INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN Terminal INGENIERÍA Digital Y TECNOLOGÍAS de Alta Velocidad AVANZADAS (DSL). U P I I T A TRABAJO TERMINAL TERMINAL DIGITAL DE ALTA VELOCIDAD (DSL) QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN TELEMÁTICA PRESENTAN: Govea Flores Arturo Iván Ramírez Hernández Gustavo Marcos ASESORES: M. en C. José Guadalupe Viveros Talavera M. en C. Mario Eduardo Rivero Ángeles México D.F. a 8 de diciembre del 2005

2 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN Terminal INGENIERÍA Digital Y TECNOLOGÍAS de Alta Velocidad AVANZADAS (DSL). U P I I T A TRABAJO TERMINAL TERMINAL DIGITAL DE ALTA VELOCIDAD (DSL) QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO EN TELEMÁTICA PRESENTAN: Govea Flores Arturo Iván Ramírez Hernández Gustavo Marcos PRESIDENTE ING. SERGIO VELAZQUEZ SERENO SECRETARIO M. en C. SUSANA ARACELI SANCHEZ NAJERA VOCALES M. en C. JOSE GPE. VIVEROS TALAVERA M. en C. MARIO EDUARDO RIVERO ANGELES México D.F. a 8 de diciembre del 2005

3 AGRADECIMIENTOS GENERALES Agradecemos al Instituto Politécnico Nacional por ser el recinto que nos brindó nuestra formación durante los últimos ocho años y gracias a la cuál hoy tenemos la oportunidad de convertirnos en ingenieros. Agradecemos al Dr. Domingo Lara Rodríguez por habernos dado la oportunidad de participar en un proyecto tan interesante como lo es este trabajo y al mismo tiempo integrarnos a un excelente grupo de trabajo dentro del CINVESTAV. Gracias también por abrirnos la mente al compartir cada una de sus pláticas, muchas gracias. Gracias también al CONACYT por darnos la oportunidad de trabajar en este proyecto bajo su apoyo económico. Agradecemos a nuestros asesores: el M. en C. Mario Eduardo Rivero Ángeles por toda la ayuda otorgada para este trabajo; y muy especialmente al M. en C. José Guadalupe Viveros Talavera por todo el tiempo, exigencia y experiencia dedicados a este trabajo. Agradecemos también al grupo de trabajo del CINVESTAV: al Ing. Francisco Elías Ramírez, al Ing. Leonardo Palacios y al Ing. Joel Eduardo Novelo Ruiz. Gracias por todo su apoyo y conocimiento compartido para la realización de este trabajo.

4 Arturo Iván Dedicada para mis abuelos Arturo Govea Guzmán y Juan Flores Contreras. A mis padres y mi hermana, que siempre me han motivado a seguir en este camino tan misterioso que es la vida, en verdad gracias. A mis abuelitas, tíos y primos, es un honor pertenecer a su familia, gracias. A mis amigos, que he tenido la fortuna de encontrarlos en mi camino y dejarme compartir con ustedes las experiencias buenas de la vida. A las personas que han y siguen creyendo en mí, sus consejos han influido mucho en construirme una visión completa de la vida, gracias. A México, mi país que valoro y seguiré valorando hasta el final, gracias. Así pues: Me incorporo a las legiones de quijotes que batallan. Silvio Rodríguez

5 Gustavo Marcos El poder terminar un largo camino para llegar a ser ingeniero ha sido producto del esfuerzo de muchas personas que han estado a mi lado y han cooperado de alguna u otra manera con este trabajo. Agradezco a todas estas personas por su participación, ya que sin ellas no sería posible esta tesis. A DIOS Por darme la oportunidad de vivir la realización de este objetivo. Gracias por ayudarme en todos los momentos y otorgarme una familia como la que tengo. Muchas Gracias. A MIS PADRES Por todo el apoyo y la educación que he recibido gracias a ellos, no sólo en estos últimos años, sino a lo largo de toda mi vida. Agradezco en especial a ellos, para quiénes es dedicado este trabajo y para quiénes deseo que hagan suyo este logro. La mayor de mis motivaciones es el lograr en ustedes una satisfacción con este trabajo. A MIS HERMANOS Agradezco también a mis hermanos que son parte importante en mi vida, esperando que encuentren en este logro un motivo más para terminar sus estudios también. A MIS ABUELOS Gracias por todas sus bendiciones. ESTE TRABAJO ESTÁ DEDICADO A TODOS USTEDES POR SER LO MÁS IMPORTANTE PARA MÍ. Finalmente, este trabajo también es consecuencia de la cooperación y el trabajo en equipo con mi compañero Arturo Iván Govea Flores. Gracias por todo tu esfuerzo! Mi más sincero reconocimiento para ti y para tu familia por todo el apoyo recibido. si existe el deseo, entonces existirá la manera Nietzsche

6 ÍNDICE ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS TERMINAL DIGITAL DE ALTA VELOCIDAD PALABRAS CLAVE ABSTRACT RESUMEN OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS I II III V V V V VI VI VI CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO EVOLUCIÓN DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES REDES TELEFÓNICAS REDES DIGITALES PCM Y SUS JERARQUÍAS SISTEMAS DE CONMUTACIÓN DIGITAL TERMINAL DIGITAL TECNOLOGÍA xdsl HDSL MDSL (MULTIRATE SYMMETRIC DSL) Y SDSL(SYMMETRIC DIGITAL SUBSCRIBER LINE) SHDSL (SYMETRIC HIGH SPEED DIGITAL SUBSCRIBER LINE) 14 CAPÍTULO 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA INTRODUCCIÓN ESQUEMA TELÉFONO DIGITAL TERMINAL DIGITAL REQUERIMIENTOS DEL CINVESTAV PROBLEMAS DE CONTROL PROBLEMA DE SINCRONÍA CAMBIO DE VELOCIDAD 19 CAPÍTULO 3 SOLUCIÓN PROPUESTA CIRCUITOS DSL ESQUEMA ENTRAMADOR ENTRAMADOR TRANSCEPTOR SELECCIÓN DEL CIRCUITO TRANSCEPTOR SOLUCIÓN DEL CIRCUITO ENTRAMADOR DISEÑO DEL TELÉFONO DIGITAL IMPLEMENTACIÓN DEL TELÉFONO DIGITAL DISEÑO DE LA TERMINAL DIGITAL IMPLEMENTACIÓN DE LA TERMINAL DIGITAL 36 CAPÍTULO 4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO ENTRAMADOR INTRODUCCIÓN INTERFACES SOLUCIÓN PROPUESTA PARA EL CIRCUITO ENTRAMADOR LAS TUBERÍAS RECURSOS COMUNES GENERADOR DE RANURA GENERACIÓN DE LAS SEÑALES DE CONTROL GENERACIÓN DE LOS RELOJES DE ADQUISICIÓN SEÑALIZACIÓN (IPS) INTERFAZ HACIA EL CONMUTADOR 54 I

