Kodowanie mowy w telefonii PCM ITU-T G.711 ITU-T G.722 ITU-T G.711 Problem - stosunek S/N zależy znacznie od poziomu sygnału; słabe sygnały są kodowane z dużym względnym błędem kwantyzacji S , dB 6 n N silny sygnał – OK słaby sygnał - ? czy warto zmniejszać szerokość przedziału kwantyzacji, czyli zwiększać ilość bitów ? lepiej utrzymywać wysoki poziom sygnału poprzez jego kompresję przykładowy przebieg sygnału wejściowego kompresor po zdekodowaniu potrzebna jest operacja odwrotna - ekspansja w ekspanderze kompresja wg tzw. krzywej A (stosowana w Europie) y 1 ln Ax 1 ln A A = 87,6 dla x > 1/A y Ax 1 ln A 1 ln Ax 1 ln A ln x ln x 1 1 ln A 1 ln A 1 ln A kompresja wg tzw. krzywej (stosowana w USA) ln( 1 x ) y ln( 1 ) = 255 nieznaczne różnice między krzywymi A i odcinek linii prostej stosowanie kompresji jest możliwe też na drodze cyfrowej kompresja analogowa i kodowanie równomierne kodowanie nierównomierne - odpowiednik kompresji Cały zakres zmienności sygnału „w jedną stronę” (np. 0-1V) podzielony jest na 8 przedziałów o szerokościach równych 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128 i 1/128 całego zakresu 16 16 16 w każdym z tych przedziałów jest po 16 podprzedziałów kwantyzacji (o różnej szerokości) binarny zapis numeru przedziału wartość próbki sygnału kodowana jest przez 7 bitów, z tego 3 pokazują numer przedziału, 4 bity pokazują jedną z 16 wartości w tym przedziale pokazują podprzedział do tego dodawany jest jeszcze bit znaku = 0 - gdy x > 0 , = 1 - gdy x < 0 Kompresja w koderze numer przedziału numer przedziału wartość maksymalna w przedziale przetwornik A/C – 11+1 bitowy 0 przed kompresją bit znaku po kompresji Uzyskuje się bardzo dobrą zgodność z wymaganą krzywą kompresji najmniejszych przedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału (0-1) jest 2048 = 211 największych przedziałów kwantyzacji w zakresie zmian sygnału (0-1) jest 16+16 = 32 = 25 bit znaku największe wartości sygnału kodowane są z rozdzielczością 1+5 = 6 bitową najmniejsze wartości sygnału kodowane są z rozdzielczością 1+11 = 12 bitową bit znaku kodowanie A Kodowanie mowy wg zalecenia ITU-T G.722 Pasmo mowy = 7 kHz Przepływność nadal 64 kb/s – jak to jest możliwe? 1) częstotliwość próbkowania 16 kHz! 2) podział pasma 50 - 4000 Hz i 4000 - 7000 Hz 3) oddzielne kodowanie pasm: 6 + 2 bity 4) adaptacyjne kodowanie różnicowe (~delta) filtry cyfrowe Adaptive Differential PCM bardzo uproszczony schemat blokowy kodera ADPCM CENTRALE TELEFONICZNE Generacje central telefonicznych ręczne biegowe (Siemens, Strowger) sygnalizacja dekadowa krzyżowe (Pentaconta, ARF102) sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 elektroniczne (ECWB, EIOA) sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 cyfrowe (5ESS, S12, DGT) sygnalizacja SS7 wybierak Strowgera strowger Nowsze centrale elektromechaniczne systemu Pentaconta (F) wybieraki krzyżowe stan wyjściowy po pierwszej cyfrze po drugiej cyfrze wybierak Pentaconta Współczesne centrale telefoniczne = cyfrowe, z komutacją elektroniczną Komutacja bezstykowa niezawodność szybkość komutowane sygnały mowy muszą występować w postaci cyfrowej (PCM) współpraca centrali z aparatami analogowymi współpraca centrali z aparatami cyfrowymi Schemat blokowy centrali pole komutacyjne AZL AZL AZL- Abonencki Zespół Liniowy SLIC - Subscriber Line Interface Circuit funkcje AZL podawanie zasilania 48V do abonenta zabezpieczenie przepięciowe B O podawanie sygnału dzwonienia 60V, 25 Hz sygnalizacja stanu pracy linii przetwarzanie A/C i C/A transformacja linii 2/4 i 4/2 R S C H testowanie linii T biegunowość napięcia zasilającego – dlaczego uziemiony jest „+”? układ centrali jony miedzi są odpychane od przewodów – przewody szybko ulegają rozpuszczeniu (korozji) jony miedzi są przyciągane przez przewody – korozja przewodów jest zahamowana. Komutacja w centrali komutacja czasowa - przeniesienie zawartości jednej szczeliny czasowej do innej szczeliny, w tym samym trakcie PCM komutacja przestrzenna - przeniesienie zawartości szczeliny czasowej w jednym trakcie PCM do tej samej szczeliny w innym trakcie komutator czasowy komutator czasowy zamiana informacji szeregowej na równoległą i odwrotnie przykładowa budowa komutatora czasowego sekwencyjny zapis danych wejściowych numer kanału wejściowego adres komórki odczytywanej numer kanału wyjściowego dane o połączeniach komutator przestrzenny komutator przestrzenny Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar) Realizacja komutatorów przestrzennych komutator krzyżowy (crossbar) połączenia 0-1 1-0 2-3 3-2 4-5 5-4 6-7 7-6 8-9 9-8 wymagana ilość punktów połączeniowych ~ n2 komutator krzyżowy 2 x 2, z którego można budować większe... pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1 6-3 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 1-4 4-1 6-3 3-5 stan blokady pola komutacyjnego nie można zrealizować połączeń 5 - 2, 7 - 2, 2 - 7, itd. Pola nieblokowalne Closa komutatory w x m komutatory n x k komutatory m x r dość duża liczba Pole jest nieblokowalne, gdy m w r 1 pole komutacyjne 8 x 8 liczba wejść komutatorów wejściowych liczba wyjść komutatorów wyjściowych m w r 1 w 2, r 2, n 4, k 4 m3 liczba komutatorów wejściowych liczba komutatorów wyjściowych pole komutacyjne 8 x 8 pole komutacyjne 8 x 8 ilość punktów komutac = ? pole komutacyjne 8 x 8 1–8 2–3 3–4 4–2 5–5 6–7 7–1 8- 6 ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing Etapy cyfryzacji sieci telefonicznej ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing sieć telefoniczna sieci dedykowane („jednousługowe”) sieć telegraficzna wydzielone sieci danych sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe wąskopasmowa sieć ISDN N- ISDN sieci foniczne wysokiej jakości szerokopasmowe sieci analogowe szerokopasmowa sieć ISDN B- ISDN W 1988 r. opracowano (ITU -T) pierwsze rekomendacje dla sieci ISDN; są one równoważne normom międzynarodowym. Co można podłączyć do sieci ISDN? telefony 3,1 kHz; telefony 7 kHz; telefaksy grupy 4; wideotelefony; Nie ogranicza się zakresu... itp. urządzenia z interfejsem ISDN. Przykładowe możliwości w telefonie: prezentacja numeru; zabronienie prezentacji numeru, wielokrotny numer abonenta, przenośność terminala,... B - kanał informacyjny o przepływności 64 kb/s, D - kanał sterujący o przepływności 16 kb/s, 2B+D = 144 kb/s (160 kb/s) D - kanał sterujący o przepływności 64 kb/s, 30B+D = 1984 kb/s (2048 kb/s) Kanał dostępu podstawowego BRA - Basic Rate Access 3 kanały logiczne, ale tylko jeden fizyczny ! Dlaczego tylko 64 kb/s ? u abonenta Network Termination max. 8 urządzeń sieć publiczna ISDN magistrala pasywna 2B+D Zasady łączenia terminali abonenckich czas przejścia sygnału w linii 1 km = 5 s czas trwania bitu ~ 5 s schemat blokowy telefonu ISDN W styku S stosowany jest zmodyfikowany pseudoternarny (pseudotrójwartościowy) kod AMI (AMI - alternate mark inversion) „normalny” kod AMI kod zmodyfikowany (ISDN) „0” „1” 0V ±UV „0” „1” ± 0,75 V na przemian 0V na przemian stan wysokiej impedancji ! kod AMI w ISDN Kod AMI Spośród 8 urządzeń jednocześnie dwa mogą być aktywne; pozostałe nadają „1111...”, czyli są w stanie wysokiej impedancji O aktywności urządzenia decydują bity kanału D. Bity kanału D wysyłane przez wszystkie urządzenia występują jednocześnie (synchronizacja!) i są „sumowane” w jednej linii. wysoka impedancja +/-U +/-U 1 + 0 = 0 1 + 1 = 1 1 + 1 + 1 + 1 +…+ 0 = 0 0(+) + 0(+) = 0(+) 0(-) + 0(-) = 0(-) 0(+) + 0(-) = ?? zwarcie - stan niedozwolony NT nadaje zwrotnie jako bit E bit odebrany w kanale D, ale on jest „sumą” bitów D od wszystkich urządzeń. Bity w kanale D od różnych urządzeń mają taką samą biegunowość (dzięki synchronizacji wszystkich urządzeń względem NT). sumowanie typu 0(+) + 0(-) jest niemożliwe TE sprawdza zgodność „swojego” bitu D z odebranym bitem E. Gdy jest niezgodność – inne urządzenie TE wymusiło ten bit E, tzn. inne jest aktywne - należy wstrzymać próby nadawania. Sygnalizacja w kanale D Bity z kanału D odbierane są „jak leci” Program nadzorczy warstwy 2. tworzy z nich ramki protokołu LAPD (Link Access Procedure D-channel). Program warstwy 3. „wyłuskuje” z nich wiadomości i je interpretuje warstwa 3. warstwa 2. FCS = Frame Check Sequence warstwa 1. miejsce protokołu DSS1 U abonenta linia 4-przewodowa; jedna para nadawanie, druga - odbiór Nieduże odległości można na to sobie pozwolić W sieci zewnętrznej musi być linia 2-przewodowa (koszt, wykorzystanie istniejących linii analogowych). Jak rozróżnić sygnały w takiej linii pod względem kierunku transmisji? 1) technika ping-ponga (ograniczenie zasięgu i szybkości); 2) technika kasowania echa (współcześnie stosowana). 5km 25 s Do przejścia z linii 4-przewodowej na 2-przewodową potrzebny jest rozgałęźnik (hybrid). Dlaczego trzeba kasować echo? - bo sytuacja może być daleka od ideału. rozgałęźnik odbicia przenik echo sygnał użyteczny Sposób kasowania echa w zakończeniu sieciowym (NT) adaptacyjny tłumik (kasownik) echa kasownik echa sygnał błędu styk S styk U kod 2B1Q 10 11 01 00 + 2,5 V + 0,833 V - 0,833 V - 2,5 V Kod 2B1O ramka w styku U