PDH: La Jerarqua Digital Plesicrona Introduccin Con la incursin de los sistemas digitales en los aos 60, lleg a ser plausible la posibilidad de mejorar el rendimiento de las anteriores redes analgicas de telecomunicaciones. Estas redes estaban basadas en esquemas de modulacin de frecuencia para la transmisin de canales de voz, pero est tcnica era muy rgida y degradaba la calidad de los canales debido a sucesivas modulaciones y demodulaciones analgicas, que introducan ruido en la seal transmitida. Tres jerarquas diferentes se han desarrollado: en Europa, USA y Japn, cada una con diferentes velocidades de bit y esquemas de multiplexin aunque todas ellas se basan en la misma filosofa de multiplexado y justificacin. El primer sistema de comunicaciones digitales fu instalado por los Laboratorios Bell en 1962 en USA, y consista en 24 canales digitales de voz funcionando como lo que hoy es conocido como T1, esto es, 1544 kbit/s. De todas formas, esta tecnologa no fu completamente adoptada hasta mediados de los aos 70, dada la existencia de gran cantidad de sistemas analgicos de alto costo existentes, y dado que los semiconductores resultaban demasiado caros. Aspectos Generales de la PDH Loscanalesdevoz,ymsconcretamente,loscanalestelefnicos,sonmuestreados8000vecespor segundo,deacuerdoconelcriteriodeNyquist.Deestaforma,cualquiertecnologadetransmisin preparadaparatransportaresainformacindebeadmitirunamuestradelcanalcada125 1 microsegundos.Al serla PDHuna tcnica de TDM sncrono, la estructura de trama de cualquiertrama PDHdebedurarnecesariamente125us,independientementedeelnmerodecanalesdevoz transportados. Dosaproximacioneshansidoadoptadas,quedifierenprincipalmenteenelnmerodecanalesdevoz que la trama contiene y en la forma en la que la sealizacin es transportada. La primera aproximacin es la adoptada en Japn y USA, en la que 24 canales de voz son transportados en la trama. Adems de esos 24 canales de voz, que son los que forman bsicamente la trama T1, un nico bit es aadido a esta trama lo que le proporciona alineamiento de trama y servicio mnimo de sealizacin. De esta forma, la capacidad total requerida es:(24 canales * 8bit/canal + 1bit) / 125 us = 1,544 Mb/s. UnaaproximacindiferentefulaadoptadaenEuropa,setuvouncuidadoespecialenproporcionar serviciosdesealizacinysincronizacinenlatramaE1.Enestecaso30canalesdevozson transportadosporlatrama,ademsdedoscanales,delamismacapacidadqueelcanaldevoz,que permitenlatransmisindeinformacindealineamientodetrama,comunicacindealarmasybitsde CRC.Adems,cadacanaldevozessealizadomedianteuncanalespecialmentededicadoaello,lo que permite disponer de 2 kbit/s de informacin de control para cada canal. De esta forma la capacidad total de transmisin en un enlace E1 es:(32 canales * 8 bits/canal) / 125 us = 2,048 Mb/s. Estos circuitos pueden a su vez ser multiplexados dentro de circuitos de nivel ms alto, dando lugar a las jerarquas de transmisin, requiriendo cada nivel ms bits de control. La multiplexin PDH no est exenta de problemas. Estos problemas surgen principalmente cuando se tienen que demultiplexar los circuitos transportados hasta cierto nivel, especialmente si es necesario extraer un canal de voz bsico. Al tener todos los circuitos, en cada jerarqua su propio reloj, eso es, no hay una base de tiempos comn para todos los sistemas (excepto, obviamente, en los que transmiten a la misma velocidad), no es posible extraer un circuito sin tener que demultiplexar completamante la seal hasta el nivel requerido. Este hecho se debe a una razn histrica, dado que los sistemas digitales han desplazado gradualmente a los anteriores sistemas analgicos, que tenan diferentes valores de temporizacin debido a razones tecnolgicas. La principal consecuencia de esta aproximacin es que cada canal no tiene una asignacin estricta en ningun slot