·
Análise e Desenvolvimento de Sistemas ·
Arquitetura de Rede
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equitel Telecomunicagões Qualidade em Treinamento Introdução Este texto é uma introdução às técnicas de modulação por codificação de pulsos (PCM), multiplexação por divisão de tempo (TDM). As explicações se restringem aos princípios básicos e conceitos e, para possibilitar uma rápida e sucinta visão geral, não se entra em detalhes técnicos. Os valores mencionados correspondem aos recomendados pelo CCITT. A comunicação por telefone começou com vias de conversaçāo individuais, o que quer dizer, para cada ligação telefônica era necessário comutar um par de fios. Devido ao grande número de linhas dispostas fisicamente lado a lado, esta estrutura foi denominada de multiplexação por divisão de espaço (SDM = space-division multiplex). Como a implantação da rede de linhas físicas absorve a maior parcela do investimento, pensou-se na utilização múltipla destas linhas, pelo menos na rede de longa distância. Este escopo levou à técnica de multiplexação por divisão de frequências (FDM = frequency-division multiplex), onde uma faixa larga de frequência é dividida em faixas parciais estreitas. A figura 1 mostra uma faixa de frequência de 48 kHz dividida em 12 faixas parciais. Os sinais telefônicos são convertidos em faixas parciais através da modulação com diferentes ondas senoidais (portadoras) e assim transmitidos. Como os portadores são modulados pelo sinal telefônico, este método também é denominado de método de modulação portadora. Após uma demodulação na recepção, estas sinais estão disponíveis novamente em sua forma original. A técnica de multiplexação por divisão de frequência é somente uma das possibilidades de transmitir simultaneamente vários sinais telefônicos através de um meio de transmissão comum. Uma outra possibilidade é a técnica de multiplexação por divisão de tempo (TDM = time-division multiplex). Aqui os sinais telefônicos não são transmitidos lado a lado na faixa de frequência como na multiplexação por divisão de frequência, mas sim, deslocados no tempo. A figura 2 mostra, como exemplo, um período com 32 time-slots. Esta subdivisão se repete a cada 125 us em períodos subsequentes. A um sinal telefônico é atribuído um time-slot em cada período subsequente. Figura 1 - Multiplexação por divisão de frequéncia Figura 2 - Multiplexação por divisão de tempo TR32-UD2250-P-1 TR Qualidade em Treinamento Na multiplexação por divisão de tempo, toma-se como base que, para transmitir oscilações elétricas, como p. ex. sinais telefônicos, não há a necessidade de enviar toda a forma da onda (teorema da amostragem, veja o item 1.1). É suficiente retirar em intervalos regulares uma amostra do sinal (figura 3) e transmitir só esta. Através da amostragem obtêm-se uma sequência de pulsos curtos cujas amplitudes correspondem aos valores instantâneos do sinal. Esta conversão é conhecida como modulação por amplitude de pulsos (PAM). A envoltória dos sinais PAM reproduz a forma original da onda (figura 4). Entre cada amostra de um mesmo sinal telefônico surgem pausas relativamente grandes. Estas pausas podem ser utilizadas para a transmissão de outros sinais PAM, isto é, as amostras de diferentes sinais telefônicos podem ser transmitidas em sequência cíclica. Os pulsos de diferentes sinais PAM formam, assim reunidos, um sinal PAM multiplexado por divisão de tempo (veja a figura 5). equitel Telecomunicagões Figura 3 - Amostragem periódica de um sinal telefônico analógico a Figura 4 - Modulação por amplitude de pulsos (PAM) de um sinal telefônico analógico a Figura 5 - Sinal multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras de três sinais telefônicos analógicos a, b e c, em sequência cíclica ordenada. 