7 CAPÍTULO 5 PRUEBAS Y RESULTADOS PRUEBAS AL DATA PUMP TELÉFONO DIGITAL INTERCONEXIÓN DEL SISTEMA 63 CONCLUSIONES 66 TRABAJOS FUTUROS 67 APÉNDICE A 68 APÉNDICE B 70 BIBLIOGRAFÍA 72 ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1 RED DE ACCESO LOCAL 2 FIGURA 1.2 JERARQUÌA DE REDES 2 FIGURA 1.3 MUESTREO PERIÓDICO DE UNA SEÑAL ANALÓGICA 4 FIGURA 1.4 PROCESO DE CUANTIFICACIÒN 5 FIGURA 1.5 JERARQUÍAS PCM EN EL MUNDO 6 FIGURA 1.6 ESTRUCTURA DE UN E1 7 FIGURA 1.7 SISTEMA DE CONMUTACIÓN TÍPICO 7 FIGURA 1.8 TERMINAL DIGITALTÍPICA 9 FIGURA 1.9 ANCHO DE BANDA DE LAS TECNOLOGÍAS XDSL 11 FIGURA 1.10 FAMILIA XDSL 12 FIGURA 1.11 RED HDSL 13 FIGURA 2.1 ESQUEMA DEL CONMUTADOR QUE SE TIENE EN EL CINVESTAV 16 FIGURA 2.2 ESQUEMA TELÉFONO DIGITAL TERMINAL DIGITAL 17 FIGURA 2.3 DISPOSITIVOS CON LOS QUE INTERACTÚA EL MICROCONTROLADOR EN EL TELÉFONO DIGITAL 18 FIGURA 2.4 DISPOSITIVOS CON LOS QUE INTERACTÚA EL MICROCONTROLADOR EN LA TERMINAL DIGITAL 18 FIGURA 2.5 PLANTEAMIENTO DEL CAMBIO DE VELOCIDAD 19 FIGURA 3.1 FUNCIONAMIENTO GENERAL DE UN CIRCUITO FRAMER 20 FIGURA 3.2 FUNCIONAMIENTO GENERAL DE UN CIRCUITO DATA PUMP 21 FIGURA 3.3 ACOPLAMIENTO DE LOS CIRCUITOS DSL QUE DESARROLLA LAS FUNCIONES DE LA TERMINAL DIGITAL 21 FIGURA 3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL CIRCUITO DATA PUMP 23 FIGURA 3.5 SEÑALES DE TEMPORIZACIÓN DEL PRIMER MODO TRANSPARENTE 24 FIGURA 3.6 SEÑALES DE TEMPORIZACIÓN DEL SEGUNDO MODO TRANSPARENTE 25 FIGURA 3.7 SEÑALES DE TEMPORIZACIÓN DEL PRIMER MODO INDEPENDIENTE 26 FIGURA 3.8 FORMATO DE LAS TRAMAS CORTA Y LARGA DEL MODO E1 27 FIGURA 3.9 SEÑALES DE TEMPORIZACIÓN EN EL MODO ENTRAMADO E1 27 FIGURA 3.10 MÁQUINA DE ESTADOS FINITOS DEL DATA PUMP OPERANDO EN MODO ENTRAMADO 28 FIGURA 3.11 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL CIRCUITO CODIFICADOR/DECODIFICADOR DE VOZ 31 FIGURA 3.12 DIAGRAMA GENERAL DEL TELÉFONO DIGITAL 32 FIGURA 3.13 DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL TELÉFONO DIGITAL 33 FIGURA 3.14 IMPLEMENTACIÓN PCB DE LA TARJETA DEL TRANSCEPTOR DSL 34 II

8 FIGURA 3.15 IMPLEMENTACIÓN PCB DE LA TARJETA DEL TELÉFONO 34 FIGURA 3.16 IMPLEMENTACIÓN FÍSICA DEL TELÉFONO DIGITAL 35 FIGURA 3.17 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA TERMINAL DIGITAL EN EL LADO CENTRAL 36 FIGURA 3.18 DIAGRAMA ELÉCTRICO DE LA TERMINAL DIGITAL 36 FIGURA 3.19 IMPLEMENTACIÓN DE LA TARJETA DEL MICROCONTROLADOR 37 FIGURA 3.20 IMPLEMENTACIÓN FÍSICA DE LA TERMINAL DIGITAL 38 FIGURA 4.1 INTERFACES DEL LADO ABONADO 39 FIGURA 4.2 INTERFACES DEL LADO DEL CONMUTADOR 40 FIGURA 4.3 BOCETO DEL FRAMER 41 FIGURA 4.4 ESQUEMA DETALLADO DE LAS TUBERÍAS 42 FIGURA 4.5 ESQUEMA DE CONMUTACIÓN DE LOS REGISTROS EN EL SENTIDO DE TRANSMISIÓN 43 FIGURA 4.6 IMPLEMENTACIÓN DE LAS TUBERÍAS 44 FIGURA 4.7 DIVISIÓN DE FRECUENCIAS 45 FIGURA 4.8 IMPLEMENTACIÓN DEL DIVISOR DE FRECUENCIAS 46 FIGURA 4.9 RANURA GENERADA FMR1 46 FIGURA 4.10 TRAMA DE 6MS 47 FIGURA 4.11 SEÑAL DE HABITACIÓN DEL SISTEMA 48 FIGURA 4.12 IMPLEMENTACIÓN DE * Y # 48 FIGURA 4.13 BITS DE SALIDA DEL CODEC 49 FIGURA 4.14 BITS DE TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN DEL DATA PUMP 49 FIGURA 4.15 SEÑAL C1 50 FIGURA 4.16 IMPLEMENTACIÓN DE LOS RELOJES DE ADQUISICIÓN 51 FIGURA 4.17 SEÑALES #, C1 Y C2 51 FIGURA 4.18 SEÑALES DE SEÑALIZACIÓN 52 FIGURA 4.19 INTERCONEXIÓN DEL FRAMER Y EL MICROCONTROLADOR 53 FIGURA 4.20 SEÑAL TDATA CON VOZ Y SEÑALIZACIÓN 53 FIGURA 5.1 PULSO DE PRUEBA (TXTST) GENERADO POR EL DATA PUMP 55 FIGURA 5.2 PULSO DE PRUEBA TEÓRICO EN LAS ESPECIFICACIONES 55 FIGURA 5.3 FUNCIONAMIENTO DE FEB 56 FIGURA 5.4 PATRÓN DE ENTRADA A LA TERMINAL DSL 57 FIGURA 5.5 PATRONES DE ENTRADA Y SALIDA EN LA TERMINAL DSL 57 FIGURA 5.6 CIRCUITO DE REGISTRO DE CORRIMIENTO Y LA TERMINAL DSL 58 FIGURA 5.7 FUNCIONAMIENTO BELB 58 FIGURA 5.8 PRUEBA BELB 59 FIGURA 5.9 DATOS EN MODO BELB 59 FIGURA 5.10 INTERCONEXIÓN DE LOS CIRCUITOS DATA PUMP 60 FIGURA 5.11 IMPLEMENTACIÓN DE LAS TERMINALES DIGITALES 60 FIGURA 5.12 BITS ENVIADOS Y RECIBIDOS DE LOS CIRCUITOS DATA PUMP 61 FIGURA 5.13 DESCOLGADO DEL TELÉFONO 62 FIGURA 5.14 FUNCIONALIDAD DEL TELÉFONO DIGITAL 62 FIGURA 5.15 ESQUEMA DE INTERCONEXIÓN TERMINAL DIGITAL-TELÉFONO DIGITAL 63 FIGURA 5.16 DATOS ENVIADOS Y RECIBIDOS POR EL TELÉFONO DIGITAL 64 FIGURA 5.17 SEÑALES DE LA COMUNICACIÓN BIDIRECCIONAL EN EL TELÉFONO DIGITAL 64 FIGURA 5.18 VOZ ENVIADA Y RECIBIDA POR EL TELÉFONO DIGITAL 65 ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1.1 REGLA DE CODIFICACIÓN 2B1Q 11 TABLA 1.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS TECNOLOGÍAS XDSL 13 TABLA 1.3 CARACTERÍSTICAS MSDL/SDSL 14 TABLA 3.1 SEÑALES DEL MODO DE CONTROL HARDWARE 23 III