temporal, y por lo tanto cada circuito es mapeado dentro de un nivel superior utilizando justificacin, para acomodar cualquier diferencia en sus respectivas temporizaciones. Es por esta razn que la PDH es denominada plesicrona, porque no es exactamente sncrona. La Justificacin, o la insercin de bits para resolver la ausencia de informacin que se produce en ciertos momentos debido a diferencias de reloj, resuelve algunos problemas, como el de la sincronizacin entre equipos terminales, pero tambin introduce otros. De estos problemas, uno de los ms importantes, por lo menos cuando se considera el diseo de esta tecnologa, es la necesidad de identificar el inicio de una nueva trama. Una vez que este inicio ha sido localizado, y dado que ya se conoce como es la estructura de trama, es un procedimiento sencillo desmapear y extraer toda la informacin transportada en ese nivel. Para realizar estas tareas se han desarrollado lo que se denominan Multiplexores de Insercin y Extraccin, equipos que permiten aadir o sustraer cualquier seal hasta el nivel de detalle requerido. Ello incrementa el coste de la totalidad de la red PDH, dado que las lneas de transporte tienden a ser de la ms alta velocidad posible, y que los circuitos a extraer sern, naturalmente, los de velocidad mas baja, que son los que la inmensa mayora de usuarios demandan. Otro factor a tener en cuenta, y uno importante, es la dificultad de realizar una correcta monitorizacin 2 del estado de los enlaces, dado que es realmente difcil extraer e interpretar las seales de alarma. Ello hace ms complicado reducir problemas en la red y corregir funcionamientos incorrectos. Alineamiento de Trama La PDH, a cualquier nivel, es una tecnologa de transmisin estructurada, y por lo tanto cada bit, tiene un significado y una funcin, y para una correcta comprensin, es completamente necesario tener una indicacin del inicio de la trama. Para que el receptor de la trama bsica E1 pueda reconocer el inicio de la trama una estructura de bits especial se inserta en el inicio de algunas tramas. De esta forma se realiza la sincronizacin. Una FAS, seal de alineamiento de trama, se introduce en el principio de las tramas pares, esto es, una FAS se introduce cada dos tramas E1. El byte restante en las tramas impares es denominado NFAS (No FAS) y es utilizado para el transporte de informacin de alarmas, bits sobrantes reservados para uso nacional y algunos ms son bits de alineamiento de multitrama como ser explicado ms adelante. FAS & CRC-4 Dentro de el byte de FAS el primer bit se dedica a realizar un CRC-4, por lo tanto es necesario recibir 4 FAS para formar el cdigo que permite el reconocimiento de una correcta sincronizacin y recepcin de tramas. El resto de los bits de la FAS, esto es, los bits de 1 al 7, siempre forman la combinacin 0011011, lo que permite identificar el inicio de la nueva trama. 3 Por supuesto, la recepcin y el clculo de los bits de CRC es una aplicacin de procesado intensivo que fu difcil de realizar por los primeros equipos que aparecieron en el mercado, pero hoy en da la mayora de los equipos realizan esta operacin. La repeticin del FAS es necesaria para evitar cualquier confusin debida su aparicin aleatoria en los bytes de los canales de voz lo que podra producir errores en la identificacin de seales. Como se muestra en la siguente figura, la trama E1 completa, a la que se denomina Multitrama, esta formada por 16 tramas bsicas, con una duracin cada una de ellas de 125 us. Por lo tanto, la multitrama tiene una duracin total de 2 ms. La multitrama misma, se divide en dos submultitramas, cada una consta de 8 tramas bsicas. Es sobre esas 8 tramas que el CRC-4 es calculado, y su CRC es enviado sobre los primeros bits de las tramas pares de la siguiente submultitrama. Obviamente, en el lado de recepcin, el CRC-4 es calculado de la submultitrama ya recibida y comparado con el CRC-4 recibido en Para realizar una demultiplexin correcta de la seal entrante, cada trama consta de una seal de alineamiento de trama (FAS), que le permite localizar el inicio del nuevo conjunto de datos. 