4 TR32-UD2250-P-1 equitel Telecomunicagões Qualidade em Treinamento SISTEMAS PCM - Conceitos Básicos - Visão Geral Índice Introdução ..................................................................................................................3 1 Princípios da técnica PCM.....................................................................................6 1.1 Teorema da amostragem ..................................................................................6 1.2 Conversão analógico → digital..........................................................................6 1.2.1 Amostragem ................................................................................................6 1.2.2 Quantização ............................................................................................... 10 1.2.3 Codificação.................................................................................................10 1.2.4 Multiplexação.............................................................................................11 1.3 Conversão digital → analógico.........................................................................12 1.3.1 Demultiplexação........................................................................................12 1.3.2 Decodificação ............................................................................................12 1.4 Sumário das funções .....................................................................................13 2 Transmissão digital ..............................................................................................14 2.1 Características gerais dos sistemas de transmissão PCM...............................14 2.2 Sistemas de transmissão PCM .......................................................................16 2.2.1 Sistema de transmissão PCM30...............................................................16 3 Introdução à Sinalização ......................................................................................23 3.1 Sinalização acústica .......................................................................................23 3.2 Sinalização de linha ........................................................................................23 3.2.1 Variantes da sinalização de linha ..............................................................25 3.3 Sinalização de registradores .........................................................................30 3.3.1 Sinalização multifrequencial .....................................................................31 Anexo 1 Compressão de Voz ..................................................................................33 Anexo 2 G.703 .........................................................................................................36 TR32-UD2250-P-1 equitel\nTelecomunicações\nQuando as amostras da forma de onda não são transmitidas com pulsos de diferentes\namplitudes, porém com palavras de códigos binários, então tem-se a modulação por\ncodificação de pulsos (PCM). As amostras em forma de pulsos são quantizadas e, ge-\nralmente, codificadas com 8 bits. A figura 6 mostra, para maior clareza, um sinal digital\ncom somente 4 bits no lugar de palavras de códigos de 8 bits.\nAs amostras codificadas de diferentes sinais PCM, reunidos ciclicamente, formam um\nsinal PCM multiplexado por divisão de tempo (veja a figura 7).\nOs sinais PCM multiplexados por divisão de tempo permitem a múltipla utilização de li-\nhas e equipamentos de comutação e transmissão. Além disso, devido à estrutura digital\nda mensagem, os sinais PCM são bem menos sensíveis a interferências que os sinais\nanalógicos.\nb\nFigura 6 - Sinal PCM, formado pelas amostras codificadas do sinal telefônico analógico a\n0011 0100 1000 1101 1011 1110\nFigura 7 - Sinal PCM multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras codifi-\ncadas dos sinais telefônicos analógicos a, b.\nO avanço tecnológico dos últimos anos na área de componentes semicondutores permite\nhoje a implementação econômica da modulação por codificação de pulsos também na\ncomutação telefônica, permitindo substituir as centrais "analógicas" de comutação por\nsistemas "digitais", totalmente eletrônicos.\nOs sistemas telefônicos digitais oferecem, comparados aos sistemas analógicos, as se-\nguinteS vantagens:\n- Tecnologia digital em todos os níveis do sistema (alta imunidade a ruídos).\n- Uso múltiplo de linhas e órgãos da central através da multiplexação por divisão de\ntempo.