sincron

Sistemele cu mod de transfer sincron ( STM ) utilizează transmisii bazate pe ierarhii digitale plesiocrone ( PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy ) sau ierarhii digitale sincrone ( SDH Synchronous Digital Hierarchy ). Informaţia transmisă este organizată în cadre de semnal digital în PDH sau în cadre SDH. PDH utilizează semnale digitale care sunt organizate în cadre periodice cu periodă fixă de 125 psec. În multiplexul de ordinul 1 (primar) fiecare cadru este divizat în 32 de canale temporale ( CT ) egale ca durată, fiecare CT permiţând transmiterea unui octet de informaţie. Transmiterea cadrelor este sincronă. Sincronizarea este asigurată prin CT0 care marchează de asemenea şi începutul cadrului. În interiorul cadrului, identificarea unui CT este realizată prin poziţia acestuia în raport cu CT0. Pentru fiecare conexiune se realizează o alocare fixă a unui CT ( canal temporal ), prin care se transmit periodic informaţiile. Rutarea este implicită, fiecare linie depinde de numărul CT alocat în interiorul cadrului pentru conexiune. Poate asigura conectarea informaţiei dintr-un CT al unei intrări în oricare dintre ieşiri. Rezultă că traseul de conexiune dintre două este definit de succesiunea de CT ( căi temporale ) alocate în

temporale între nodurile de comutaţie care participă la conexiune. Această

tehnică numită conexiune în mod circuit, asigură utilizatorului o cale de reţea cu debit fix de 64 Kbit/s ( 8 biti / 125 µsec ).

Pentru a facilita structurarea interconectării

reţelelor,

ITU-T a comandat o ierarhizare

a multiplexurilor digitale sincrone în mai multe niveluri. Ierahiile digitale plesiocrone standardizate prin norme internaţionale, se obţin prin multiplexarea canalelor temporale de 64 Kbit/s (cuvinte de 8

- 24 -


biţi ) transmise periodic cu perioada de 125 µsec [frecventa de 8 KHz]). Pentru Europa a fost adoptat ca multiplex primar, multiplexul de 2048 kBits/s ( Rec.G.732 ITU-T ). lerarhia digitală plesiocronă definite pentru Europa conţine 4 nivele. Multiplexul de ordin N se obţine prin multiplexarea semnalelor are patru multiplexuri de ordin imediat inferior N-1. Pentru Europa, ierarhia digitală plesiocronă include următoarele patru nivele: - E1: 2.048 Kbit/s

(32 x 64 Kbit/s),

- E3: 34.368 Kbit/s (4 x E2), -

E4:

- E2: 8.448 Kbit/s

(4xE1),

139.264

Kbit's

(4

x

E3).

Pentru SUA, ierarhia digitală plesiocronă include următoarele nivele: - T1: 1544 Kbit/s

(24 x 64 Kbit/s),

- T2: 6.312 Kbit/s

(4xT1)

- T3: 44.736 Kbit/s ( 7 x T2)- T4: 139.264 kbit/s ( 3 x T3) Pentru Japonia sunt folosite patru nivele în ierarhia digitală plesiocronă: - D1: 1544 Kbit/s

(24 x 64 Kbit/s), - D2: 6.312 Kbit/s

(4xD1)

- D3: 32.064 Kbit/s ( 5 x D2) - D4: 97.728 Kbit/s ( 3 x D3) lerarhia plesiocronă de ordinul superior se obţine prin utilizarea unei cascade de multiplexuri (2-8, 834, 34-140), fiecare schimbare de frecvenţă necesitând apel la funcţii analogice de sincronizare. Pentru extragerea unui canal temporal sau a unui multiplex de ordin inferior din multiplexul de ordin superior este necesară demultiplexarea până la nivelul 1 pentru un canal temporal sau până la nivelul multiplexului solicitat.

- 25 -


Pentru ierarhia SDH au fost standardizate următoarele niveluri: - STM-1: 155 Mbit/s - STM-4: 622 Mbit/s -STM-16:2,5Gbit/s

- STM-64: 10Gbit/s

VIII.2. ATM - mod de transfer asincron (Asynchronous Transfer Mode)

Transmisia asincronă este folosită în reţelele cu comutaţie de pachete (ex. reteaua IP) sau comutaţie de celule de date (B-ISDN bazat pe ATM). Tehnologia ATM consideră linkul ca un mediu prin care pachetele de date sau celulele cu informaţii pot fi transmise asincron. Fiecare celulă conţine explicit informaţia de rutare în headerul (antetul) asociat.

- 26 -


Celulele, care provin de la canale diferite, conţin informaţii de rutare în reader şi pot traversa linkul într-o ordine arbitrară, permiţân o multiplexare satisfăcătoare a canalelor ATM. Celulele sau pachetele care aparţin aceleiaşi conexiuni pot fi transmise la intervale neregulate. Modul de transfer asincron (ATM /Asynchronous Transfer Mode/) constituie modul de transfer pentru comutaţia şi transportul informaţiei pentru reţeaua ISDN de bandă largă (B-ISDN = Broadband Integrated Service Digital Network). Indiferent de natura informaţiei transmise, aceasta este divizată în celule de lungime fixă (53 octeţi), care sunt transmise prin reţeaua de telecomunicaţii.