4 la siguiente submultitrama para realizar la inspeccin. En caso de que un error sea detectado, una alarma ser sealizada hacia el emisor a traves de otra trama viajando en el sentido contrario. Este mtodo, CRC-4, para la deteccin de errores es una buena opcin para BERs mejores de 10E-3, dado que para mayores valores de BER podran daar los bits de CRC. La gran ventaja del mtodo de CRC es que todos los bits son monitorizados y no solo algunos bits, como se hace con otras tcnicas. Y, aunque el CRC-4 deja una probabilidad de error marginal del 6,25 %, este es un nivel aceptable para trabajar. La estructura basica de la trama E1, compuesta por 32 canales, se convierte en una seal ms complicada cuando se consideran todos los controles requeridos para un correcto alineamiento y deteccin de errores. Tratamiento de Errores El tratamiento que PDH de a los errores es muy diferente del realizado en comunicaciones de datos. Muchas diferencias pueden sealarse entre estas dos tecnologas como, por ejemplo, el hecho de que en PDH no se retransmite ninguna trama, ya que ello podra introducir un nivel inaceptable de retardo y porque las tramas no se almacenan en los ADMs. La filosofa en PDH es bastante diferente. Los errores de transmisin son monitorizados y comunicados, y si la red proporciona un rendimiento demasiado bajo, se toman las medidas necesarias para corregirla. La correccin y recuperacin de errores se deja para la capa de enlace en el modelo OSI, y PDH nicamente se ocupa de una parte de la capa fsica. Canal de Sealizacin y Multitrama El slot nmero 16 de cada trama bsica de 2 Mbit/s se reserva para el transporte de protocolos de sealizacin para los 30 de 64 kbit/s que llegan directamente a los usuarios de la PSTN. Por esta razn, los multiplexores de la red deben modificar la informacin de sealizacin de los canales. Cada canal tiene asignado un espacio de sealizacin de 2 kbit/s en la multitrama E1, a traves de 4 bits (conocidos genricamente como a,b,c y d) en el canal 16, que constituye un canal de sealizacin de 64 kbit/s. Para realmente conocer donde esta el inicio de este canal de sealizacin, los primeros cuatro bits son marcados como cero (0000), y los siguientes cuatro bits de este byte no transportan informacin de sealizacin, sino informacin de justificacin y alarmas. Estos cuatro primeros bits son los denominados 5 MFAS mientras que los siguientes cuatro bits se denominan NMFAS (no seal de alineamiento de multitrama). Administracin de Alarmas Para la transmisin de alarmas, PDH hace uso de los campos NFAS y NMFAS. Cuando un ADM detecta una disminucin en la calidad de transmisin, o porque el nivel de error es demasiado alto o porque un desalineamiento de trama ha sido detectado, debe comunicar este hecho al otro extremo de la conexin, esto es, al transmisor. Esta alarma es comunicada en el bit 3 de la NFAS y normalmente se denomina 'Indicador de Alarma Remota'. Entonces, el multiplexor remoto considera si la situacin es peligrosa, y procede a realizar un realineamiento de trama. Este realineamiento se realiza poniendo toda la tributaria a uno ('1'), esto es, todos los contenidos de los canales a 1, para facilitar la resincronizacin, pero manteniendo la palabra FAS en su correcto valor. Un procedimiento similar es efectuado por la seal de NMAS. Cuando el receptor pierde el sincronismo de multitrama, enva hacia atrs una alarma en el sexto bit del primer byte del canal 16 (el dedicado a la informacin de sealizacin). Esta alarma es denominada AIS64, o seal de