9 TABLA 3.2 SEÑALES DE LA INTERFAZ DEL MODO DE OPERACIÓN TRANSPARENTE 24 TABLA 3.3 SEÑALES DE LA INTERFAZ DEL MODO DE OPERACIÓN INDEPENDIENTE 25 TABLA 3.4 SEÑALES DE LA INTERFAZ DEL MODO DE OPERACIÓN ENTRAMADO 26 TABLA 3.5 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DEL CIRCUITO DATA PUMP SK70725/SK TABLA 3.6 DESCRIPCIÓN DE LAS SEÑALES DEL CIRCUITO CODIFICADOR7DECODIFICADOR DE VOZ 31 TABLA 3.7 CARACTERÍSTICAS DEL MICROCONTROLADOR PIC16F877A 32 TABLA 4.1 CODIFICACIÓN DE LOS DÍGITOS 54 IV

10 TEMINAL DIGITAL DE ALTA VELOCIDAD (DSL) Palabras Clave Terminal Digital, Teléfono Digital, PCM, Abonado, Central, Capacidad de Transmisión, FPGA, Transceptor, Entramador. Abstract This paper presents the design and the implementation of a Digital Termination and a Digital Telephone to a private branch exchange (PABX). The Digital Termination and the Digital Telephone use SDSL technology and have a transmission rate of 1 Mbps. Resumen Dentro del Área de Comunicaciones del CINVESTAV se ha desarrollado un Conmutador Telefónico Digital privado que cuenta con tarjetas de línea analógicas que proveen comunicación con teléfonos analógicos, así como tarjetas de línea digital y un teléfono digitales que opera con tecnología DSL que tiene una capacidad de transmisión de 2B + D (capacidad para transmisión de dos canales de voz de 64kbps y un canal de control de 16kbps). Este documento contiene el desarrollo del trabajo terminal denominado Terminal Digital de Alta Velocidad (DSL) que consta de un conjunto Terminal Digital (lado central)-teléfono Digital (lado abonado). El Conmutador Digital Telefónico privado del CINVESTAV requiere de un conjunto como éste que tenga la capacidad de comunicarse a una velocidad mínima de un 1 Mbps, cifra que es un requerimiento por parte del CINVESTAV. V

11 OBJETIVOS Objetivo General Diseñar e implementar un conjunto Terminal Digital (lado central)-teléfono Digital (lado abonado) que se requieren para este Conmutador Telefónico Digital privado Objetivos Específicos Diseño de la Terminal Digital. Diseño del Teléfono Digital. Diseño del Programa de Control en la Terminal Digital y la Interfaz al Conmutador. Diseño del Programa de Control en el Teléfono Digital. Elaboración del circuito impreso de la Terminal Digital. Elaboración del circuito impreso del Teléfono Digital. VI

12 CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO 1.1 Evolución de las comunicaciones digitales Se puede partir desde el año de 1947, cuando la Bell Telefhone Laboratories reporto al mundo la invención de la codificación PCM (modulación por pulsos codificados) que es un sistema que provee una interfaz directa entre el mundo analógico y digital, esto gracias a las grandiosas aportaciones de C. Shannon y H. Nyquits, entre otros, los cuales aclararon los conceptos de información, transmisión, ruido, capacidad, etc., dando todas las bases teóricas para el desarrollo de las comunicaciones digitales. Pero no fue hasta 15 años después que se comenzaron a implementar, la razón mas fuerte de este atraso fue la falta de tecnología para poder ponerla en marcha, es decir, aunque toda la teoría estaba clara, en ese momento no se tenían las herramientas suficientes para poder dar ese gran salto. Aun con los grandes avances en la teoría de la comunicación digital, a mediados del siglo XX aun reinaban las redes telefónicas completamente analógicas. Esto dio un giro enorme gracias al desarrollo de la computación, por lo tanto, la transmisión de datos se volvió rápidamente en una necesidad cotidiana, el único inconveniente era que la red seguía siendo analógica, por consiguiente el ancho de banda estaba limitado y esto impactaba directamente en las velocidades de transmisión haciéndolas muy bajas, entonces, los ingenieros volcaron sus investigaciones en responder a la pregunta: Como ampliar el ancho de banda de los tradicionales pares de cobre?. Las primeras respuestas se dieron con los módems V.21 y V.32, los cuales modulaban señales digitales a velocidades de 300 bits/seg y 4,800 bits/seg respectivamente, utilizando técnicas de ecualización adaptiva, separación de canal por división de frecuencias o cancelación de eco y aleatorización, esto sentó las bases para el surgimiento de la tecnología DSL. En la actualidad se esta dando un fenómeno muy interesante; las redes de datos están emigrando a soportar servicios de voz, así como las redes de voz están virando a soportar transmisión de datos, esto lo podemos visualizar fácilmente con el surgimiento de la telefonía IP y el servicio de internet de banda ancha por medio de ADSL, así pues se vislumbra un futuro de servicios integrados, en los cuales se podrá ver televisión, estar conectado a internet y hablar por teléfono, todo sobre un solo medio de transmisión. 1

