Baixe Time Division Multiplexing (TDM) em Telecomunicações: Princípios e Vantagens e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Telecomunicações, somente na Docsity!
MODULAÇÃO POR CÓDIGOS DE PULSOS
A Multiplexagem por Divisão no Tempo - TDM ( iniciais da expressão inglesa T ime D ivision M ultiplexing ) é frequentemente utilizada sempre que se pretende aumentar o rendimento dum canal de transmissão, dele tirando maior proveito das suas capacidades, ou seja da largura de banda disponível. Consideremos um dispositivo digital ( Multiplexer TDM ) com três canais de entrada e um de saída, ao qual chegam bits ou pacotes de dados a um ritmo constante.
O primeiro Multiplexer funciona como um "comutador" que "varre" consecutivamente cada uma das entradas e aí permanece um curto intervalo de tempo ( time slot ) , colocando na saída o pacote de dados que aí acaba de chegar. O segundo Multiplexer funciona agora de modo inverso ( como Desmultiplexer ) , ou seja, vai lendo os pacotes de dados que chegam a intervalos de tempo regulares , e devidamente sincronizado com o primeiro, coloca-os nas saídas correspondentes. A grande vantagem da Multiplexagem por Divisão no Tempo TDM ( nome que se dá à técnica utilizada ) está em permitir que um canal de transmissão que poderia estar completamente ocupado por uma comunicação entre dois utilizadores duma rede de Telecomunicações, possa agora ser utilizado por vários outros intervenientes noutras comunicações que decorram ao mesmo tempo entre os dois locais.
Facilmente se verifica, tendo presente o modo como o sinal é digitalizada, bem patente na figura, que o sinal recuperado posteriormente à transmissão, virá a ser significativamente diferente do original. Se a amostragem tiver uma freqüência conveniente, o sinal recuperado é facilmente convertido em analógico, com forma semelhante à original, após filtragem das freqüências mais altas. ( representado a amarelo na figura da direita ) NOTA : A freqüência de amostragem utilizada neste exemplo ( 17000 amostras/segundo ) permitiria, de acordo com o teorema de Nyquist, codificar sinais em que interviessem freqüências até 8500 Hz ( 17000 = 2 x 8500 ).
Temos assim que, se a amostragem tiver uma frequência
manifestamente insuficiente, a existência num sinal de
freqüências altas ( por exemplo, com variações rápidas !) ,
não permite a conversão correta para digital, podendo
originar um sinal recuperado muito diferente do original -
Erro normalmente designado por " aliasing "
As principais vantagens da introdução de tecnologia digital
em centrais telefônicas, podem ser classificadas:
VANTAGENS TÉCNICAS:
- Melhor qualidade de transmissão;
- Maior dificuldade de interceptação de conversação e maior facilidade de codificação para ligações sigilosas;
- Maior capacidade de sinalização entre centrais através do aproveitamento adequado dos canais de sinalização dos sistemas PCM (64 Kbit/s);
- Menor tempo para o estabelecimento de chamadas, quer pelo menor tempo de acesso aos componentes da matriz de comutação, devido a compatibilidade entre as tecnologias da matriz e do controle, quer pela maios facilidade de determinação de rotas livres na matriz;
- Maior facilidade de projeto e implementação de matrizes de comutação de grande capacidade e bloqueio pequeno;
- Compatibilidade com futuros meios de comunicação digital.