indicacin de alarma. De esta forma, el multiplexor indica que puede recuperar la informacin de los canales, pero no la informacin de sealizacin, ni los bits de CRC. 6 Bits sobrantes La palabra de NFAS deja sitio para aplicaciones especficas punto a punto. Hay cinco bits para este tipo de aplicaciones. Por ejemplo, es normal utilizar el bit S4 para operaciones de monitorizacin y mantenimiento, mientras que los bits S5-S7 se reservan para uso nacional, eso es, estan reservados para cualquier propsito que el operador pueda necesitar. En caso de que estos bits no se utilicen, siempre deben dejarse a uno en conexiones internacionales. Justificacin Debido a diferencias entre los relojes respectivos de los multiplexores, es necesario implementar un mecanismo para adaptar las diferentes velocidades de bit y de esta forma garantizar la correcta transmisin de las tributarias sin slips ni fallos. Con este fin, algunos bits en los niveles altos pueden dejarse desocupados, y ser llenados selectivamente con informacin o simplemente con bits de relleno. Para conocer cuando estos bits estn transportando informacin o no, existen tambin algunos bits de control distribuidos en la trama que sirven de indicacin. Utilizando un sistema de decisin por mayora, para evitar errores, estos bits de control obligan al multiplexor a ignorar ese bit cuando no contiene informacin, o incorporarlo a la tributaria que esta siendo demultiplexada. De hecho en la jerarqua de transmisin PDH, la justificacin significa dejar cierto bit que normalmente esta lleno desocupado. Esto se denomina justificacin positiva. A traves de un voto de mayora entre los bits de control de justificacin, el multiplexor determina cuando el bit de justificacin considerado transporta informacin o no. Arquitectura de Multiplexado Desde el nivel primario a 2 Mbit/s hacia arriba, cada nivel en la jerarqua se compone de 4 tributarias del nivel inmediatamente inferior. Cada nivel proporciona capacidad de transporte y justificacion para cada una de ellas.Como ya se ha mencionado, la conmutacin en PDH es slo posible si previamente se demultiplexa la portadora hasta el nivel requerido de conmutacin, por lo tanto se puede deducir que el nivel de La estructura de trama PDH tambien localiza espacio para la generacin de alarmas, lo que permita avisar al otro lado del enlace de transmisin sobre el evento que se ha producido. 7 transporte bsico es el de 2 Mbit/s (30+2 x 64 kbit/s, y que esta seal tendr una estructura diferente de las otras (8, 34 y 140 Mbit/s).La trama de 2 Mbit/s transporta 30 canales de voz y 2 canales adicionales para funciones de entramado y sealizacin. Esta estructurada sobre la trama bsica de 125 , que contiene 32 canales de 64 kbit/s, o slots temporales. El slot 0 siempre se utiliza para control especifico de trama: CRC, alineamiento de trama, alineamiento de submultitrama, sealizacin de alarmas y deteccin de errores de bit, mientras el slot 16 se utiliza para para sealizacin asociada a los canales (CAS). Cada ocho tramas de 125us se consideran una submultitrama, porque el control de CRC (bits Ci) se genera para cada submultitrama (una submultitrama transporta la informacin de CRC-4 de su precedente), y dos submultitramas componen la mutlitrama completa, que consiste en 16 tramas bsicas. Resulta fcil ver la razn principal de esta organizacin; el hecho es que se necesitan cuatro bits (un canal de sealizacin de 2 kbit/s) para sealizar cada canal de 64 kbit/s, por lo tanto 15 bytes son necesarios para sealizar los 30 canales de voz, y un byte suplementario para proporcionar alineamiento de multitrama y bits de relleno. Primer nivel de Multiplexin: 2 Mbit/seg (E1) Empezando desde el primer nivel a 2 Mbit/s, todos los niveles superiores utilizan una estructura de trama similar con una seal de alineamiento