MULTIPLEX PCM DE 4 CANALES CON CODIFICACION DE LINEA AMI/HDB3/CMI Módulo T20F-E/EV

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1 MULTIPLEX PCM DE 4 CANALES CON CODIFICACION DE LINEA AMI/HDB3/CMI Módulo T20F-E/EV TEORIA Y EJERCICIOS INDICE 1. ASPECTOS GENERALES del PCM 1.1 OBJETIVOS 1.2 NOCIONES TEORICAS Introducción Codificación y Multiplexación por División en el Tiempo (TDM) Codificación de línea Medio de transmisión Igualación Extracción de la señal de reloj 2. FORMACION de la TRAMA PCM 2.1 OBJETIVOS 2.2 DESCRIPCION Diagrama funcional Trama PCM 2.3 EJERCICIOS Ejercicio 1: Predisposiciones del sistema Ejercicio 2: Palabra de sincronización Ejercicio 3: Observación de los distintos canales.

2 1. ASPECTOS GENERALES DE LA MODULACIÓN PCM 1.1 OBJETIVOS Introducir las nociones generales sobre los aspectos de la codificación y la transmisión PCM: Codificación PCM y Multiplexación por División en el Tiempo (TDM) o (MDT) Estándares internacionales Codificación de línea Medio de transmisión Igualación Extracción de la señal de reloj 1.2 NOCIONES TEORICAS Introducción Los circuitos incorporados en los módulos T20E/T20F permiten realizar un sistema completo de transmisión y recepción PCM, que, tal como se muestra en la figura 1, incluye las etapas siguientes: Sección de transmisión o 4 codificadores PCM que generan una trama TDM/PCM con 4 canales de voz (pudiéndose utilizar uno de ellos para transmitir datos a 64 kbit/s) más 1 canal para la transmisión del sincronismo de trama. o 3 codificadores de línea distintos (AMI/HDB3/CMI). Línea artificial con generador de ruido Sección de recepción o 1 igualador o 1 circuito de extracción de la señal de reloj y de regeneración de los datos recibidos o 3 decodificadores de línea (AMI/HDB3/CMI) o 4 decodificadores PCM. Laboratorio de Comunicaciones Pág :2

3 Figura 1: Diagrama de bloques del sistema MDT Codificación y Multiplexación por División en el Tiempo (TDM) Tras el muestreo de una señal de ancho de banda limitado a W Hz. es posible transmitir las muestras y recuperar la señal original a partir de dichos impulsos o muestras. Para ello es indispensable cumplir el teorema de muestreo o teorema de Nyquist, el cual, establece que la separación entre muestras debe ser T 1 ; ( f W ) 2W 2. Tal como se muestra en la figura 2, se observa que utilizando los valores muestreados, en lugar de la señal s(t), aparecen espacios libres en el eje de tiempos, espacios que pueden llenarse con muestras procedentes de otras señales. Se realiza de esta manera la multiplexación MDT (Multiplexación por División en el Tiempo) de señales PAM. Figura 2: a) señales analógicas b) señales PAM c) Multiplexación por División en el Tiempo (MDT) Laboratorio de Comunicaciones Pág :3

4 En realidad los impulsos PAM no aparecen directamente como en la figura. 2, sino que la información de amplitud relativa a cada impulso se encuentra codificada en una palabra de un código binario y sucesivamente se localiza en el eje de tiempos bajo forma de un paquete de bits. Mediante la codificación PCM, tal como se ha estudiado en prácticas anteriores, la señal PAM correspondiente a cada muestra se convierte en una palabra código, quedando la señal múltiplex tal como se muestra en la figura 3. Figura 3: Múltiplex por división en le tiempo de la señal PCM. Para poder separar en recepción los distintos paquetes de bits de manera correcta, va a ser necesario intercalar una secuencia de sincronismo denominada sincronismo de trama. Por lo tanto, en los sucesivos intervalos T (que separa dos muestras consecutivas procedentes una misma señal) se localizarán los paquetes de bits procedentes de las muestras de las N señales, más la secuencia de sincronismo, tal como se muestra en la figura 4. Al conjunto constituido por los bits del canal de sincronismo y los bits PCM correspondientes a las N señales multiplexadas se le denomina Trama. La trama tiene una duración equivalente al intervalo de muestreo T y el tiempo Ts asignado a cada muestra de una señal será inversamente proporcional al número de los canales a transmitir. Ts comúnmente se denomina Time Slot (segmento o intervalo de canal). Supongamos que se utilice una codificación PCM de m bits. Considérese la transmisión MDT de N señales telefónicas PCM, donde la secuencia de sincronismo ocupa el espacio reservado a un número s de canales PCM. Se tienen las relaciones siguientes: 1 T = 2W Intervalo de muestreo, duración de la trama. T T = s N s Time Slot, tiempo dedicado a cada canal. Ts Tb = m Duración de cada bit, siendo m el número de bits por canal. Laboratorio de Comunicaciones Pág :4