VANTAGENS ECONÔMICAS
- Redução de custo;
- Redução de peso e espaço ocupado pela matriz de
comutação;
- Possibilidade de integração de serviços, permitindo a
transmissão e comutação mais eficiente de dados de
qualquer natureza;
- Simplificação de operação e dos procedimentos de
pesquisa e correção de falhas
Teorema da Amostragem Consiste em substituir o sinal analógico por uma sucessão de amostras de curta duração em intervalos regulares. Essa sucessão de amostras contém as informações necessárias para posterior recuperação do sinal original, sem perdas de informação. Os sinais de entrada aplicados a cada um dos canais correspondentes devem ser periodicamente amostrados para que possam ser codificados e em seguida multiplexados no tempo. A freqüência de amostragem deve ser maior ou igual a duas vezes a máxima freqüência do sinal a ser amostrado (usualmente denominada de freqüência de Nyquist). Onde Fa = Freqüência de amostragem Fs = Maior freqüência do sinal amostrado
A figura ilustra o processo de amostragem de um sinal
telefônico analógico.
Amostragem de um sinal de voz
Quantização
Como os sinais amostrados PAM são analógicos, a primeira
etapa para a conversão destes em sinais digitais é a
quantização, que consiste em aproximar as amplitudes das
amostras para valores pré-determinados (níveis de
quantização). Para que ele seja codificado, é necessário que
assuma valores discretos, sendo aproximado para um valor
pré-estabelecido mais próximo (valor de decisão). Na
quantização uniforme, como os intervalos de quantização
são uniformemente distribuídos, sinais de menores
amplitudes sofrerão maiores efeitos do erro de quantização,
ou seja, a relação sinal/ruído é menor para sinais de
pequena amplitude e maior para sinais de maiores
amplitudes. As estatísticas dos sinais de voz revelam que
sinais de pequena intensidade são predominantes, o que
inviabiliza a quantização desse sinal de maneira uniforme.
Compressão
Na figura anterior verificamos que a Relação Sinal Ruído
(RSR) é maior para valores maiores de amplitude. Deste
modo teremos uma RSR variável. Para se conseguir uma
RSR melhor ao longo de toda a dinâmica do sinal, e obter
uma maior inteligibilidade, é necessário que a quantização
seja não - linear, onde os níveis de quantização são
distribuídos de forma não - linear. Assim, teremos uma
menor aproximação para níveis mais baixos.
O processo de compressão consiste em comprimir os
níveis mais altos, sendo assim, a quantização não - linear
associada a um compressor permite que a relação sinal /
ruído seja constante para todos os níveis. A característica
básica que define o funcionamento de um compressor é a
Lei de Compressão.
Atualmente existem as seguintes Leis de Compressão:
Lei μ: Não é utilizada no Brasil. A curva característica da
Lei μ apresenta 15 segmentos e é utilizada para um
sistema PCM de 24 canais. Adotada nos EUA e Japão.
Lei A: Adotada para os sistemas de 32 canais onde a curva
é aproximada para 13 segmentos de reta. Utilizada na
Europa e Brasil. Para execução prática dos equipamentos
PCM, as curvas definidas pela Lei de Compressão são
aproximadas por segmentos de reta, onde cada segmento
(trecho) tem o mesmo número de níveis (igual a 16). A
figura abaixo mostra a curva característica da Lei A..
Codificação
A codificação é usada após a compressão para converter a
amplitude de cada pulso PAM em uma combinação de bits
zero e um. Os 128 intervalos positivos mais os 128 intervalos
negativos formam os 256 (28) intervalos do sistema de
transmissão PCM, sendo representados por palavras código
(código binário) de 8 dígitos, isto é, 8 bits.
O formato da palavra código utilizado para representar
cada valor codificado, é ilustrado na figura abaixo.
Formato da Palavra Código de 8 bits P: Indica a polaridade do pulso PAM, isto é, se ele se encontra na metade superior (p= 1) ou inferior da curva de compressão (p = 0); B: Indica o segmento dentro da metade definida por p, em que se encontra a amostra em questão (3 bits podem representar 8 segmentos). Para a característica de compressão utilizada, a curva é dividida em 13 trechos. Porém, como o trecho número 7 é subdividido em 4 segmentos, tem-se na realidade um total de 16 segmentos; A: Indica o nível dentro do segmento ou trecho do segmento (4 bits podem representar 16 níveis).