\n- Um canal próprio para cada um dos dois sentidos de conversação (correspondente à\ninterconexão a 4 fios na técnica analógica).\n- Espaço físico reduzido e menor consumo de energia.\n- Matriz de acoplamento com alta capacidade de tráfego e bloqueio interno desprezível.\n- Diversos serviços podem ser integrados em uma rede: telefonia, fax, transmissão de\ndados, videoconferência, entre outros.\n5 TR32-UD2250-P-1 TR\nQualidade em Treinamento\n1 Princípios da técnica PCM\n1.1 Teorema de amostragem\nO teorema da amostragem especifica a menor frequência de amostragem de um sinal\nanalógico, para que na reconstituição do sinal analógico original, a partir de amostras,\nnão haja perdas na informação.\nA frequência de amostragem (fA) deve ser maior que duas vezes a maior frequência con-\ntida no sinal analógico (fs):\nfA > 2 fs\n1.2 Conversão analógico ➔ digital\n1.2.1 Amostragem\nPara a faixa de frequência de 300 Hz a 3400 Hz, usada na telefonia, foi fixada, internaci-\nonalmente, uma frequência de amostragem (fA) de 8000 Hz. O intervalo entre duas\namostras sucessivas de um mesmo sinal telefônico (intervalo de amostragem = TA) resul-\nta de:\nTA = 1 = 1 = 125 us\nfA 8000 Hz\nA figura 8 mostra como o sinal telefônico chega a uma chave eletrônica através de um\nfiltro passa-baixas, que limita a faixa de frequências a ser transmitida. Ele suprime as fre-\nquências maiores que a metade da frequência de amostragem de 8000 Hz, retira do sinal\ntelefônico uma amostra a cada 125 us. Desta forma obtém-se um sinal modulado dos\npulsos em amplitude: o sinal PAM.\nFigura 8 - Formação de um sinal PAM\n6 TR32-UD2250-P-1 TR\nQualidade em Treinamento\n1.2.2 Quantização\nO sinal PAM ainda é uma forma analógica do sinal telefônico. As amostras são porém\ntransmitidas e processadas mais facilmente em forma digital, e o primeiro passo para a\nconversão da amostra em um sinal digital - no caso em um sinal PCM - é a quantização.\nPara isto, o espectro dos valores possíveis do sinal é subdividido em intervalos de quanti-\nzação, p. ex., para os sistemas de transmissão PCM30, em 256 intervalos (veja os itens\n2.2 e 2.2.1). A figura 9 ilustra, como demonstrativo do princípio de quantização, os 16 in-\ntervalos de mesma largura. Estes intervalos são numerados de +1 a +8 na faixa positiva e\nde -1 a -8 na faixa negativa do sinal telefônico. Cada amostra é alocada ao intervalo que\nela corresponde.\nOs intervalos de quantização são delimitados entre si por valores de decisão. A amostra\nque ultrapassar a um valor de decisão é enquadrada no intervalo imediatamente superior\ne aquela que ficar abaixo, no intervalo imediatamente inferior. Portanto, no lado da\ntransmissão, diferentes valores analógicos são reunidos em um intervalo de quantização.\nNo lado da recepção, para cada intervalo é recuperado um valor de sinal, que correspon-\nde ao valor médio de um intervalo de quantização. Dai resultam, no lado da transmissão,\npequenos desvios em relação à amostra original do sinal telefônico. O desvio erro de\nquantização corresponde, no máximo, a meio intervalo para cada amostra. O erro de\nquantização está predestinado pure transformar-se em ruído no lado da recepção, acor-\ndo ao sinal útil. O erro de quantização é tanto menor quanto maior for o número de inter-\nvalos de quantização. Uma adequada gradação destes intervalos relega o erro a um\nvalor desprezível e o ruído a um nível imperceptível.\nValores de\ndecisão\nSinal PAM\n8\n7\n6\n5\n4\n3\n2\n1\nf0 t1 t2 t3 t4 t5\nInstante de amostragem\nFigura 9 - Quantização linear das amostras de um sinal telefônico analógico\nTR32-UD2250-P-1 Para intervalos de quantização de mesma largura e distribuídos linearmente dentro de faixa de amplitude, ter-se-á erros de quantização relativamente grandes para sinais de pequeno valor (quantização linear, veja figura 9). Estes erros poderiam ser de mesma grandeza que o próprio sinal de entrada e a relação sinal/ruído não seria suficientemente grande (mesmo para 256 intervalos de quantização). Por este motivo usam-se na prática intervalos de quantização de larguras diferentes (quantização não-linear, figura 10): - pequenos intervalos de quantização para sinais de pequeno valor - maiores intervalos de quantização para sinais de maior valor. Desta forma, a relação entre o sinal de entrada e o erro de quantização é aproximadamente igual para todos os sinais. Os detalhes de quantização não-linear são fixados pela curva característica. O CCITT recomenda em G.711 duas curvas: a) a curva de 13 segmentos (lei A, para o sistema PCM30) b) a curva de 15 segmentos (lei µ, para o sistema PCM24). Figura 10 - Quantização não-linear e codificação correspondente A figura 11 mostra a curva de 13 segmentos. Ela é composta de 7 segmentos de reta na faixa positiva e 7 segmentos de reta na faixa negativa. O segmento acima e o segmento abaixo do ponto zero formam juntos um segmento de reta, totalizando assim 13 segmentos (daí a denominação de curva de 13 segmentos). A figura 12 mostra, de forma ampliada, a parte positiva da curva de 13 segmentos. A abscissa tem o comprimento 1, correspondente ao maior valor de amplitude de um sinal. Na ordenada estão representados os intervalos de quantização ( 1...128) para os valores positivos do sinal. A correspondência dos intervalos de quantização relativa aos valores dos sinais U_ent mostra claramente que os valores grandes dos sinais são quantizados com uma escala expandida e os valores menores, com uma escala mais comprimida (compressão e expansão). Os valores dos sinais U_ent estão representados em vermelho na parte inferior da figura 12. Figura 11 - Curva completa de 13 segmentos (lei A) Figura 12 - Parte positiva da curva de 13 segmentos (lei A) Codificação (vermelho); decodificação (azul) A codificação do sinal dentro da curva de 13 segmentos é identificada da seguinte forma: Pol - identifica a polaridade do sinal Pol Polaridade 0 Negativa 1 Positiva Segmento - Identifica o segmento da curva A B C Segmento Intervalo 0 0 0 1 1 - 16 0 0 1 2 17 - 32 0 1 0 3 33 - 48 0 1 1 4 49 - 64 1 0 0 5 65 - 80 1 0 1 6 81 - 96 1 1 0 7 97 - 112 1 1 1 8 113 - 128 Intervalo do segmento - Identifica a posição do sinal dentro do segmento X Y Z Posição 0 0 0 1ª 0 0 0 1 2ª 0 0 1 0 3ª 0 0 1 1 4ª 0 1 0 0 5ª 0 1 0 1 6ª 0 1 1 0 7ª 0 1 1 1 8ª 1 0 0 0 9ª 1 0 0 1 10ª 1 0 1 0 11ª 1 0 1 1 12ª 1 1 0 0 13ª 1 1 0 1 14ª 1 1 1 0 15ª 1 1 1 1 16ª 1.2.3 Codificação O sinal PCM a ser transmitido é obtido pela codificação dos números dos intervalos de quantização. O codificador eletrônico atribui a cada amostra uma palavra de código de 8 bits em correspondência ao intervalo de quantização fixado conforme mostrado na figura 12, onde as setas vermelhas indicam as palavras de código a partir das amostras U_ent. Os 128 intervalos positivos e os 128 intervalos negativos de quantização (128 + 128 = 256 = 2^8) são representados nos sistemas de transmissão PCM, através de um código binário de 8 dígitos; as palavras de código têm, consequentemente, 8 bits. equitel Telecomunicações Qualidade em Treinamento 1.2.4 Multiplexação As palavras de código de 8 bits de diversos sinais telefônicos podem ser transmitidos em um sequência cíclica, isto é, entre duas palavras de código de um mesmo sinal telefônico são introduzidas em sequência palavras de código de outros sinais telefônicos, formando assim o sinal PCM multiplexado por divisão de tempo. Os processos de multiplexação são totalmente eletrônicos. A figura 13 mostra, a título de explicação, 4 sinais de entrada amostrados periodicamente por um seletor rotativo A. Este seletor A gira de uma entrada à próxima em sincronismo (síncrono) com a entrada das palavras de código. Na saída do seletor A tem-se então um sinal PCM multiplexado por divisão de tempo. O intervalo de tempo, em que uma palavra de código é transmitida, é denominada de time-slot. Figura 13 - Princípio da multiplexação por divisão de tempo e da demultiplexação A sequência de bits, que contém uma palavra de código de cada sinal de entrada, é de- nomianda de quadro de pulsos. No exemplo da figura 14, um quadro de pulsos é forma- do por 4 palavras de código sequenciais dos sinais de entrada. Observar que o micro- computador já entra com seus dados binários não necessitando de codificação. No sis- tema de transmissão PCM30, o quadro de pulsos é formado por 32 palavras de código (veja o item 2.2.1). TR32-UD2250-P-1 11
