Sisteme de comunicatie (curs)

Sisteme de comunicatie (curs)

Sisteme PCM sisteme digitale cu modulatia impulsurilor in cod)

Sistemele PCM primare. In Europa, Japonia si SUA ierarhia de multiplexare pentru SC digitale este standardizata. Astfel sistemul PCM primar european multiplexeaza 30 de canale telefonice, rezultand un debit de iesire B=2,048 Mbit/s , mai mare decat 30×64 Kbit/s deoarece sunt necesare informatii suplimentare ce trebuie transmise pentru a permite separarea canalelor la receptie, directionarea legaturii si gestionarea retelei.

Figura 1. Schema CEPT PCM 30

Diagrama temporala.

Diagrama temporala a sistemului primar PCM european este reprezentat(in figura 2.

F  f_e ( 2Df = 6200Hz

ff_e = 8KHz

Obs: Intr-o perioad(de esantionare trebuie transmisa informatia celor 30 de canale.

Intervalele I₁ I₁₅ si I₁₇ I₃₁ sunt atribute celor 30 de cai telefonice avand fiecare un debit de 64 Kbit/s utilizate pentru telefonie PCM.

Pe I₁₆ se transmit informatii de semnalizare care corespund celor 30 de canale telefonice, informatii necesare comutatiei.

a anunta , (prin A=1) pierderea sincronizarii in celalalt sens de transmisie.

Semnalizarea (de linie, de selectie) se face in intervalul 16 cu 4 biti/cale, fiind necesare 15 cadre pentru cele 30 de cai. Adaugand al 16-lea cadru (cadrul'0') se obtine multicadrul din figura 29.

Figura 3. Multicadru de semnalizare

In fiecare cadru '0' al unui multicadru, in intervalul al 16-lea se transmite octetul 0000XXXX pentru a permite sincronizarea multicadrului. Bitii notati cu X pot fi utilizati (de ex. in sistemul european XXXX=1A11) sau sunt rezervati pentru aplicatii viitoare.

Pe intervalul i = 0 se transmite informatia de semnalizare pentru cadrul 0 si 15.

Pe intervalul i = 1 se transmite informatia de semnalizare pentru cadrul 1 si 16.

Debitul de semnalizare se afla astfel:

Debitul de iesire al unui sistem PCM 30 este :

Avem astfel urmatoarele relatii extrem de importante:

A B

Figura 4. Schema bloc sistem PCM 30

Un astfel de sistem trebuie sa aiba si echipament de emisie si echipament de receptie. Centrul de comutatie (CC) asigur(rutarea legaturilor bidirectionale ce permit legarea oricarui abonat din A cu oricare abonat din B si poate fi utilizat in mai multe maniere, aici fiind vorba de semnale digitale, si anume:

- CSD - comutator spatial digital;

- CTD - comutator temporal digital;

- CSTD - comutator temporal-spatial digital.

CTD

In principiu, un CTD este realizat dintr-un multiplexor si o memorie de comanda.

Figura 5. a).

Figura 5. b).

Schema din figura 5. a). prezint(functionarea unui centru de comutatie care utilizeaz(un comutator temporal digital. In exemplul prezentat:

- Terminalul T₁ este legat la T₂;

- T₁₇ este legat la T₃₀.

O astfel de comutare este far(blocare interna, toti abonatii putand s(vorbeasca, intre ei (doi cate doi), in acelasi timp.

In comutatia temporala se pastreaza rangul liniei si se modifica canalul temporal. Daca comutatorul desenat ar fi un CTD atunci M=N pentru ca acest comutator nu face decat s(inverseze canalul respectiv.

Exita posibilitatea ca acest comutator sa functioneze ca unul spatial, sa lege linia de intrare 1 cu linia de iesire M , atunci avem un CSD (figura 5. b.). Intr-un CSD se pastreaza canalul temporal dar se schimba rangul liniei.

M < N CC are si rol de concentrator

M > N CC are si rol de distribuitor

Un CSTD leaga linia N cu linia Z, deci se modifica practic in acest caz si rangul liniei dar si pozitia temporala.

Atat la CSD cat si la CSTD nu este necesar ca M=N.

Sincronizarea sistemului primar PCM 30.

Sa presupunem ca definim o stare sincronizata a unui sistem PCM 30 si o stare nesincronizata. Sistemul va purifica sincronizarea la fiecare cadru.

Figura 6. Organigrama sistemului de sincronizare

In figura 6 se da organigrama sistemului de sincronizare conform avizului G732/CCITT. Se remarca urmatoarele observatii:

Procesul de sincronizare presupune starile:

a) - starea de functionare sincronizata;

b) - starea de pierdere a sincronizarii;

c) - starea nesincronizata (starea de cautare a sincronizarii);

d) - starea de confirmare a sincronizarii.