13 1.2 Redes Telefónicas Las redes digitales funcionan de la siguiente manera: se conectan n teléfonos a una central de conmutación, por medio de n cables, la figura 1.1 muestra este hecho, en donde llamaremos a esta red, una red de acceso local. Toda la infrestuctura que hay desde la central de conmutación al teléfono o abonado se le llama: última milla, la cual en algunos casos es completamente analógica en diferencia con la central de conmutación que es enteramente digital. Figura 1.1. Red de acceso local Para intercomunicar varias redes de acceso local se utilizan conexiones entre centrales llamadas troncales, las cuales generan un nuevo tipo de red; red urbana o regional, la cual cubre colonias, barrios y delegaciones. Cuando se quiere abarcar llamadas de larga distancia las redes urbanas se conectan a una central de conmutación de larga distancia como se muestra en la figura 1.2: Hacia jerarquías más altas Figura 1.2. Jerarquías de redes 2

14 Así pues se ha creado una red jerárquica, cuyo propósito es concentrar el tráfico desde los niveles bajos hasta los más altos. La ventaja es casi obvia pues de no existir esta red jerárquica, un teléfono tendría que estar conectado a todos los teléfonos de toda la nación, esto por consiguiente seria un caos total, pues el país estaría completamente cubierto por cable Redes digitales Como ya se indico la tendencia mundial es evolucionar de una red analógica a una digital, así nace la red digital de servicios integrados (ISDN), que convierte la ultima milla ; de línea analógica del suscriptor (ASL) en una línea de suscriptor digital (DSL), así los datos digitales son entregados directamente al usuario final. Existen dos categorías de de ISDN: ISDN de banda angosta (N-ISDN), y ISDN de banda ancha (B-ISDN). La N-ISDN trabaja con el llamado acceso básico el cual es de 144 Kbps, que es resultado de la suma de dos canales de 64 Kbps (canales b) y uno de 16 Kbps (canal d), por lo cual se denota como acceso: 2B+D. Otras de las ventajas que ofrecen las redes digitales son: Facilidad para diversos servicios Facilidad para la multiplexación Facilidad de señalización La facilidad para diversos servicios es su ventaja potencial más trascendente; la evolución a una red digital de servicios integrados. Como se dijo anteriormente, la información digital toma un papel cada vez más importante en el quehacer cotidiano, ya sea desde el campo económico, científico, personal y familiar; cualquier señal de datos que se quiera transmitir encuentra cierto número de dificultades, que la ISDN puede solucionar. La múltiplexación es el proceso por el cual varias señales pueden compartir un mismo medio de transmisión, de esta manera, se puede aprovechar al máximo el ancho de banda del medio de transmisión, así, puede decirse que sin estas técnicas el acelerado desarrollo de la comunicaciones no hubiera sido posible, ya que la facilidad con que las señales digitales se multiplexan es mucho mayor comparado con las analógicas, impactando directamente en aspectos como; complejidad, costos y aplicación practica. La señalización es de vital importancia para el correcto funcionamiento de las redes. Como se menciono anteriormente la multiplexación de las señales digitales es prácticamente eficiente y fácil, por lo que la información de control solo se tiene que insertar en el mensaje y extraerlo del mismo con ayuda del multiplexaje, esto es una gran ventaja comparado con los sistemas analógicos en donde existen diversas complicaciones para identificar los mensajes de control. 3

15 1.2.2 PCM y sus jerarquías La modulación de pulsos codificados es en esencia una conversión analógica en digital, en el que la información contenida en las muestras instantáneas de una señal analógica están representadas por palabras digitales en un flujo de bits en serie. La señal PCM se genera por medio de tres operaciones básicas: muestreo, cuantización y codificación. El muestreo es la conversión de una señal en tiempo continuo a una señal en tiempo discreto obtenida tomando muestras de la señal en tiempo continuo en instantes de tiempo discreto. Supongamos que x(t) es una señal analógica en todo el intervalo de tiempo, ahora tomamos muestras de esta señal cada intervalo de tiempo T como se muestra en la figura 1.3: Figura 1.3. Muestreo periódico de una señal analógica Entonces se obtiene x(n) que es una señal discreta en tiempo y continua en amplitud. El teorema de muestreo señala que si se muestrea una señal a una velocidad Fs 2Fmax 1, se puede recuperara totalmente a partir de sus muestras, en donde Fmax es la frecuencia mas alta contenida en la señal analógica a muestrear. El contenido espectral de las señales de voz para aplicaciones de telefonía se limita a una Fmax= 3.4 Khz, tomando en cuenta el teorema de muestreo, para recuperarla totalmente, la señales de voz se muestrean a frecuencia de Fs = 8 Khz. La cuantificación es la conversión de una señal discreta en tiempo y continua en amplitud, en una señal discreta en tiempo y amplitud, es decir, simplemente ahora se expresara la señal por medio de un numero finito (en vez de infinito) de valores en amplitud. 1 Tomando en cuenta que Fs=1/T, entonces el tiempo que debe haber entre muestras debe ser T 1/2Fmax. 4

16 La cuantificación consiste en dividir el rango de amplitudes de la señal original en intervalos uniformes; si una muestra cuya amplitud cae dentro de un intervalo específico se le asigna un nuevo valor de amplitud de salida, la figura 1.4 muestra este hecho: Figura 1.4. Proceso de cuantificación Obviamente esta operación introduce un error de cuantización, esto es lógico por que realmente no se toma el valor original de la señal, consiguientemente esto se traduce a ruido cuando se requiere reconstruir la señal. Para lograr niveles razonables de ruido en señales de voz la ITU-T recomienda por lo menos 4096 intervalos de cuantización. La operación de codificación consiste en asignar a cada nivel de cuantización un número finito de bits, el número de bits permitidos depende del número de intervalos de cuantización, por ejemplo, si se tuvieran 4096 intervalos de cuantización se necesitarían 13 bits para representarla, dando como resultado una velocidad de 104 Kbps, lo cual ha resultado en una codificación deficiente por el gran ancho de banda que se requiere. Por ello la ITU-T ha recomendado dos leyes que resuelven este problema; la ley µ y la ley A que reducen la codificación de 13 a 8 bits. Como se menciono anteriormente la frecuencia de muestreo de una señal de voz es de 8 Khz, esto quiere decir que se requieren tomar muestras cada 125 µs, una vez tomadas las muestras se cuantifica y codifica, obteniendo una señal que necesita de 13 bits para su representación, después se le aplica la ley A 2, por lo que el resultado es una señal que requiere solo de 8 bits. Tomando en cuenta los datos anteriores; se mandaran 8000 muestras de 8 bits cada segundo, por lo tanto la velocidad de transmisión es de 64Kbps para un canal de voz (canal básico). 2 En México y Europa se utiliza la ley A para la compresión de la voz, por este hecho se elige la misma, aunque podría también aplicarse la ley µ. 5