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equitel Telecomunicagões Qualidade em Treinamento Introdução Este texto é uma introdução às técnicas de modulação por codificação de pulsos (PCM), multiplexação por divisão de tempo (TDM). As explicações se restringem aos princípios básicos e conceitos e, para possibilitar uma rápida e sucinta visão geral, não se entra em detalhes técnicos. Os valores mencionados correspondem aos recomendados pelo CCITT. A comunicação por telefone começou com vias de conversaçāo individuais, o que quer dizer, para cada ligação telefônica era necessário comutar um par de fios. Devido ao grande número de linhas dispostas fisicamente lado a lado, esta estrutura foi denominada de multiplexação por divisão de espaço (SDM = space-division multiplex). Como a implantação da rede de linhas físicas absorve a maior parcela do investimento, pensou-se na utilização múltipla destas linhas, pelo menos na rede de longa distância. Este escopo levou à técnica de multiplexação por divisão de frequências (FDM = frequency-division multiplex), onde uma faixa larga de frequência é dividida em faixas parciais estreitas. A figura 1 mostra uma faixa de frequência de 48 kHz dividida em 12 faixas parciais. Os sinais telefônicos são convertidos em faixas parciais através da modulação com diferentes ondas senoidais (portadoras) e assim transmitidos. Como os portadores são modulados pelo sinal telefônico, este método também é denominado de método de modulação portadora. Após uma demodulação na recepção, estas sinais estão disponíveis novamente em sua forma original. A técnica de multiplexação por divisão de frequência é somente uma das possibilidades de transmitir simultaneamente vários sinais telefônicos através de um meio de transmissão comum. Uma outra possibilidade é a técnica de multiplexação por divisão de tempo (TDM = time-division multiplex). Aqui os sinais telefônicos não são transmitidos lado a lado na faixa de frequência como na multiplexação por divisão de frequência, mas sim, deslocados no tempo. A figura 2 mostra, como exemplo, um período com 32 time-slots. Esta subdivisão se repete a cada 125 us em períodos subsequentes. A um sinal telefônico é atribuído um time-slot em cada período subsequente. Figura 1 - Multiplexação por divisão de frequéncia Figura 2 - Multiplexação por divisão de tempo TR32-UD2250-P-1 TR Qualidade em Treinamento Na multiplexação por divisão de tempo, toma-se como base que, para transmitir oscilações elétricas, como p. ex. sinais telefônicos, não há a necessidade de enviar toda a forma da onda (teorema da amostragem, veja o item 1.1). É suficiente retirar em intervalos regulares uma amostra do sinal (figura 3) e transmitir só esta. Através da amostragem obtêm-se uma sequência de pulsos curtos cujas amplitudes correspondem aos valores instantâneos do sinal. Esta conversão é conhecida como modulação por amplitude de pulsos (PAM). A envoltória dos sinais PAM reproduz a forma original da onda (figura 4). Entre cada amostra de um mesmo sinal telefônico surgem pausas relativamente grandes. Estas pausas podem ser utilizadas para a transmissão de outros sinais PAM, isto é, as amostras de diferentes sinais telefônicos podem ser transmitidas em sequência cíclica. Os pulsos de diferentes sinais PAM formam, assim reunidos, um sinal PAM multiplexado por divisão de tempo (veja a figura 5). equitel Telecomunicagões Figura 3 - Amostragem periódica de um sinal telefônico analógico a Figura 4 - Modulação por amplitude de pulsos (PAM) de um sinal telefônico analógico a Figura 5 - Sinal multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras de três sinais telefônicos analógicos a, b e c, em sequência cíclica ordenada. 4 TR32-UD2250-P-1 equitel Telecomunicagões Qualidade em Treinamento SISTEMAS PCM - Conceitos Básicos - Visão Geral Índice Introdução ..................................................................................................................3 1 Princípios da técnica PCM.....................................................................................6 1.1 Teorema da amostragem ..................................................................................6 1.2 Conversão analógico → digital..........................................................................6 1.2.1 Amostragem ................................................................................................6 1.2.2 Quantização ............................................................................................... 