de trama (FAS) en el inicio de la trama. Debido al hecho de que una seal de nivel superior es construida multiplexando cuatro seales del nivel inmediatamente inferior, que son multiplexadas bit a bit, no es posible extraer una seal concreta sin demultiplexar completamente la seal de orden superior en la cual est completamente transportada. Caractersticas tcnicas Velocidad binaria 2048.0 kbit/s +/- 50 ppmCdigo de lineaHDB3Amplitud nominal2.37 V (en cable coaxial) 3.00 V (balanced cable)Impedancia75 Ohm (coaxial cable) 120 (balanced cable)Nivel de atenuacin tolerado a la entrada0-6 dB a 1024 kHz como Longitud de Trama256 bitsBits disponibles por slot temporal8 bitsMtodo de multiplexadoIntercalado de bytesVelocidad de trama8000 trama/sVelocidad de alineamiento de trama28000 bit/s(incluyendo bits de supervisin)32000 bit/s Segundo Nivel de Multiplexin: 8 Mbit/s (E2) Los 8 Mbit/s se dividen en cuatro bloques, que estan separados por los bits de control de justificiacin. Como puede verse en la figura de a continuacin, los bloques segundo y tercero son idnticos, una multiplexin simple de las seales transportadas de 2 Mbit/s, mientras que el primer y cuarto bloques son diferentes. El primer bloque contiene la palabra de FAS (1111010000), el bit A de alarma urgente (utilizado hacia atrs para sealizar eventos o problemas), los bits sobrantes S, reservados para uso nacional (a veces utilizados como alarma no urgente) y 20 bits de informacin. El cuarto bloque contiene cuatro bits de justificacin, para cada tributaria contenida en la seal de E2, y ms bits de informacin. Como ya ha sido sealado, la justificacin es positiva, esto significa que la justificacin no contiene informacin la mayoria del tiempo. Para que el demultiplexor sepa cuando el bit de justificacin contiene informacin o no, se utilizan los bits de control de justificacin. Estos bits estn distribuidos a lo largo de la trama para minimizar la probabilidad de que un error pueda modificar a dos de ellos, y la decisin es tomada por mayora. Con un simple clculo, es fcil notar que, para adaptar la 8 tributaria E1 funcionando a su velocidad nominal de 2048 kbit/s dentro de la seal E2, los bits de justificacin deben utilizarse, alrededor del 42,4% de las veces. La estructura de trama de 8 Mbit/s proporciona un bit de justificacin para la sealtributaria E1 que es transportada en ella. Los bits de justificacin se localizan en el ltimo bloque de la seal, mientras que los bits de control de justificacin se encuentran distribuidos en toda la trama para reducir la posibilidad de una rfaga de error que afecte a varios bits de control a la vez.

Caractersticas tcnicas 8 Mbit/s Velocidad binaria8448.0 kbit/s +/- 30 ppmLine codeHDB3Amplitud nominal2.37 VImpedancia75 OhmsNivel de atenuacin tolerado a la entrada0-6 dB a 4224 kHz como Nmero de tributarias4JustificacinPositivaBits Jij = 1Ri = llenado (justificacin)Bits Jij = 0Ri = informacin (no justificacin)(La decisin se basa en el resultado mayoritario de Jij's)Longitud de trama848 bitsNmero disponible de bits por tributaria y por trama206 bitsMtodo de multiplexacinIntercalado de bitsVelocidad de trama9962.264 trama/sVelocidad de alineamiento de trama99622.64 bit/sMxima tasa de justificacin por tributaria10000 bit/s aproxCoeficiente nominal de justificacin0.424 Tercer Nivel de Multiplexin: 34 Mbit/s (E3) La estructura de trama de la seal de 34 Mbit/s est definida en la recomendacin G.751 de la ITU-T. Esta trama tiene una longitud total de 1526, siendo la estructura de multiplexacin idntica a la utilizada 9 en el nivel de 8 Mbit/s, con la nica diferencia que el coeficiente de justificacin para la seal de 8 Mbit/s es, en este caso, de 43,6 %. Caractersticas tcnicas 34 Mbit/s