5 m R PCM = T Régimen binario o velocidad de transmisión de cada canal. 1 RMDT = T Régimen binario o velocidad de transmisión de la señal MDT. b Figura 4: Composición de una trama en un sistema MDT Laboratorio de Comunicaciones Pág :5

6 2. FORMACION de la TRAMA PCM 2.1 OBJETIVOS Describir el diagrama funcional de los circuitos que generan la trama PCM/MDT Analizar los aspectos característicos relativos a la formación del flujo PCM/MDT: o Palabra de sincronismo. o Asignación del segmento o intervalo de canal (Time Slot). o Inserción de una señal de voz o datos en los segmentos. 2.2 DESCRIPCION Diagrama de bloques del múltiplex PCM En este apartado se va a hacer referencia al diagrama de bloques del sistema múltiplex PCM que se muestra en la figura 20, correspondiente al módulo T20F, el cual genera la trama PCM/MDT. Figura 20: Diagrama de bloques del múltiplex PCM. Laboratorio de Comunicaciones Pág :6

7 El elemento principal de la sección es el CODEC (codificador decodificador ) que realiza todas las fases de conversión de las señales de voz en PCM y viceversa, en particular las funciones que realiza son: Transmisión. o Limita en banda a la señal de entrada ( Hz) para evitar el efecto del solapamiento de espectros (aliasing). o Cuantifica y codifica en binario la señal de voz, utilizando las leyes de compresión A o µ. o Inserta la palabra código, correspondiente a la muestra de cada canal, en el segmento reservado a la línea de usuario. Recepción o Recoge la palabra código del segmento reservado al usuario. o Convierte la palabra código en el valor analógico correspondiente. o Filtra las muestras cuantificadas para reconstruir la señal de voz de recepción. Asignación del Segmento o Asigna a cada canal la posición dentro de la trama. El diagrama de bloques de los CODEC incorporados en el módulo T20F se muestra en la figura 21. Para poder seleccionar la ley de compresión (A o µ) es necesario seleccionar los puentes adecuados en la parte trasera del módulo. Figura 21: Diagrama de bloques de los CODEC. Laboratorio de Comunicaciones Pág :7

8 2.2.2 Trama PCM La trama PCM generada en el módulo T20F está constituida por 5 segmentos. Ver figura 4. El segmento 0 (TS0) contiene el sincronismo de trama, y es utilizado en recepción para identificar el principio de la trama. El sincronismo de trama está constituido por una secuencia fija de 8 bits ( ). Εl segmento 1 (TS1) contiene los 8 bits de una señal de voz procedentes de un CODEC o bien, como alternativa, los bits procedentes de una fuente de datos a 64 kb/s. Los Segmentos 2/3/4 (TS2/3/4) contienen las palabras de 8 bits de señales de voz procedentes de CODEC similares al utilizado en el segmento 1. La asignación del segmento de transmisión a cada uno de los canales se efectúa insertando, en el CODEC correspondiente, el puente TS-TX en la posición deseada. Por ejemplo: para asignar el segmento 3 al canal de voz del CODEC 4 se inserta el puente TS-TX del CODEC 4 en ha posición 3. De esta manera, los impulsos PCM generados por el CODEC 4 serán insertados en la posición 3 de la trama. Teniendo en cuenta que el muestreo de las señales de entrada se va a realizar a 8 khz se obtienen los siguientes valores: T=125 µsg (periodo de muestreo de cada canal y duración de la trama). T s =25 µsg (Time Slot o duración del segmento de cada uno de los cinco canales). T b = µs (Duración de un bit) Fc = 64 kb/s (velocidad de transmisión del canal PCM) Fb = 320 kb/s (velocidad de transmisión del flujo MDT/PCM). 2.3 EJERCICIOS Material precisado Módulos T20E/T20F. Fuente de alimentación de ±12 Vcc. Osciloscopio. Conexiones. Para realizar esta primera práctica se realizarán las conexiones que se muestran en la figura 22 y que se indican a continuación. Laboratorio de Comunicaciones Pág :8