- Pentru sistemul PCM 30 sistemul de sincronizare poate avea o durata de pana la 375µs.

- Histerezisul procesului de supraveghere: pieerderea sincronizarii este acceptata dupa 3 absente (nepotriviri) consecutive ale cuvantului de sincronizare.

- Confirmarea sincronizarii se face prin prezenta bitului B₂=1in cadrul par ce urmeaza cadrului in care a fost recunoscut cuvantul de sincronizare.

- Anuntarea pierderii de sincronizare catre emisie prin punerea bitului A=1.

Durata procesului de sincronizare poate fi dupa caz intre 250­­ - 375 µs, pentru un sistem primar.

Figura 7. Schema bloc simplificat(a unui sistem PCM 30

OBS: - SD - are rol in separarea sensurilor, facand totodata trecerea de la 2 fire la 4 fire;

- ADI - (Alternate Digit Inversion) inversiunea bitilor de rang par.

Sisteme digitale de ordin superior.

Sistemele PCM de ordin superior se grupeaza cate 4 sisteme de ordin inferior.

Tipuri de semnale transmise digital:

- telefonie - cuvant de 8 biti, fe=8KHz, legea A 64 Kbit/s;

- radio - cuvant de 14 biti, fe=32KHz, binar 448 Kbit/s;

cuvant de 10 biti, fe=32 KHz, legea A 320 Kbit/s;

- videofon - cuvant de 4 biti, fe ~ 2MHz, binar 8 Mbit/s;

- televiziune color (PAL) - cuvant de 8 biti, fe=13,3MHz, binar 113,7 Mbit/s.

Avantajele utilizarii sistemelor digitale:

- calitatea (teoretica) a transmisiei nu depinde de distanta, semnalul fiind regenerat periodic. In sistemele analogice zgomotul se acumuleaza progresiv odata cu cresterea distantei pe care se face transmisia, rezultand astfel o distanta maxima impusa de raportul semnal / agomot, raport care este minim (in sistemele analogice). Repetoarele din sistemele analogice nu compenseaza decat atenuarea;

- rezistenta la perturbatii a semnalelor digitale este mai mare decat in cazul semnalului analogic;

- utilizeaza CID (dezvoltare ridicata);

- transmiterea cu usurinta a mai multor categorii de semnale in cazul sistemelor digitale (telefonie, telegrafie, date, etc.).

Ierarhia sistemelor PCM.

In general sistemele PCM se grupeaza ca in fig. 8.

Multiplexarea afluentilor asincroni (plesiocroni).

Doua semnale digitale cu viteze nominale egale, ale caror viteze reale se incadreaza intre anumite limite prescrise, se numesc asincrone (plesiocrone).

Sistemele de ordin superior multiplexeaza cate 4 afluenti asincroni de ordin imediat inferior (fig. 9). Pentru realizarea multiplexarii se prevede o memorie 'tampon' care va fi inscrisa cu ritmul B_k (k=1..4) si citita in ritmul B₀ .

Fie:

si (39)

Daca t_m<t₀ inseamna ca in fluxul de informatie vor fi simboluri repetate (**), iar daca t_m>t₀ inseamna ca din fluxul de informatie vor lipsi anumite simboluri (*). In figura 33 sunt prezentate cele doua tipuri de alunecari (pierdere sau repetitie a informatiei).

Solutia este ca in fluxul cel mai rapid sa se introduca niste biti nepurtatori de informatie care sa fie semnalizati corespunzator pentru a fi extrasi la receptie. Acesti biti se numesc biti de dopare. In figura 10 bitul colorat reprezinta bitul de dopare (fara semnificatie informationala).

Diferenta temporala dintre momentul scrierii si citirii memoriei tampon poate fi scrisa conform relatiei (40):

(40)

Pentru t_m>t_s, perioada de alunecare va fi :

(41)

De exemplu, daca t_m=125µs iar se obtine:

T_j=0,125s; 2h5min; 1,45zile; 4ani.

Bitul de justificare poate fi introdus numai in anumite momente in fluxul de date al afuentului respectiv (dupa semnalizarea prealabila intr-un cadru de justificare), astfel ca Dt(t) nu are o variatie periodica. Acest mod de a insera bitul de dopare, conduce la o mica iregularitate de faza (jitte de asteptare) cu caracter aleator si dificil de eliminat deoarece contine frecvente joase.

La receptie, se regenereaza tactul multiplexului si se indeparteaza bitii de dopare, dand nastere unei alte variatii de faza (' jitte de dopare ').