VIII.3. Structura celulei ATM

O celulă ATM are o lungime fixă de 53 octeţi, din care 48 octeţi reprezintă informaţia utilă de transmis şi 5 octeţi pentru antet ( header ). Alegerea unei structuri de lungime fixă permite realizarea unei procesări rapide a celulei, operaţie realizată hardware. Antetul ( headerul ) celulei ATM este structural în mai multe câmpuri. Funcţia principală a antetului celulei este aceea de a identifica conexiunea şi de a dirija celula de la punctul de origine la punctul de destinaţie. Informaţia de rutare este continută în identificatorul căii virtuale VPI ( Virtual Path Identity ) şi în identificatorul canalului virtual VCI ( Virtual Channel Identity ). Aceste două câmpuri identifică o conexiune specifică ATM. Toate celulele care aparţin unei conexiuni au aceleaşi valori pentru VPI şi VCI. Informaţia antetului lui este protejată printr-o sumă de verificare care este conţinută în câmpul HEC ( Header Error Control ), astfel că pot fi detectate erorile care apar în transmiterea antetului. Valorile VPI şi VCI au semnificaţie locală ( între două puncte de comutaţie ), astfel că valorile lor se pot schimba când celula este transmisă prin reţea. În consecinţă şi HEC trebuie recalculat în fiecare punct de comutaţie. HEC nu poate fi folosit pentru detecţia de erori care pot apare în câmpul de informaţie. Validarea integrităţii datelor utilizatorului este realizată la destinaţie.

- 27 -


- 28 -


CUPRINS Argument TEHNICI DE TRANSMISIUNI DIGITALE. ................................................................................................................ - 2 SEMNALE ANALOGICE SI DIGITALE. ..................................................................................................................... - 2 I. TEHNICI DE MODULAŢIE Ş1 MULTIPLEXAREA SEMNALELOR .....................................................................- 3 I. 1. FDM (Frequency Division Multiplexing) ............................................................................................................ - 4 I.2. TOM (Time Division Multiplexing)....................................................................................................................... - 5 II. MODULAŢIA IMPULSURILOR ÎN COD ( PCM = PULSE CODE MODULATION ) ............................................- 6 II.1. CONVERSIA II.1.1. II.1.2. II.1.3. II.1.4.

ANALOG

– DIGITALĂ ..............................................................................................................................- 7 -

Eşantionarea.................................................................................................................................................... - 7 Cuantizarea ..................................................................................................................................................... - 9 Codarea .......................................................................................................................................................... - 12 Multiplexarea semnalelor MIC...................................................................................................................... - 12 -

II.2. CONVERSIA

DIGITAL

- ANALOGICĂ .........................................................................................................................- 13 -

II.2.1. Regenerarea şi demultiplexarea ..................................................................................................................... - 13 II.2.2. Decodarea şi expandarea .............................................................................................................................. - 13 II.2.3. Reconstrucţia semnalului analogic................................................................................................................. - 14 III. ORGANIZAREA

MULTIPLEXULUI DIGITAL DE ORDINUL

1(

PRIMAR

) ..........................................................................- 14 -

IV. DPCM ( DIFFERENTIAL PULSE CODE MODULATION ) .................................................................................- 16 V. CODARE

VIDEO ...........................................................................................................................................................-

17 -

VI. MODULAŢIA ÎN CUADRATURĂ ........................................................................................................................- 18 ( QAM = QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION )........................................................................................- 18 VI.1. Modulaţia în amplitudine ................................................................................................................................. - 18 VI.2. QAM = Quadrature Amplitude Modulation ..................................................................................................... - 19 VI.3. Modulaţia ortogonală cu purtători multipli (OQAM) ..................................................................................... - 20 VII. TEHNICA DE MODULAŢIE DMT (DISCRETE MULTI-TONE) .......................................................................- 21 VIII. MODURI DE TRANSFER PENTRU SEMNALELE DIGITALE ........................................................................- 23 VIII.1. STM - mod de transfer sincron (Synchronous Transfer Mode)...................................................................... - 24 VIII.2. ATM - mod de transfer asincron (Asynchronous Transfer Mode) ................................................................. - 26 VIII.3. Structura celulei ATM.................................................................................................................................... - 27 -

Cuprins Bibliografie

- 29 -


BIBLIOGRAFIE

1. Rădulescu, T. – Reţele de telecomunicaţii Editura Thalia, 2005

2. www.eed.usv.ro

3. www.ro.wikipedia.org

4. www.el.el.obs.utcluj.ro

5. www.radioamator.ro/articole

6. www.vegaunitbv.ro

- 30 -


Tehnici de Transmisiuni Digitale

Recommend Documents