¿Qué es una trama E1?

DEFINICIÓN

La trama E1es un protocolo europeo de transmisión digital que permite la transmisión simultánea de 30 canales de voz (300Hz - 3.400Hz), utilizando las técnicas de Multiplexación por División de Tiempo, o TDM (Time Division Multiplex) y de PCM (Pulse Coded Modulated) (Modulación Codificada por Pulsos), también llamada MIC(Modulación por Impulsos Codificados), o Modulación por Pulsos Codificados, mediante el envío por un único canal de una tasa de transferencia de 2,048MBPS(Mega Bits Por Segundo)

Multiplexación por división de tiempo

La siguiente animación (gentileza de Wikipedia) ilustra el principio de la multiplexación por división de tiempo (Fig.1):

Fig.1- Multiplexación y Demultiplexación por división de tiempo de 5 señales de voz

Mediante un Mux (Multiplexor) y un Demux (Demultiplexor), consistentes en 2 llaves que rotan a gran velocidad, en sincronismo y en sentido inverso, se van tomando muestras de las señales de cada una de las 5 conversaciones simultáneas independientes, luego enviadas por una única línea y después leídas separadamente. El resultado será que si las llaves giran a una velocidad lo suficientemente rápida, como para tomar la cantidad necesaria de muestras de cada conversación, se pueden reconstruir las conversaciones originales en el punto de destino con una razonable fidelidad.

Si Ud imagina a las señales eléctricas de cada conversación como sinusoides, la reconstrucción es posible a la salida del demultiplexor, para este simple ejemplo, mediante filtros pasabajos acoplados a la salida de las señales de cada pata de la llave del demultiplexor. Estaríamos en presencia de una multiplexación por división de tiempo analógica.

Pero en la práctica, el canal de transmisión, representado aquí por una simple línea de algunos centímetros de longitud, estará siempre siendo afectado por ruido. Esto hace necesario digitalizar las señales de voz, de tal manera que se pueda trabajar con pulsos, donde la información de las conversaciones no esté contenida en su amplitud y puedan estos ser recortados eliminando el ruido y luego reconstituidos en amplitud, sin afectar a la información que transportan.

Digitalización de las señales de voz

La conversión de la información analógica a la forma digital está basada en tres pasos principales: muestreo, cuantización y codificación (Fig.2). El resultado es lo que se denomina PCM (Modulación por  Pulsos Codificados)

Para realizar el muestreo se hace que un clock, de frecuencia constante, determine, en intervalos iguales de tiempo, la medición del valor de la señal analógica. Pero esta medición no es realizada de manera contínua, sino en forma discreta. Para ello se determinan zonas de amplitud y aunque la señal podrá tomar infinitos valores dentro de cada zona, se considera un único valor para toda la zona. Los resultados del muestreo se han marcado en la Fig.2 mediante líneas verticales de diferentes colores, coincidiendo con los colores de las zonas de amplitud correspondientes. Esto es lo que se llama cuantización.

A cada zona se le asigna una palabra código de un código binario. En la Fig.2 se ha marcado la zona de la palabra código 101 para ayudar a visualizar las zonas de amplitud.

En la parte inferior de la Fig.2 se han dibujado los pulsos del código binario de tres bits, que representan en forma digital a la señal analógica de este ejemplo. Esto es lo que se llama codificación.

La señal puede ahora ser transmitida como un tren de pulsos binarios. La cuantización causa una distorsión de la señal que se conoce como distorsión de cuantización.

Cuando se quiere aplicar esta técnica a un sistema full-duplex, deberá usarse un canal para transmisión y otro para recepción. Si el medio físico está constituído por líneas de cobre, se deberán utilizar un par de hilos para transmisión y un par separado para recepción. Si se trata de un radio, deberán usarse un transmisor de RF y un receptor  de RF en un sentido  y otro conjunto similar en sentido contrario.

Cuando se transmite PCM por líneas de cobre suelen usarse repetidoras regenerativas, que regeneran los bits de entrada y transmiten un tren de bits frescos.

Fig.2 – Como se obtiene la Modulación por Pulsos Codificados (PCM).

La trama E1

De acuerdo con el teorema del  muestreo, si se toman muestras de una señal eléctrica continua a intervalos regulares y con una frecuencia que sea al menos el doble de la frecuencia máxima que se quiera muestrear, dichas muestras contendrán toda la información necesaria para reconstruir la señal original. Una señal telefónica analógica de audio está comprendida entre 300Hz y 3400Hz, por lo que la frecuencia de muestreo deberá ser igual o mayor que 6.800Hz.

La norma que definió el protocolo E1,  estableció la frecuencia de muestreo en 8.000Hz, lo que significa que cada señal telefónica analógica de audio será muestreada 1 vez cada 125 μseg (1/8.000 Hz = 0,000125 seg).

Como la norma prevé transmitir 32 canales (30 para voz, 1 para señalización y 1 para sincronización del enlace), dispondrá de 3,9 μseg (125/32 = 3,9) para cada canal. Los 32 canales son modulados en PCM.

El conjunto de eventos que ocurren dentro del período (125 μseg) de la frecuencia de muestreo (8KHz), recibe el nombre de trama E1 (frame en inglés). (Fig.3)

Como la trama consiste en un lapso de tiempo, se dice que cada canal ocupa una ranura de tiempo (slot en inglés).

Durante los 125 μseg que dura la trama, cada canal es muestreado durante 3,9 μseg y de ese proceso se obtienen 8 bits del código binario que representan al nivel de ese canal mientras dure su slot. La trama es un período muy corto de tiempo y en 1segundo (1.000.000 μseg) se producen 8.000 tramas (1 seg./ 125 μseg = 8.000).

Entonces, tenemos:

125 μseg ----------------------------------------------------------8 bits

1seg = 1.000.000 μseg -----------------------------------------x

X = 8x1.000.000/125 = 64.000 bits/ seg = 64 Kbits/seg--------------- cada canal

Si multiplicamos 64 Kbits/seg x 32 = 2.048 Kbits/seg-------------------la trama completa

Estas son las transferencias de kilobits que realizan cada canal y la trama completa, respectivamente, en 1 segundo.

Los slots de tiempo de sincronización, slot de tiempo 0 en cada frame, contienen 8 bits cuyo propósito es formar una señal de reconocimiento para el receptor, a fin de mantener a este sincronizado con el transmisor para que cada canal PCM pueda ser correctamente identificado.

Los slots de tiempo de señalización, slot de tiempo 16 en cada frame, pueden ser usados de muchas maneras. La gran capacidad de señalización de 64 Kbits/seg, ofrece fexibilidad para la elección de diversos esquemas posibles para diferentes propósitos.

Fig. 3 - La trama E1

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