Structura cadrului de dopare pentru un sistem PCM 120 (II).

In figura 11 se reprezinta un 'cadru de justificare' pentru sistemul PCM II in care 4B₀=8,448 Mbit/s. Grupul secundar ignora structura cadrelor primare. Capacitatea maxima de compensare este 1 bit/212 bit, adica o variatie relativa maxima de 4,74‰ intre B_K si B₀ .

Structura CD nu tine seama de structura pe cadre a afluentilor. In figura 11 s-a notat cu  A = bit de alarma;

R = bit de rezerva.

Doparea se face intotdeauna in subcadrul D (Sc D). Intr-un cadru de dopare, introducerea bitului de dopare nu poate avea loc oricand, ci numai in subcadrul D.

Bitul de dopare poate fi introdus pe una sau mai multe cai, sau este posibil ca intr-un cadru de dopare sa nu fie introdus pe nici o cale. Semnalizarea doparii se face prin 3 biti 1 pe calea ce urmeaza sa fie dopata.

Un cadru de dopare are 824 x 488ns=100,4µs , care este diferit de 125µs, perioada de esantionare. Un cadru de dopare ignora total structura pe cadre a afluentilor. Pentru operatia de multiplexare este nevoie sa crestem debitul pe linie prin introducerea unor biti de control, de dopare, etc.

Caracteristicile sistemului PCM II sunt:

- debit binar: B=8,448 Mbit/s, toleranta

- cadru de dopare: 848bit care dureaza

- numar de afluenti: 4 PCM I cu debitul de 2,048Mbit/s;

- structura cadrului: biti intretesuti;

- sincronizare: cuvant de sincro 10 bit grupati la inceputul cadrului;

- numarul de biti semnificativi pe cadrul de dopare/ afluent: 206 sau 205 in 

cazul doparii ;

- indicatie de dopare: 3 bit /afluent.

Se remarca urmatoarele:

- Durata cadrului de dopare este diferita de durata intre esantioane (T_J=100,4µs , Te=125 , T_e=125µs).

- Multiplexul de ordinul II (superior) ignora structura cadrelor primare (I).

- Capacitatea maxima de incarcare este pentru fiecare afluent (in mod independent) de 1 bit la 212biti, ceea ce inseamna o compensare a unei diferente relative maxime de 4,74% intre debitul afuentului si al multiplexului. (si

In industria telecomunicatiilor a aparut un nou standard cunoscut sub numele de 'retea optica sincrona' (SONET- Synchronos Optical Network). El defineste o structura sincrona a cadrului TDM. Blocul constructiv de baza (OC-1) al standardului SONET are debitul de 51,84 Mbit/s (OC-Optical Carrier).

O proprietate de baza a ierarhiei SONET este ca pentru nuvele superioare debitul exact se obtine multiplicand debitul de baza OC-1. De exemplu, OC-12 are  B = 12 x 51,84Mbit/s = 622,08 Mbit/s, iar OC-48 are B = 2,448 Gbit/s.

OC-48 a devenit disponibil comercial incepand din 1990.

Sisteme analogice cu diviziune frecventiala  (FDM).

In aceste sisteme, banda de baza a unui canal se translateaza prin modulatie MA BLU-PS (SSB-SC), si se obtine un prim grup, numit grup primar de baza (figura 12). 5 grupe primare de baza formeaza un grup secundar.

Prin combinarea a 5 grupe secundare se obtine un Master grup (grup tertiar de baza), iar trei grupe tertiare formeaza un grup cuaternar de baza.

O alta varianta de a obtine 900 de cai telefonice consta in gruparea a 15 grupe secundare. Intr-un astfel de caz, ierarhia sistemului PCM este cea prezentata in figura 13.

Formarea grupurilor din pregrupuri utilizand modulatie in etape, este in general, avantajoasa datorita cerintelor tehnice mai modeste impuse filtrelor de linie) care reprezinta cheia' sistemelor de curenti purtatori).

Principiul modulatiei in doua etape este prezentat in figura de mai jos:

Utilizarea unei frecvente pilot (semnal auxiliar sinusoidal de frecventa si nivel riguros precise si constante),permite sincronizarea oscilatoarelor la receptie - necesare pentru demodulare -, reglajul nivelului nominal, supravegherea sistemului, compararea frecventelor purtatoare, etc.

Frecventele purtatoare ale unui sistem sunt generate de acelasi oscilator stabilizat termic, (prin multiplicari si divizari) de inalta stabilitate. Spatiul dintre ele (Df_p) trebuie sa fie superior largimii de banda a semnaluli util, dar trebuie sa conduca la exigente rezonabile pentru filtrele sistemului.