10 1.2.3 Codificação.................................................................................................10 1.2.4 Multiplexação.............................................................................................11 1.3 Conversão digital → analógico.........................................................................12 1.3.1 Demultiplexação........................................................................................12 1.3.2 Decodificação ............................................................................................12 1.4 Sumário das funções .....................................................................................13 2 Transmissão digital ..............................................................................................14 2.1 Características gerais dos sistemas de transmissão PCM...............................14 2.2 Sistemas de transmissão PCM .......................................................................16 2.2.1 Sistema de transmissão PCM30...............................................................16 3 Introdução à Sinalização ......................................................................................23 3.1 Sinalização acústica .......................................................................................23 3.2 Sinalização de linha ........................................................................................23 3.2.1 Variantes da sinalização de linha ..............................................................25 3.3 Sinalização de registradores .........................................................................30 3.3.1 Sinalização multifrequencial .....................................................................31 Anexo 1 Compressão de Voz ..................................................................................33 Anexo 2 G.703 .........................................................................................................36 TR32-UD2250-P-1 equitel\nTelecomunicações\nQuando as amostras da forma de onda não são transmitidas com pulsos de diferentes\namplitudes, porém com palavras de códigos binários, então tem-se a modulação por\ncodificação de pulsos (PCM). As amostras em forma de pulsos são quantizadas e, ge-\nralmente, codificadas com 8 bits. A figura 6 mostra, para maior clareza, um sinal digital\ncom somente 4 bits no lugar de palavras de códigos de 8 bits.\nAs amostras codificadas de diferentes sinais PCM, reunidos ciclicamente, formam um\nsinal PCM multiplexado por divisão de tempo (veja a figura 7).\nOs sinais PCM multiplexados por divisão de tempo permitem a múltipla utilização de li-\nhas e equipamentos de comutação e transmissão. Além disso, devido à estrutura digital\nda mensagem, os sinais PCM são bem menos sensíveis a interferências que os sinais\nanalógicos.\nb\nFigura 6 - Sinal PCM, formado pelas amostras codificadas do sinal telefônico analógico a\n0011 0100 1000 1101 1011 1110\nFigura 7 - Sinal PCM multiplexado por divisão de tempo, formado pelas amostras codifi-\ncadas dos sinais telefônicos analógicos a, b.\nO avanço tecnológico dos últimos anos na área de componentes semicondutores permite\nhoje a implementação econômica da modulação por codificação de pulsos também na\ncomutação telefônica, permitindo substituir as centrais "analógicas" de comutação por\nsistemas "digitais", totalmente eletrônicos.\nOs sistemas telefônicos digitais oferecem, comparados aos sistemas analógicos, as se-\nguinteS vantagens:\n- Tecnologia digital em todos os níveis do sistema (alta imunidade a ruídos).\n- Uso múltiplo de linhas e órgãos da central através da multiplexação por divisão de\ntempo.\n- Um canal próprio para cada um dos dois sentidos de conversação (correspondente à\ninterconexão a 4 fios na técnica analógica).