17 En base a esta velocidad, nacen las jerarquías PCM, en donde se multiplexan varios canales de voz para ser transmitidos en un mismo medio de transmisión. La figura 1.5 muestra las jerarquías actuales en el mundo: 672 canales Mbps 4032canales Mbps Japón 24 canales Mbps 96 canales Mbps EU 1 canal 64 Kbps 480 canales Mbps 1440 canales Mbps 5760 canales Mbps Europa 30 canales Mbps 120 canales Mbps 480 canales Mbps 1920 canales Mbps 7680 canales Mbps x30 x4 x4 x4 x4 Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 Figura 1.5. Jerarquías PCM en el mundo En esta tesis se habla solo de la jerarquía Europea, ya que es con la que se opera en México. Por consiguiente llamaremos al canal básico de 64 Kpbs; E0. El nivel 1 de la jerarquía Europea es la E1, la cual consta de tramas de 125 µs divididas en 32 ranuras de µs. Se dedican 32 ranuras para la trasmisión de voz, la figura 1.6 muestra la arquitectura de un E1. Cuatro sistemas de nivel 1 se combinan (multiplexan) para formar una salida conteniendo 120 canales, a esto se le llama el multiplexaje de segundo orden E2 (nivel 2). De manera similar, cuatro sistemas de 120 canales pueden multiplexarse para obtener una salida de 480 canales, E3; asimismo cuatro sistemas de 480 canales se multiplexan para obtener una salida con 1920 canales, E4. Cuatro sistemas de 1920 canales son a su vez multiplexados para obtener 7680 canales, un E5 a la salida. La velocidad de un E1 se obtiene de la siguiente manera: Velocidad de portadora E1 = N * n * Fs = (32)*(8)*(8000) = Mbps. Donde: N = número de ranuras de tiempo. n = número de bits por ranura. Fs = frecuencia de muestreo. 6

18 Figura 1.6. Estructura de un E1 1.3 Sistemas de conmutación digital Un sistema de conmutación es un conjunto de elementos que sirven para realizar una conexión entre una fuente y un destino, ya sea para transportar voz o datos. Por lo tanto todo el sistema debe ser capaz de controlar y entender varios tipos de interfaces. Generalmente la arquitectura de un sistema de conmutación es como se muestra en la figura 1.7: Recursos comunes datos y temporización datos y temporización Terminal digital Terminal analógica Red central de conmutación control Control control Figura 1.7. Sistema de conmutación típico Hay tres componentes importantes en un sistema de conmutación: las terminales tanto analógicas como digitales, el control y la red central de conmutación. El control de todo el sistema, lo proporciona un programa de control almacenado, que tiene acceso a varios elementos del sistema. Es el que toma las decisiones que determinan las acciones a realizar dentro del sistema. 7

19 La red central de conmutación tiene etapas de multiplexación en tiempo, que permiten que la información presente en una entrada multiplexada pueda ser transferida a cualquier salida multiplexada. Los recursos comunes con los que cuenta el sistema de conmutación digital son varios. Estos incluyen sintetizadores digitales de tonos, circuitos de conferencia, receptores de tonos, circuitos de sincronización, circuitos asignadores de ranuras de tiempo y otros dispositivos de procesamientos de señales. En el caso de la presente tesis, el objetivo es realizar el diseño e implementación de una terminal digital, por lo tanto debe quedar claro que tipo de interfaces se van a enfrentar y de este problema trata en el siguiente punto Terminal digital Una Terminal Digital es un dispositivo que provee una interfaz entre servicios de transmisión digital y un conmutador digital. Su función es la de enviar y recibir de manera transparente información de acuerdo a una velocidad y a un formato ya establecido. La conformación típica de una terminal digital se muestra en la figura 1.8. Existen diferentes estándares para diseño de una terminal digital en los cuáles algunos elementos difieren, pero otros son invariantes, ellos son los que se muestran en esta figura 1.8. Esta estructura se puede analizar más fácilmente dividiéndola en la sección de transmisión y de recepción. La parte superior de la figura 1.8 corresponde a la recepción, que comienza con la recepción de las tramas. Estas tramas son utilizadas para obtener primero la sincronía y saber los instantes en que muestrear la señal. Esta señal muestreada viene expresada con un código de línea 2B1Q para lograr un mejor desempeño respecto a la transmisión, por esto, es necesario convertir de nuevo esta información a formato unipolar y monitorear violaciones de código para elaboración de reportes y generación de alarmas; la información unipolar y la información de sincronización ingresan a un módulo que es capaz de detectar la sincronía de trama (en base a una palabra de sincronización o una señal de inicio de trama independiente) para obtener la información de usuario; además, una vez que se alcance la sincronización de trama hay que monitorear que ésta no se pierda y en caso de que esto ocurra, generar una alarma e iniciar de nuevo la búsqueda de sincronización. Para poder pasar la información de usuario ya sea a la red o al conmutador, hay que eliminar el jitter o defasamiento de relojes entre el obtenido de la propia información y el que proporciona la red o el conmutador. Para este propósito está el Almacenamiento elástico, en el cuál se escribe con la información de temporización recuperada y desde el cuál se lee con un reloj proporcionado por la red o el conmutador. Esta diferencia de velocidad entre escritura y lectura puede provocar desbordes del búfer de almacenamiento elástico, por eso es necesario incluir un detector de desbordes que este monitoreando el desempeño del bloque de almacenamiento elástico para elaborar reportes o generar alarmas. Finalmente, una parte de la información de usuario es para señalización, por lo cuál hay que enviarla al módulo apropiado para su procesamiento. 8

20 La parte inferior restante del esquema, corresponde al sentido de transmisión. En primer lugar, se deben conjuntar los bits de información y los bits de señalización en un sólo flujo. Esta información puede contener una densidad de unos que nos perjudique en la aplicación del código de línea, por esto, es necesario introducir esta información a un módulo que aplique un código de sustitución de ceros. Una vez prevenida la densidad de unos, se puede ingresar la información para generar las tramas; es decir, tener la información de los usuarios junto con un formato predefinido e incluyendo una palabra de sincronización. Una vez listas las tramas se pasan al módulo de transmisión que realiza la conversión de información en formato unipolar a información en formato 2B1Q, que es propiamente aplicar un código de línea. Trama recibida 2B1Q - Unipolar Violaciones del código bipolar Almacenamiento elástico Conmutador Recuperación de sincronía Recuperación de tramas Escribir dirección Leer dirección Señalización Pérdida de trama Detección de desbordes Reloj del conmutador Desborde Señalización Trama transmitida Unipolar - 2B1Q Inserción de tramas Aleatorización Ajuste de bits Conmutador Figura 1.8. Terminal Digital típica. Una vez analizada la operación general de una Terminal Digital, se pueden examinar sus requerimientos básicos, los cuáles son: Código de Línea. Se refiere a la forma de mapear los bits de información hacia otras amplitudes de pulsos, previo a la línea de transmisión. Existen diferentes códigos de línea (AMI, Manchester, 2B1Q, etcétera) cada uno con sus ventajas y desventajas. 9