Semnalizarile necesare pentru informatii auxiliare (comunicatie, supraveghere, taxare, etc.) sunt realizate prin semnale alternative, in general in doua variante:

- in banda - frecventa vocala a semnalelor de semnalizare multifrecventa (doua frecvente din 6 posibile) transmise in afara intervalului de convorbire.

- in afara benzii cu impulsuri de semnalizare 'OOK' (tot sau nimic) ce moduleaza o purtatoare de 3825 Hz, inaudubila datorita filtrului de cale.

Transmisia duplex poate fi realizata utilizand sisteme de curenti purtatori pe '2 fire', sensurile fiind separate in frecventa, sau pe '4 fire' in cele doua statii fiind dispuse echipamente terminale identice (ET), iar sensurile sunt separate galvanic (figura 15).

Echipamentele terminale de emisie realizeaza modulatia SSBSC realizand multiplexul frecvential (MUX), iar cele de receptie, operatiile inverse (demodulatie si demultiplexare - DX). Trecerea de la 4 la 2 fire (echipament terminal) se face cu ajutorul unui transformator diferential ca in figura 16.

Daca Z_e=Z₂ transformatorul diferential este echilibrat, atenuarea in ambele sensuri intre punctele 1 si 2, respectiv 1 si 3 este 3 dB, iar intre 2 si 3 este infinita.

Sisteme FDM (analogice) de difuziune (radiodifuziune, televiziune)

Aceste sisteme se caracterizeaza prin:

- un numar mare de emitatoare in interiorul unei game limitate de frecventa. Atribuirea gamelor de frecventa si reutilizarea frecventelor pentru emitatoare distante se face prin conventii internationale stricte;

- printr-un numar mare de receptoare 'universale' ce pot receptiona la cerere, unul dintre emitatoare. Acestea trebuie sa fie foarte selective (selectivitatea garantata pentru fiecare emitator) si sensibile.

Principiul receptoarelor superheterodina

Acestea se caracterizeaza printr-o schimbare de frecventa inainte de demodulare. Practic toate receptoarele de radiodifuziune si televiziune utilizeaza acest principiu. Schema bloc si principiul de functionare sunt date in figura 17.

Oscilatorul local si amplificatorul selectiv de RF se regleaza simultan, astfel incat f_local-f_E=constanta=f_I indiferent cat ar fi f_E. Astfel problema selectivitatii (garantate) se rezolva cu un filtru acordat pe frecventa fixa f_I oricare ar fi postul receptionat.

Un alt emitator de frecventa (imagine) f_E' pentru care f_E'=f_local+f_I (f_I=f_E'-f_local f_E'=f_E+2f_IF), va perturba inadmisibil receptia si va trebui rejectat. Valorile f_I pentru radiodifuziune si televiziune sunt fixate prin norme internationale astfel:

- radiodifuziune AM : f_I=440 - 490 KHz;

- radiodifuziune FM : f_I=10,7 MHz;

- televiziune (VSB) : f_I=32 - 40 MHz.

Caracteristicile sistemului de radiodifuziune

In domeniul undelor lungi, medii si scurte (f_E=150 - 285 KHz, 525 - 1605 KHz, 4 - 26,1 MHz) se utilizeaza 'full MA', largimea benzii primare este BB=B₁=4,5 KHz, iar spatiul dintre doua purtatoare este f_p=9 KHz. In undele ultrascurte, (5 benzi intre 41 si 960 MHz) se utilizeaza FM cu B₁=15KHz si deviatia maxima fmax=75 KHz care conduc (utilizand un indice de modulatie β=5) la o banda B_MF=B₂=180 KHz. Distanta intre doua purtatoare vecine adoptata va fi DF_p=300 KHz; se utilizeaza o preaccentuare la 15 KHz de 17 dB la emisie si o dezaccentuare corespunzatoare la receptie.

Difuzia stereofonica (FM)

Este necesara transmisia a doua semnale (S, D) de aceeasi calitate, asigurand compatibilitatea cu receptoarele monofonice (semnalul stereo sa fie receptionat mono de un receptor obisnuit si largimea de banda secundara B₂ (180 KHz sa ramana aceeasi.

Solutia adoptata este de a transmite suma (si diferenta) S+D (respectiv S-D). Semnalul (S+D) ramane in banda de baza, iar cel (S-D) este modulat in amplitudine DSB, la care se adauga un semnal sinusoidal pilot f_p=19 KHz stereo (figura 18).

Efectul zgomotului apare mai pronuntat in semnalul demodulat FM S-D, deoarece acesta are banda de baza departata de zero.

Un receptor stereofonic are - principial - schema bloc din figura 19: