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 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) dla x > 1/A

= 255 kompresja wg tzw. krzywej  (stosowana w USA) 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 w każdym z tych przedziałów jest po 16 podprzedziałów kwantyzacji (o różnej szerokości) 16 16

wartość próbki sygnału kodowana jest przez 7 bitów, z tego 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 przed kompresją po kompresji bit znaku

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? częstotliwość próbkowania 16 kHz! podział pasma 50 - 4000 Hz i 4000 - 7000 Hz oddzielne kodowanie pasm: 6 + 2 bity 4) adaptacyjne kodowanie różnicowe (~delta)

Adaptive Differential PCM filtry cyfrowe Adaptive Differential PCM

bardzo uproszczony schemat blokowy kodera ADPCM

CENTRALE TELEFONICZNE

Generacje central telefonicznych ręczne biegowe (Siemens, Strowger) krzyżowe (Pentaconta, ARF102) elektroniczne (ECWB, EIOA) cyfrowe (5ESS, S12, DGT) sygnalizacja dekadowa sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 sygnalizacja dekadowa sygnalizacja R2 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

SLIC - Subscriber Line Interface Circuit AZL- Abonencki Zespół Liniowy SLIC - Subscriber Line Interface Circuit funkcje AZL podawanie zasilania 48V do abonenta B zabezpieczenie przepięciowe O podawanie sygnału dzwonienia 60V, 25 Hz R sygnalizacja stanu pracy linii S przetwarzanie A/C i C/A C transformacja linii 2/4 i 4/2 H testowanie linii T

biegunowość napięcia zasilającego – dlaczego uziemiony jest „+”?

jony miedzi są odpychane od przewodów 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 adres komórki odczytywanej sekwencyjny zapis danych wejściowych numer kanału wejściowego numer kanału wyjściowego dane o połączeniach

komutator przestrzenny

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 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

1 - 4 4 - 1 6 - 3 3 - 5 pole komutacyjne 8 x 8 z komutatorów 2 x 2 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

pole komutacyjne 8 x 8 liczba wejść komutatorów wejściowych liczba wyjść komutatorów wyjściowych 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

Integrated Service Digital Network ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing

Integrated Service Digital Network Etapy cyfryzacji sieci telefonicznej ISDN Integrated Service Digital Network lub It Still Does Nothing

sieci dedykowane („jednousługowe”) sieć telefoniczna 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; itp. urządzenia z interfejsem ISDN. Nie ogranicza się zakresu... 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, D - kanał sterujący o przepływności 64 kb/s, 2B+D = 144 kb/s 30B+D = 1984 kb/s (160 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

Kod AMI W styku S stosowany jest zmodyfikowany pseudoternarny (pseudotrójwartościowy) kod AMI (AMI - alternate mark inversion) „normalny” kod AMI „0” 0 V „1” ± U V na przemian kod zmodyfikowany (ISDN) „0” ± 0,75 V na przemian „1” 0 V stan wysokiej impedancji ! kod AMI w ISDN Kod AMI

1 + 0 = 0 1 + 1 + 1 + 1 +…+ 0 = 0 1 + 1 = 1 0(+) + 0(+) = 0(+) 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 +…+ 0 = 0 1 + 1 = 1 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 10 + 2,5 V 11 + 0,833 V 01 - 0,833 V 00 - 2,5 V kod 2B1Q Kod 2B1O

ramka w styku U