21 Formato de Trama. Se refiere al arreglo lógico de los bits dentro del flujo, para distinguir que bits corresponden a la información de cada fuente. Como ejemplo de un formato de trama, tenemos el de la Trama E1, el cuál multiplexa 30 canales E0 dentro de 32 ranuras de tiempo, usando las 2 ranuras restantes para Sincronización y Señalización. Señalización. La información de Señalización es aquella que se utiliza para realizar el inicio, el monitoreo y la terminación de una conexión. Un ejemplo sencillo, es la información del estado de colgado/descolgado en una sistema de telefonía. La descripción de la señalización y el formato de trama para esta terminal se detallan más adelante. Densidad de Unos. Este requerimiento surge porque la información de usuario puede contener una cantidad muy pequeña de bits uno, o en otras palabras, largas cadenas de ceros, por lo que después de la aplicación del código de línea a la información no se obtienen suficientes cambios de niveles del código 2B1Q y debido a esto, tampoco hay los suficientes cambios de polaridad en la señal transmitida sobre la línea de transmisión. Estos cambios de polaridad en la señal recibida son los que sirven para recuperar la sincronía de la señal recibida en la línea, por lo que sino existen en cantidad y periodicidad suficiente, habrá pérdidas de información. Por esta razón, previo a la transmisión se aplica una técnica de aleatorización para resolver este problema. Sincronización. Hay que cumplir con las dos siguientes condiciones para decir que hay sincronía entre un flujo de bits que entra a un conmutador digital: 1. La fuente de información usa un reloj para transmisión que es derivado del reloj obtenido de la recuperación de temporización. En otras palabras, hay que obtener la señal de recuperación de sincronía de la señal recibida y usarla para generar el reloj que se usa para transmitir. 2. Por otro lado, todos los conmutadores interconectados tienen su relojes internos sincronizados o derivan un reloj de un oscilador primario de alta precisión. Los circuitos de transmisión utilizados poseen elementos que tienen máquinas de estado finito para realizar la operación de sincronización entre ellos mediante un esquema Maestro-Esclavo. Alarmas y Mantenimiento. Este requerimiento sirve para vigilar la operación del sistema de acuerdo a las posibles fallas que se pueden presentar (pérdida de señal, violaciones al código, pérdida de sincronía o pérdidas de tramas) y tomar las medidas necesarias para regresar el sistema a su operación normal. El código 2B1Q toma su nombre de su forma de operación: 2 binario-1 cuaternario. Esto significa que cada 2 bits de información se representan mediante un valor cuaternario. Estos 2 bits se denominan signo y magnitud. La tabla 1 muestra la regla de codificación. 10

22 Bit de signo Bit de Magnitud Sìmbolo de salida cuaternario Tabla 1.1 Regla de codificación 2B1Q. 1.4 Tecnología xdsl. Actualmente existen en todo el mundo más de 900 millones de líneas telefónicas de las cuáles más del 90% usan el par trenzado como interfaz hacia la central. Como se sabe, la infraestructura de la red primaria telefónica no fue diseñada para soportar servicios de datos o video, sino únicamente para prestar el servicio de voz; sin embargo, la demanda de estos servicios se ha vuelto muy grande por lo que las tecnologías de integración de servicios se han ido desarrollando para lograr obtener todos los distintos tipos de servicios sobre la línea telefónica. Como se menciono en la sección 1.2.1, la red I-DSN convierte la última milla de analógica a digital, y B-ISDN da respuesta a los requerimientos de servicios que necesitan velocidades muy altas; nace entonces un estudio enorme sobres las tecnologías DSL. La tecnología DSL es en realidad un grupo de tecnologías que amplían el ancho de banda de las tradicionales líneas telefónicas o abonados. Por lo tanto se usara la palabra xdsl 3, que es un acrónimo que se utiliza para definir un grupo de tecnologías de comunicación que permiten transportar información a mayores velocidades utilizando las líneas telefónicas convencionales. Esto se logra usando un ancho de banda mayor que el de la voz como se observa la figura 1.9, donde se muestran algunas de las tecnologías más importantes: Ancho de banda de la voz convencional Figura 1.9. Ancho de banda de las tecnologías xdsl 3 La "x" en xdsl define diversas categorías de tecnologías de línea de abonado digital DSL como por ejemplo, HDSL (Hight Data Rate Digital Subscriber Line), SDLS (Symmetric Digital Subscriber Line), ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), VDSL (Very Hight Rate Digital Subcriber Line) etc. 11

23 Para poder usar un mayor ancho de banda, las tecnologías xdsl se basan generalmente en dos tópicos fundamentales; las técnicas de modulación y los ecualizadores adaptivos o filtros inteligentes, los cuales impactaran directamente en las características y límites de las tecnologías xdsl. Algunas de estas características son: la velocidad, la distancia y calibre de cable. Por lo tanto las tecnologías xdsl pretenden proporcionar velocidades de datos de múltiples megabits, manteniendo intacto los servicios de voz y todo en una sola línea utilizando la infrestructura actual de telefonía. Para que los datos tomen una velocidad mayor a la de la voz convencional, los datos pasan por una serie de etapas de acondicionamiento para poder ser enviada al medio. Las etapas más importantes para este acondicionamiento son las siguientes: Aleatorización, Cancelación de eco digital, Ecualización adaptiva, Modulación y Filtros. Todas las etapas de acondicionamiento vienen descritas en las estandarizaciones, por ejemplo el estándar G para HDSL recomienda modulación CAP ó 2B1Q, para longitud de cable de calibre 26 y 24 etc. Existe una gran gama de tecnologías xdsl, como se muestra en la figura 1.10: Figura Familia xdsl En la presente tesis se centrara la atención en la familia HDSL, ya que esta tecnología sirve para implementar el proyecto. Aun así se muestra en la tabla 1.2 un resumen de las características de las tecnologías xdsl: 12

24 Tecnología Números de pares de cobre ADSL 1 RADSL 1 HDSL 2 o 3 Velocidades alcanzables 1.5 a 8 Mbps en canal de subida y 64 a 640 Kbps en canal de bajada 640 Kbps a 2.2 Mbps Canal de bajada y de 272 Kbps a Mbps canal de subida. 1.5 Mbps (full duplex),y 2 Mbps (full duplex) Asimétrica o Simetría Estándar Asimétrica G.992 Asimétrica Simétrico ANSI TR59 G HDSL Mbps (full duplex) Simétrico ANSI T SDSL 1 1,5 Mbps (full duplex) Simétrico ETSI MDSL Kbps a Mbps Simétrico ETSI SHDSL 1 o Kbps a 4.6 Mbps Simétrico G a 52 Mbps 1.5 a 2.3 VDSL 1 Mbps subida Asimetrico G.VDSL Tabla 1.2. Características de las tecnologías xdsl HDSL La tecnología HDSL es simétrica y bidireccional, por lo tanto la velocidad desde la central al usuario y viceversa será la misma. La recomendación de la ITU-T; G recomienda a HDSL en dos velocidades; Mbps (full duplex) utilizando dos pares de cobre y Mbps sobre tres pares. También proporciona dos opciones diferentes para la linea de código; la modulación por amplitud de pulso 2B1Q y modulación Carrieress Amplitude/Phase (CAP). HDSL, plantea una solución al problema de la atenuación: la compensación continua de la señal, a través de considerar las condiciones existentes en el cable por donde se transmite la información. Así la técnica crea un modelo matemático del cable de cobre que permite al sistema de transmisión compensar las distorsiones originadas en el medio, la técnica hace que los Mbps lleguen al cliente a través del dispositivo HDSL, y de ahí que la trama se divida en dos, una por cada par de cobre. Con el uso de la ecualización adaptativa se tienen resueltos dos aspectos: reducir el ancho de banda en el cobre por una parte, y compensar las señales por defectos en la transmisión. HDSL, necesita de 2 modems para su correcto funcionamiento, uno en la central telefónica llamado HTU-C, y uno en el usuario final, es decir, en el extremo del lazo se encontrara la unidad terminal remota (HTU-R) como se muestra en la figura 1.11: Figura Red HDSL 13

25 1.4.2 MDSL (Multirate Symmetric DSL) y SDSL(Symmetric Digital Subscriber Line) La solución HDSL tiene un gran inconveniente: utiliza 2 pares de cobres para poder transmitir una tributaria E1, por lo que para usuarios comunes que solo tenían un par de cobre estándar les era difícil en costo obtener esta tecnología. Así nacen los hijos pródigos de HDSL, los cuales dan soluciones muy flexibles, con velocidades de hasta Mbps en el caso de MDSL y 1,5 Mbps con SDSL y todo esto en un solo par de cobre. MDSL, tiene la opción de poder cubrir todo el rango de velocidades desde 128 Kbps hasta Mbps, es decir, es de tasas variables, mientras que SDSL es de tasas fijas, por ejemplo de 784Kbps salta hasta kbps. Como estas tecnologías están basadas en HDSL comparten muchas características, como se puede observar en la tabla 3: Nombre de la tecnología MDSL SDSL Velocidad Variable de 128 Kbps a Mbps. Modulación 2B1Q Fija de Hasta 1.5 Mbps 2B1Q Características Básicas -Utilizan ecualización adaptiva. Utilizan Canceladores de eco. Cuenta con un modulo de aleatorización. Se pueden encontrar las dos tecnologías en un solo chip o en chips separados. Cuentan con detección y corrección de errores(fec) Tabla 1.3. Características MSDL/SDSL. Distancia 3.04 Km sobre cable 24 AWG 3.04 Km sobre cable 24 AWG Características especiales. -Tiene filtros inteligentes para adaptar la velocidad. -Se basa en SDSL -Es de velocidad fija y se escala en saltos. -Es basada en HDSL -Puede convivir con MDSL SHDSL (Symetric High speed Digital Subscriber Line) Es una tecnología totalmente nueva que pretende converger tres grandes tecnologías: HDSL, MDSL y SDSL, por lo que se estima que en el 2005 todas las ventas de estas tres tecnologías serán sustituidas totalmente por SHDSL. La ITU-T ha definido el estándar G.SHDSL (G.991.2), aunque ya ha sido estandarizado también por la ETSI y ANSI. Esta nueva tecnología reúne lo mejor de las tres tecnologías, y esto impacta directamente en velocidades y distancias más altas, así como una mejor eficiencia. Esta 14

26 tecnología se ha hecho para convivir con ATM (Modo de transferencia Asíncrona), la cual es una red que esta orientada a la transmisión de datos a velocidades muy altas. Las velocidades que soporta van desde 192 Kbps a 2.3 Mbps con un par de cobre, o desde 384 Kbps a 4.6 Mbps con dos pares. El código de línea utilizado es el TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation) el cual proporciona 16 niveles de codificación contra los 4 niveles que provee 2B1Q. 15

27 CAPÍTULO 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1. Introducción En este capítulo se presenta con detalle el reto que implica el desarrollo de la Terminal Digital de Alta Velocidad mostrando y ubicando primero el esquema de interacción de sus dos componentes: Teléfono Digital Terminal Digital. Posteriormente se puntualizan los requerimientos dados por parte del CINVESTAV y finalmente se exponen los problemas de control y de sincronía que existen en este sistema de comunicación Esquema Teléfono Digital Terminal Digital Una vez que ya se han comentando los principios generales de funcionamiento de las redes telefónicas, se puede hablar de un esquema de Teléfono Digital Terminal Digital que conforman el objetivo de este trabajo. La figura 2.1 muestra un diagrama de bloques del conmutador que se ha desarrollado en el CINVESTAV. Los dos bloques que se encuentran dentro del rectángulo de línea discontinua son precisamente el Teléfono Digital y la Terminal Digital. Actualmente se cuenta con Terminales Analógicas y una Terminal Digital que opera a una velocidad de 144 kbps, por lo que el objetivo siguiente es poder ampliar el ancho de banda e incorporar servicios como el de video. Figura 2.1. Esquema del conmutador que se tiene en el CINVESTAV. 16

28 Debido a esto es necesario implementar ambos bloques, ya que en el lado del usuario se necesita un prototipo que sea capaz de colectar datos de servicios distintos (tales como voz, datos, video y señalización), que sea capaz de organizarlos de manera adecuada y que desempeñe las funciones apropiadas para transmitir y recibir dichos datos de forma confiable sobre el enlace (en este caso par de cobre); en el otro extremo, el lado del conmutador necesita de un prototipo que de igual manera sea capaz de transmitir y recibir datos de forma confiable, que se capaz de comprender la organización de dichos datos y que los entregue hacia el conmutador de acuerdo con las necesidades propias del conmutador. Como se ve entonces, es necesario realizar ambos prototipos, los cuáles aparecen en la figura 2.2. Figura 2.2. Esquema Teléfono Digital Terminal Digital Requerimientos del CINVESTAV Es necesario establecer ciertos puntos y parámetros que delimitan el alcance de este proyecto y con los cuáles deben cumplir los prototipos. En el caso de la terminal digital, estos puntos son los siguientes: Transmisión full-dúplex sobre un solo par de cables hasta 1 Mbps. Soporte de ancho de banda para transmisión de voz, datos e incluso video. Un canal dedicado para la señalización. Un control interno para procesar la señalización e interfasar dicha información con el bloque de control del conmutador digital privado. Y para el caso del teléfono digital, se requieren las siguientes características: Transmisión full-dúplex sobre un solo par de cables hasta 1 Mbps. Pantalla de cristal líquido de 2x16 caracteres. Teclado matricial de 4 renglones y 3 columnas (4x3). Además de estos puntos, se requiere que el alcance de comunicación sea de 1 kilómetro mínimo. 17

