Trame MIC CEPT Formation

Sommaire INTRODUCTION FILTRAGE ECHANTILLONNAGE QUANTIFICATION - CODAGE MULTIPLEXAGE ORGANISATION DE LA TRAME ORGANISATION DE LA MULTI-TRAME TRANSFORMATION du signal codé en un signal en HDB3 10-96

INTRODUCTION La trame MIC (Modulation par Impulsions Codées) a été développée pour la commutation temporelle de voies téléphoniques numérisées. Elle a été normalisée par la Commission Européenne des Postes et Télécommunications (CEPT). Elle permet de multiplexer, sur une même paire, 30 voies téléphoniques numérisées. Par la suite, les 30 voies numériques de la trame MIC ont été utilisées pour transmettre toutes sortes de données numériques (FAX, données en X25, vidéo...) La trame MIC permet la transmission de 30 voies numériques, la signalisation pour les 30 voies et la synchronisation de l'ensemble des informations. 10-96

FILTRAGE La bande passante nécessaire pour transmettre la voix humaine pour qu'elle puisse être correctement comprise est : 300 - 3400 Hz. Avant l'échantillonnage et la numérisation, le signal BF traverse un filtre qui limite la fréquence du signal à 4000 Hz Amplitude 300 Hz 4 kHz Fréquence 10-96

ECHANTILLONNAGE L'échantillonnage est, après le filtrage, une opération effectuée sur le signal à transmettre en vue de réaliser la conversion "analogique / numérique". Il consiste à substituer, au signal d'origine, une suite de valeurs instantanées prélevées sur le signal et régulièrement espacées dans le temps. A des instants précis, régulièrement espacés, on prélève un échantillon du signal, qui sera représentatif de l'amplitude de celui-ci. A la réception, pour retrouver le signal original, on filtre les échantillons par un filtre "passe-bas" à 4000 Hz. Le théorème de Shannon montre qu'on ne peut pas reconstitué correctement le signal origine si la fréquence d'échantillonnage n'est pas supérieure à 2 fois la fréquence supérieure du signal à transmettre. Pour la trame MIC la fréquence d'échantillonnage Fe est de 8000 Hz. Fe > 2 Fmax 10-96

ECHANTILLONNAGE Fe > 2fs : le signal peut être reconstitué Fe < 2fs : le signal ne peut être reconstitué ( pas assez d'échantillons ) 10-96

QUANTIFICATION L'échantillonnage d'un signal BF consiste en une modulation d'un peigne d'impulsions par le signal BF. Le résultat est une modulation d'amplitude de l'impulsion par le signal encore appelée PAM (Pulse Amplitude Modulation). Nous pouvons transmettre ces impulsions modulées en amplitude mais elles seraient très sensibles aux bruits et distorsions. Pour reconstituer le signal à la réception, il n'est pas indispensable de transmettre directement ces impulsions. Il suffit de transmettre une information caractérisant l'amplitude de chacune d'entre elles. Pour cette raison, nous quantifions le signal en faisant correspondre à chaque amplitude d'échantillon, l'amplitude la plus voisine d'une suite discrète et finie d'amplitudes "étalons" appelées "niveaux". C'est la valeur de ces niveaux qui, à l'émission, après codage, sera transmise en ligne. Chaque niveau de l'échelle de quantification est caractérisé par un numéro binaire. 10-96

QUANTIFICATION ( suite ) V 128 plages +4 milieu de la plage +3 +2 +1 plage +0 -0 -1 -2 -3 -4 128 plages 03-96

QUANTIFICATION ( suite ) A chaque plage comprise entre 2 niveaux correspond un numéro. C'est un mot codé en BINAIRE. Pour le MIC, les échantillons sont codés par des mots de 8 bits. On dispose donc de 256 plages, soit 256 mots de 8 bits. Il y a 128 plages de niveaux positifs et 128 plages de niveaux négatifs. A chaque échantillon situé dans une plage, est associé un mot binaire correspondant au numéro de la plage. Cette information est transmise et à la réception, le mot binaire reçu est reconverti en une impulsion dont le niveau correspond au milieu de la plage correspondante. L'erreur de quantification (différence entre niveau réel de l'échantillon et le milieu de la plage correspondante) est d'autant plus faible que nombre de plages est grand. 10-96

QUANTIFICATION ( suite ) B S B = Bruit de quantification S = niveau du Signal S / B = Signal / Bruit 10-96