\n- Espaço físico reduzido e menor consumo de energia.\n- Matriz de acoplamento com alta capacidade de tráfego e bloqueio interno desprezível.\n- Diversos serviços podem ser integrados em uma rede: telefonia, fax, transmissão de\ndados, videoconferência, entre outros.\n5 TR32-UD2250-P-1 TR\nQualidade em Treinamento\n1 Princípios da técnica PCM\n1.1 Teorema de amostragem\nO teorema da amostragem especifica a menor frequência de amostragem de um sinal\nanalógico, para que na reconstituição do sinal analógico original, a partir de amostras,\nnão haja perdas na informação.\nA frequência de amostragem (fA) deve ser maior que duas vezes a maior frequência con-\ntida no sinal analógico (fs):\nfA > 2 fs\n1.2 Conversão analógico ➔ digital\n1.2.1 Amostragem\nPara a faixa de frequência de 300 Hz a 3400 Hz, usada na telefonia, foi fixada, internaci-\nonalmente, uma frequência de amostragem (fA) de 8000 Hz. O intervalo entre duas\namostras sucessivas de um mesmo sinal telefônico (intervalo de amostragem = TA) resul-\nta de:\nTA = 1 = 1 = 125 us\nfA 8000 Hz\nA figura 8 mostra como o sinal telefônico chega a uma chave eletrônica através de um\nfiltro passa-baixas, que limita a faixa de frequências a ser transmitida. Ele suprime as fre-\nquências maiores que a metade da frequência de amostragem de 8000 Hz, retira do sinal\ntelefônico uma amostra a cada 125 us. Desta forma obtém-se um sinal modulado dos\npulsos em amplitude: o sinal PAM.\nFigura 8 - Formação de um sinal PAM\n6 TR32-UD2250-P-1 TR\nQualidade em Treinamento\n1.2.2 Quantização\nO sinal PAM ainda é uma forma analógica do sinal telefônico. As amostras são porém\ntransmitidas e processadas mais facilmente em forma digital, e o primeiro passo para a\nconversão da amostra em um sinal digital - no caso em um sinal PCM - é a quantização.\nPara isto, o espectro dos valores possíveis do sinal é subdividido em intervalos de quanti-\nzação, p. ex., para os sistemas de transmissão PCM30, em 256 intervalos (veja os itens\n2.2 e 2.2.1). A figura 9 ilustra, como demonstrativo do princípio de quantização, os 16 in-\ntervalos de mesma largura. Estes intervalos são numerados de +1 a +8 na faixa positiva e\nde -1 a -8 na faixa negativa do sinal telefônico. Cada amostra é alocada ao intervalo que\nela corresponde.\nOs intervalos de quantização são delimitados entre si por valores de decisão. A amostra\nque ultrapassar a um valor de decisão é enquadrada no intervalo imediatamente superior\ne aquela que ficar abaixo, no intervalo imediatamente inferior. Portanto, no lado da\ntransmissão, diferentes valores analógicos são reunidos em um intervalo de quantização.\nNo lado da recepção, para cada intervalo é recuperado um valor de sinal, que correspon-\nde ao valor médio de um intervalo de quantização. Dai resultam, no lado da transmissão,\npequenos desvios em relação à amostra original do sinal telefônico. O desvio erro de\nquantização corresponde, no máximo, a meio intervalo para cada amostra. O erro de\nquantização está predestinado pure transformar-se em ruído no lado da recepção, acor-\ndo ao sinal útil. O erro de quantização é tanto menor quanto maior for o número de inter-\nvalos de quantização. Uma adequada gradação destes intervalos relega o erro a um\nvalor desprezível e o ruído a um nível imperceptível.\nValores de\ndecisão\nSinal PAM\n8\n7\n6\n5\n4\n3\n2\n1\nf0 t1 t2 t3 t4 t5\nInstante de amostragem\nFigura 9 - Quantização linear das amostras de um sinal telefônico analógico\nTR32-UD2250-P-1 Para intervalos de quantização de mesma largura e distribuídos linearmente dentro de faixa de amplitude, ter-se-á erros de quantização relativamente grandes para sinais de pequeno valor (quantização linear, veja figura 9). Estes erros poderiam ser de mesma grandeza que o próprio sinal de entrada e a relação sinal/ruído não seria suficientemente grande (mesmo para 256 intervalos de quantização). Por este motivo usam-se na prática intervalos de quantização de larguras diferentes (quantização não-linear, figura 10): - pequenos intervalos de quantização para sinais de pequeno valor - maiores intervalos de quantização