29 2.4. Problemas de control Se requiere de dos programas de control para operar los prototipos. Aunque aún no sea ha planteado la solución propuesta hay que comentar que ambos prototipos van a estar controlados por un microcontrolador, por lo tanto cada uno de ellos debe ser programado de manera adecuada al lado del enlace. Analicemos primero el lado del abonado. En este lado se tiene el teléfono digital, que como se mencionó en el apartado anterior, cuenta con un display y un teclado; además cuenta con otros dispositivos propios de un teléfono digital: el codificador/decodificador de voz (codec), el generador de tonos (DTMF, Dial Tone Multi Frequency Generator) y el generador de la señal de RING. Además, se necesita contar con por lo menos otro dispositivo que integre las funciones de conversión de velocidad y transmisión/recepción, en caso de existir (estas funciones realmente son complejas y se discuten en el siguiente capítulo al plantear las soluciones). La figura 2.3 muestra un esquema de la integración de estos componentes, que han de ser controlados (unos, para lectura, otros para escritura y otros para ambas operaciones) por el microcontrolador, por lo que, como se ve, una vez definidos los componentes de la solución hay que desarrollar un programa de control para el teléfono digital de acuerdo a la lógica de operación de un teléfono y su interacción la terminal digital ubicada en el conmutador. TECLADO DISPLAY CODEC DTMF MICROCONTROLADOR RING TX/RX, CAMBIO DE VELOCIDAD Figura 2.3. Dispositivos con los que interactúa el microcontrolador en el Teléfono Digital. De forma análoga, es necesario realizar el programa de control en el lado de la central. En este lado se encuentra la terminal digital, así que el microcontrolador debe hacerse cargo del bloque de transmisión/recepción y de cambio de velocidad. TX/RX, CAMBIO DE VELOCIDAD MICROCONTROLADOR Figura 2.4. Dispositivos con los que interactúa el microcontrolador en la Terminal Digital. 18

30 Además, es necesario realizar una interfaz de entrega de datos (datos de voz y datos de señalización) hacia el conmutador mediante la programación del microcontrolador, por lo que también tiene su dificultad el programa de control en la terminal digital aunque es mucho menor el número de elementos a controlar. La figura 2.4 muestra el esquema de interacción de elementos con el microcontrolador en la terminal digital Problema de sincronía Uno de los problemas más importantes en los sistemas de comunicación es la sincronía. Es decir, que los relojes utilizados en el sistema sean derivados de un único reloj maestro. Este problema surge debido a que las velocidades de circuitos que operan tecnología DSL no son múltiplos de las señales de temporización propias para el proceso que siguen las señales de voz al ser digitalizadas. Este problema se tiene debido al cambio de velocidad que ocurre para la transmisión. A continuación se detalla este tema Cambio de velocidad Una velocidad típica en circuitos transreceptores DSL es 1168 Kbps, que está integrada por 18 canales de voz de 64 Kbps y un canal de señalización de 16 Kbps. Ahora bien, la información de los circuitos codec no es compatible con esta velocidad, por lo que no es sencillo derivar la señal de 1168 Khz de la señal de MHz ; por lo tanto, parte de la solución es resolver este problema. Esto implica el manejo de dos relojes distintos, los cuáles no es están en sincronía. Como se ve en la figura 2.5 los datos del codec entran a una velocidad y salen a otra por el par trenzado. Esto ocurre en el lado del teléfono donde se digitaliza la voz; sin embargo, al conmutador también se le debe entregar la información de voz mediante una ranura que provee, como la mostrada en la figura y con un reloj de MHz. Así que esta conversión se realiza en ambos lados. Datos del TX/RX D0 D1 D2 D3 Reloj de 1168 KHz CODEC TX/RX D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Ranura de habilitación del Codec Reloj de MHz Datos del Codec Figura 2.5. Planteamiento del cambio de velocidad. 19

31 CAPÍTULO 3 SOLUCIÓN PROPUESTA 3.1. Circuitos DSL En la sección 1.4 se mencionaron las características de la Tecnología xdsl y se señaló que, en particular, la tecnología MDSL es adecuada para lograr el objetivo planteado en este Trabajo Terminal; debido a esto, es necesario hacer una búsqueda de circuitos integrados que operen con tecnología MDSL y seleccionar de entre ellos los que más ventajas presentan en función al objetivo. En el mercado actual de semiconductores existen circuitos denominados Framer y circuitos denominados Data Pump o Transceiver (en adelante Data Pump) que operan con tecnología MDSL. La figura 3.1 muestra un circuito Framer como una caja negra junto con sus elementos de entrada y salida. Fuente de Información 1 Fuente de Información 2... Fuente de Información N FRAMER Flujo Serial de toda la Información Fuente de Información para el Control de las Fuentes de Información Figura 3.1. Funcionamiento general de un circuito Framer. De la figura se observa que un dispositivo de este tipo recibe datos desde múltiples fuentes, las cuáles pueden ser voz, datos, video y control o señalización para las mismas fuentes de datos en sí; por otro lado, cuenta únicamente con una salida para entregar toda la información que se ingresa. Desde este punto de vista se puede decir, de manera muy somera, que la función de un circuito Framer es, en el sentido de transmisión, generar una trama de salida que contenga todas las fuentes de información con un formato bien determinado; mientras que en el sentido de recepción, recibir una trama con un formato igual y entregar la información correspondiente a cada fuente de información. Para que un circuito pueda realizar estas funciones es necesario contemplar que cada tipo de fuente de información requiere un tipo de interfaz distinta. Por mencionar un ejemplo, una fuente de información de voz es de tipo síncrono, mientras que una fuente de información de datos es de tipo asíncrono (generalmente). De este modo, el Framer debe contener tanto elementos que soporten una interfaz bidireccional hacia estos tipos diferentes de fuentes de información, como elementos que los acomoden en un sólo flujo de información en la transmisión y los separen desde un sólo flujo de información en la recepción. Una vez que está lista toda la información en un sólo flujo, el siguiente paso es introducir este flujo de información a un circuito Data Pump que acondicione la señal de información para que sea enviada sobre el canal de comunicación, que en este caso es 20