QUANTIFICATION ( suite ) Le nombre de niveaux étant limité, il existe un + Vmax et un - V max. Une impulsion de niveau supérieur à ces valeurs est écrétée. Dans une quantification dite linéaire, la largeur des plages est identique pour tous les niveaux. Dans une quantification non linéaire, la largeur des plages est variable selon le niveau du signal. Une quantification non linéaire correspond à une compression du signal. Pour une bonne transmission, il faut que le rapport signal / bruit soit indépendant du niveau du signal (même qualité aux signaux faibles qu'aux niveaux forts) Pour les niveaux faibles, le bruit de quantification B doit être plus petit que pour les niveaux forts, donc la largeur des plages est plus petite. On utilise une échelle de quantification logarithmique qui correspond à la courbe de sensibilité de l'oreille et maintien un rapport S/B presque constant. 11-96

ECHELLE DE QUANTIFICATION ( partie positive ) N° de plage en décimal ECHELLE DE QUANTIFICATION ( partie positive ) 128 112 96 80 64 48 32 16 10-96 1/16 1/8 1/4 1/2 1 1 = Vmax = 3 072 mV

QUANTIFICATION ( suite ) Sur chaque segment est affectée une quantification linéaire (16 niveaux). La largeur des plages double d'un segment au suivant. Pour l'ensemble des niveaux (positifs et négatifs) on dispose de 16 segments. La courbe logarithmique est approximée par des SEGMENTS DE DROITE. Chaque segment est divisé en 16 plages, soit au total 256 plages. 10-96

CODAGE Constitution du mot binaire. Un mot binaire de 8 bits, correspondant à une plage du signal, est constitué ainsi Le bit S est le bit de signe ( "1" pour tension positive ) Les bits A, B, C représente le numéro de segment de droite Les bits W, X, Y, Z indiquent la plage parmi les 16 plages possibles sur le segment de droite sélectionné. Le mot 1 1 0 0 1 0 1 0 représente une impulsion positive de la plage 10 du segment 4. LSB 1 MSB 8 S A B C W X Y Z

MULTIPLEXAGE La trame MIC est conçue pour transmettre simultanément 30 voies téléphoniques, en utilisant les temps libres entre deux échantillonnages successifs d'une voie pour intercaler les échantillons des autres voies. Chaque voie est échantillonnée à : - 8 kHz soit toutes les 125 microsecondes - chaque échantillon est codé par mot de 8 bits - chaque voie transmet donc un débit de 64 kbps. Bien que la trame ait été conçue pour transmettre 30 voie téléphoniques numérisées, les voies BF peuvent être remplacées par des voies de données à 64 kbps. L'assemblage des mots binaires entre 2 échantillons successifs d'une même voie forme la trame. Chaque voie dispose dans la trame d'un intervalle de temps correspondant à 8 bits (en abrégé IT). 10-96

MULTIPLEXAGE ( suite ) Constitution de la trame. Dans une trame nous avons 30 IT d'information ou 30 mots de 8 bits à transmettre en 125 microsecondes. 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits V1 V2 V30 T = 125 microsecondes V3 10-96

ORGANISATION DE LA TRAME Organisation de la trame A la réception, pour diriger sur chaque voie les mots qui lui appartiennent, il est indispensable de posséder une référence; à cet effet, un intervalle de temps supplémentaire placé en début de chaque trame ( IT 0 ) permet de transmettre un mot de Verrouillage de Trame ( VT ). Une communication téléphonique ne se conçoit pas sans signalisation. Un IT supplémentaire de signalisation est placé au milieu de la trame ( IT 16 ). Finalement la trame contient 32 IT de 8 bits chacun pour une durée de 125 microsecondes. Le débit numérique est donc de 32 voies à 64 kbps soit 2 048 kbps. 11-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME Organisation de la multitrame L'IT 16 de signalisation ne comprend que 8 bits pour transmettre la signalisation de 30 voies. On admet pour la signalisation un rythme plus lent que pour les données. L'ensemble de la signalisation pour les 30 voies s'effectue sur 16 trames soit : 125 microsecondes x 16 = 2 millisecondes Ces 16 trames forment la multitrame. La répartition se fait de la manière suivante : - l'IT16 de la trame "0" est le mot de Verrouillage de Multi-Trame (VMT) indispensable pour la synchronisation des signalisations à la réception - 2 à 4 bits par IT 16 pour les trames "1 à 15" Si l'on n'utilise que 30 bits pour la signalisation (1 bit par voie) les 30 autres bits peuvent être utilisés pour transmettre de la télégraphie. 10-96