9 Figura 22: Ajustes previos del ejercicio 1. Módulo T20E. PATTERN: en la posición 0/1. CLOCK: 64 kb/s. Módulo T20F. Conmutador SW1: en la posición DATA. Conexiones entre módulos. Cable plano de comunicación entre T20E y T20F. Señal de 0,5 khz del módulo T20E con entrada al CODEC 4 (punto 2) del módulo T20F. Señal de 1 khz del módulo T20E con entrada al CODEC 3 del módulo T20F. Señal de 1,5 khz del módulo T20E con entrada al CODEC 2 del módulo T20F. Señal de 2 khz del módulo T20E con entrada al CODEC 1 del módulo T20F. Laboratorio de Comunicaciones Pág :9

10 Señal de datos del generador de patrones (punto 5) del módulo T20E con la entrada de datos del módulo T20F (punto 12) Ejercicio 1: Palabra de sincronización. 1. Suministrar la alimentación de ±12 V. 2. Observar, en el osciloscopio, la forma de onda de los impulsos de asignación del segmento 0 de transmisión (punto 31 T20F ). 3. Medir el intervalo de tiempo entre dos impulsos consecutivos y relacionarlos con la duración de una trama. 4. Visualizar en el osciloscopio los impulsos de asignación de los segmentos 1, 2, 3 y 4 (TP32/33/34/35 respectivamente, módulo T20F) 5. Almacenando en la pantalla del osciloscopio todas las señales correspondientes a los segmentos, comprobar que, respecto a los impulsos en TS0 (Time Slot 0), los impulsos en TS1 están retardados 25 µs, en TS2 de 50 µs, en TS3 de 75 µs y en TS4 100 µs. TS0 TS1 TS2 TS3 TS4 Figura 23: Relojes de los intervalos de los canales múltiplex. 6. Borrar la pantalla del osciloscopio. 7. Comprobar que los puentes de selección de los Segmentos de transmisión (TS-TX) no se encuentren conectados y que el conmutador SW1 (T20F) se encuentre en la posición VOICE", de este modo, en la trama PCM, sólo aparece insertada la palabra de sincronismo, 8. Visualizar en el canal_1 del osciloscopio la señal de reloj de bit del transmisor (BCKt; punto 41 T20F) y en el canal 2 la señal de salida del múltiplex PCM (punto 10 T20F). y observar que cada intervalo de bit tiene una duración equivalente a un periodo de reloj. BCKt PCM/OUT Laboratorio de Comunicaciones Pág :10

11 Figura Visualizar en el osciloscopio las señales BCKt, TS0 y la señal de salida del múltiplex PCM. BCKt PCM/OUT TSt0 Figura Teniendo en cuenta que la palabra código (8 bits) de cada canal comienza en el flanco de bajada del TS correspondiente, indicar cual es la palabra código correspondiente al canal de sincronismo. Palabra código del canal de sincronismo Ejercicio 2: Observación de los distintos canales. 1. Mantener las conexiones realizadas en el ejercicio anterior que se muestran en la figura Visualizar la señal TSt1 (Time Slot de transmisión 1). 3. Situar el conmutador SW1 del módulo T20F en DATA de modo que se introduzca la secuencia de bits alternados 0/1 en el Segmento 1 de la trama PCM. 4. Dibujar las formas de onda observadas en el osciloscopio. BCKt PCM/OUT TSt1 Figura Comprobar que la secuencia 0/1 se inserta en el segmento 1 (por paquetes de 8 bits), inmediatamente después de los 8 bits de la palabra de sincronismo. 6. Asignar al CODEC 2 el Segmento 2 de transmisión (insertar el puente correspondiente). 7. Observar como otros 8 bits se introducen en la trama PCM. Laboratorio de Comunicaciones Pág :11

12 8. En la pantalla del osciloscopio, se observa que los bits correspondientes al segmento 2 no son estables. Indicar cual es el motivo de esa inestabilidad. 9. Asignar al CODEC 3 otro Segmento de transmisión y observar la señal PCM/MDT resultante. Indicar que es lo que sucede en la trama. 10. Asignar un Segmento de transmisión a cada CODEC, situar el conmutador SW1, del módulo T20F, en la posición VOICE y analizar la trama PCM. 11. Indicar porqué es inestable la señal que se observa en la pantalla del osciloscopio. Laboratorio de Comunicaciones Pág :12