para sinais de maior valor. Desta forma, a relação entre o sinal de entrada e o erro de quantização é aproximadamente igual para todos os sinais. Os detalhes de quantização não-linear são fixados pela curva característica. O CCITT recomenda em G.711 duas curvas: a) a curva de 13 segmentos (lei A, para o sistema PCM30) b) a curva de 15 segmentos (lei µ, para o sistema PCM24). Figura 10 - Quantização não-linear e codificação correspondente A figura 11 mostra a curva de 13 segmentos. Ela é composta de 7 segmentos de reta na faixa positiva e 7 segmentos de reta na faixa negativa. O segmento acima e o segmento abaixo do ponto zero formam juntos um segmento de reta, totalizando assim 13 segmentos (daí a denominação de curva de 13 segmentos). A figura 12 mostra, de forma ampliada, a parte positiva da curva de 13 segmentos. A abscissa tem o comprimento 1, correspondente ao maior valor de amplitude de um sinal. Na ordenada estão representados os intervalos de quantização ( 1...128) para os valores positivos do sinal. A correspondência dos intervalos de quantização relativa aos valores dos sinais U_ent mostra claramente que os valores grandes dos sinais são quantizados com uma escala expandida e os valores menores, com uma escala mais comprimida (compressão e expansão). Os valores dos sinais U_ent estão representados em vermelho na parte inferior da figura 12. Figura 11 - Curva completa de 13 segmentos (lei A) Figura 12 - Parte positiva da curva de 13 segmentos (lei A) Codificação (vermelho); decodificação (azul) A codificação do sinal dentro da curva de 13 segmentos é identificada da seguinte forma: Pol - identifica a polaridade do sinal Pol Polaridade 0 Negativa 1 Positiva Segmento - Identifica o segmento da curva A B C Segmento Intervalo 0 0 0 1 1 - 16 0 0 1 2 17 - 32 0 1 0 3 33 - 48 0 1 1 4 49 - 64 1 0 0 5 65 - 80 1 0 1 6 81 - 96 1 1 0 7 97 - 112 1 1 1 8 113 - 128 Intervalo do segmento - Identifica a posição do sinal dentro do segmento X Y Z Posição 0 0 0 1ª 0 0 0 1 2ª 0 0 1 0 3ª 0 0 1 1 4ª 0 1 0 0 5ª 0 1 0 1 6ª 0 1 1 0 7ª 0 1 1 1 8ª 1 0 0 0 9ª 1 0 0 1 10ª 1 0 1 0 11ª 1 0 1 1 12ª 1 1 0 0 13ª 1 1 0 1 14ª 1 1 1 0 15ª 1 1 1 1 16ª 1.2.3 Codificação O sinal PCM a ser transmitido é obtido pela codificação dos números dos intervalos de quantização. O codificador eletrônico atribui a cada amostra uma palavra de código de 8 bits em correspondência ao intervalo de quantização fixado conforme mostrado na figura 12, onde as setas vermelhas indicam as palavras de código a partir das amostras U_ent. Os 128 intervalos positivos e os 128 intervalos negativos de quantização (128 + 128 = 256 = 2^8) são representados nos sistemas de transmissão PCM, através de um código binário de 8 dígitos; as palavras de código têm, consequentemente, 8 bits. equitel Telecomunicações Qualidade em Treinamento 1.2.4 Multiplexação As palavras de código de 8 bits de diversos sinais telefônicos podem ser transmitidos em um sequência cíclica, isto é, entre duas palavras de código de um mesmo sinal telefônico são introduzidas em sequência palavras de código de outros sinais telefônicos, formando assim o sinal PCM multiplexado por divisão de tempo. Os processos de multiplexação são totalmente eletrônicos. A figura 13 mostra, a título de explicação, 4 sinais de entrada amostrados periodicamente por um seletor rotativo A. Este seletor A gira de uma entrada à próxima em sincronismo (síncrono) com a entrada das palavras de código. Na saída do seletor A tem-se então um sinal PCM multiplexado por divisão de tempo. O intervalo de tempo, em que uma palavra de código é transmitida, é denominada de time-slot. Figura 13 - Princípio da multiplexação por divisão de tempo e da demultiplexação A sequência de bits, que contém uma palavra de código de cada sinal de entrada, é de- nomianda de quadro de pulsos. No exemplo da figura 14, um quadro de pulsos é forma- do por 4 palavras de código sequenciais dos sinais de entrada. Observar que o micro- computador já entra com seus dados binários não necessitando de codificação. No sis- tema de transmissão PCM30, o quadro de pulsos é formado por 32 palavras de código (veja o item 2.2.1). TR32-UD2250-P-1 11