Velocidad binaria34368.0 kbit/s +/- 20 ppmCdigo de lneaHDB3Amplitud nominal1 VImpedncia75 OhmsNivel de atenuacin de entrada tolerado0-12 dB a 17.184 MHz como Nmero de tributarias tolerado4JustificacinPositivaBits Jij = 1Ri = llenado (justificacin)Bits Jij = 0Ri = informacin (no justif.)(La decisin se basa en el resultado mayoritario de Jij's)Longitud de trama1536 bitsNmero disponible de bits por tributariapor trama3778 bitsMtodo de multiplexacinIntercalado de bitsVelocidad de trama22375.0 trama/sVelocidad de alineamiento de trama223750.0 bit/sTasa mxima de justificacin por tributaria22375 bit/s aproxCoeficiente nominal de justificacin0.436 La justificacin de la seal tributaria transportada sigue un esquema similar en todos los niveles: algunos bits de control para indicar cuando el correspondiente bit de justificacin esta lleno de informacin o no. Cuarto Nivel de Multiplexacin: 140 Mbit/s (E4) La estructura de trama de la seal E4, est definida en la recomendacin G.751 de la ITU-T. En este 10 caso, pueden verse 6 bloques diferentes, mientras, en los otros niveles, nicamente el primer y el ltimo bloque eran diferentes. La palabra de alineamiento de trama es tambin diferente: 111110100000, siendo el coeficiente de justificacin tambin diferente: 41.9%. Caractersticas tcnicas 140 Mbit/s Velocidad binaria139264.0 kbit/s +/- 15 ppmCdigo de lneaCMIV Nominalptp1 VImpedncia75 OhmsNivel de atenuacin tolerada a la entrada0-12 dB a 70 MHz como Nmero de tributarias4JustificacinPositivaBits Jij = 1Ri = llenado (justification)Bits Jij = 0Ri = informacin (no justif.)(La decisin se basa en el resultado mayoritario de Jij's)Longitud de Trama2928 bitsBits disponibles por tributaria y trama723 bitsMtodo de MultiplexacinIntercalado de bitsVelocidad de Trama47563.842 trama/sVelocidad de alineamiento de Trama570754.098 bit/sMxima tasa de justificacin por tributaria47563 bit/s aproxCoeficiente nominal de justificacin0.419 11 MAPA PDH La PDH (Jerarqua Digital Plesicrona) es la tecnologa ms bsica para la transmisin digital de banda ancha. Basada en la velocidad binaria de 2048 kbit/s (G.732, Jerarquia Europea) o en 1544 kbit/s (G.733, Jerarqua Norteamericana), las tributarias son intercaladas para su multiplexacin dentro de un canal de mayor nivel. Hay realmente cuatro niveles en la jerarqua, con sus velocidades definidas en el estandard G.702 de la ITU-T, que son, para el sistema europeo, 2048 kbit/s, 8448 kbit/s (G.742), 34 Mbit/s y 140 Mbit/s (G.751) Los 2048 kbit/s (2 Mbit/s a partir de ahora) tienen capacidad de transmitir simultneamente 30 canales de voz de 60 kbit/s. Los 128 kbit/s se utilizan de distintas formas. 64 kbit/s se utilizan para propositos especificos de entramado, como alineamiento de trama y alarmas del extremo remoto, mientras que el resto de los 64 kbps se utilizan principalmente para sealizacin CAS (asociada a los canales)12 La principal motivacin de este documento es proporcionar una herramienta grfica e intuitiva para la identificacin rpida de cualquier tema que sea necesario recordar o encontrar sobre PDH. Empezando con la estructura de multiplexado bsica, este documento explica como se construyen los diferentes niveles jerrquicos, empezando con la seal bsica de 2 Mbps y siguiendo con los 8, 34 y 140 Mbit/s. La PDH es una tecnologa plesicrona, por ello no es posible insertar o extraer (add&Drop) ningun canal o tributaria sin de sin demultiplexar completamente la seal de entrada hasta el nivel requerido. Obviamente, y conjuntamente con el problema de la limitacin en las posibilidades de administracin y mantenimiento, esta es la mayor desventaja para esta tecnologa, especialmente para operadores cuando proyectan sus redes. Por esta razn, nuevas tecnologas de transmisin tales como SDH se han desarrollado permitiendo configuraciones de red ms flexibles y menos costosas.

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