1 ORGANISATION DE LA TRAME ( suite ) RI 1 L'IT0 possède 2 configurations particulières suivant que la trame est paire ou impaire IT0 de des trames paires ( 0 , 2 , 4 ... ) Le bit n°1 (RI1) est la Réserve Internationale n°1, il est mis à "1" si la réserve n'est pas utilisée. Les bits n°2 à 8 forment le mot de Verrouillage de Trame (VT) LSB 1 MSB 8 RI 1 1 Mot de Verrouillage Trame : MVT 10-96

ORGANISATION DE LA TRAME ( suite ) L'IT0 possède 2 configurations particulières suivant que la trame est paire ou impaire IT0 de des trames impaires ( 1 , 3 , 5 ... ) Le bit n°1 ( RI2 ), Réserve Internationale 2, est à "1" si réserve non utilisée. Les bits n°2 et 6 sont fixés à "1" pour éviter toute ressemblance avec le mot VT. Le bit n°3 est utilisé pour l'alarme en cas de perte de VT : "0" pas d'alarme. Le bit n°4 est utilisé pour l'alarme taux d'erreur : "0" = erreur < 10-3 Les bits ( RN ), Réserve Nationale sont à "1" si réserve non utilisée. LSB 1 MSB 8 RI 2 1 A E RN 10-96

A R ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) IT 16 de la trame "0" RI 3 Les bits n°1 à 4 forment le mot de Verrouillage Multi-Trame ( VMT ) Le bit n°5, Réserve Internationale n°3 Le bit n°6 est utilisé pour l'alarme en cas de perte de VMT : "0" pas d'alarme Les bits n° 7 et 8 sont en réserve LSB 1 MSB 8 RI 3 A R Mot de Verrouillage MultiTrame : MVMT 10-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) IT 16 de la trame "n" Les bits n°1 et 2 forment la signalisation de la voie n ( 1 ou 2 bits ) Le bit n°4 est fixé à "1" pour éviter toute ressemblance avec le VMT Les bits n°5 et 6 forment la signalisation de la voie m = n+15 Les bits n° 7 et 8 sont en réserve ( fixés respectivement à "0" et "1" ) LSB 1 MSB 8 S1n S2n 1 S1m S2m 10-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) Trames impaires (1, 3, 5, . . .) R 1 E A Trames paires (0, 2, 4, . . .) Info voie 30 IT 1 2 - - - - - 15 16 17 31 Plage de segment N° de ± Z Y X W C B A S Trames "n" 1 S2n+15 S1n+15 S2n S1n Trame "0" R A Info voie 1 10-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) Code correcteur d'erreur : CRC4 SMT n SMT n+1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) Code correcteur d'erreur : CRC4 SMT n SMT n+1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 IT 0 R 1 IT 0 R 1 IT 0 R 1 IT 0 R 1 10-96

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (suite) Code correcteur d'erreur : CRC4 Soit F(x) la fonction polynomiale de la SMT "n" Soit G(x) = X4 + X + 1 Le CRC 4 est le reste de la division polynomiale F(x) / G(x) Il est inséré dans la SMT "n + 1"

Codage HDB3 1

Codage HDB3 1

Codage HDB3 1 Bit de viol

Codage HDB3 1

Codage HDB3 1 Bit de remplissage

Codage HDB3

Codage HDB3

Codage HDB3 (suite) Définitions : Bipolaire : impulsion en ligne en polarité normale (alternée) correspondant à un "1" binaire Viol : impulsion en ligne en viol de bipolarité (de même signe que l'impulsion en ligne précédente) correspondant au quatrième "0" d'une séquence de quatre "0" consécutifs Remplissage : impulsion en ligne de remplissage en bipolarité normale (alternée) correspondant au premier "0" d'une séquence de quatre "0" consécutifs, générée pour assurer le viol de polarité suivant le signe inverse au viol précédent 10-96

RESUME La transmission numérique des 30 voies MIC s'effectue par : FILTRAGE de chacune des voies pour limiter le spectre ECHANTILLONNAGE de chacune des voies QUANTIFICATION et CODAGE des échantillons MULTIPLEXAGE temporel des échantillons codés TRANSFERT du signal codé en un signal HDB3 suppression des composantes continues du signal à cause des transfos, transfert sous un seul signal des données et du rythme Cela nécessite une organisation en : TRAME pour les voies MULTITRAME pour les signalisations 10-96

TRAITEMENT D'UNE VOIE Filtrage 4 kHz Quantification Codage Autres voies Signal numérique tramé Signal audio Filtrage 4 kHz Quantification Codage Multiplexage Signal à spectre borné Voie codée Autres voies 10-96