Modulation par Impulsions et codage

MIC MIC

19 Octobre 2010

Jihène BEN ABDERRAZAK

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 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.

2

Téléphonie analogique actuel

3

Téléphonie entièrement numérique

4

� RNIS: Réseaux Numérique à Intégration de Services

Liaisons MIC en GSM

5

TRAITEMENT D'UNE VOIE

FiltrageEchantillonnage Codage Multiplexage

Signal

audio

Signal

numérique

tramé

Autres voies

QuantificationFiltrage

4 kHzEchantillonnage Codage Multiplexage

Signal

à spectre

borné

Voie

codée

Autres voies

6

Quantification

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

Am

pli

tud

e

Fréquence300 Hz 4 kHz

7

ECHANTILLONNAGE (1)

� A des instants précis, régulièrement espacés, on prélève des

échantillons du signal, qui seront représentatif s 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 � 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

8

ECHANTILLONNAGE (2)

�Fe > 2fs : le signal peut être reconstitué

�Fe < 2fs : le signal ne peut être reconstitué ( pas assez d'échantillons )

9

QUANTIFICATION (1)

� L'échantillonnage d'un signal BF consiste en une modulation d'un

peigne d'impulsions par le signal BF.

�Nous pouvons transmettre ces impulsions modulées en amplitude mais elle seraient très sensibles aux bruits et distorsions!

Pour reconstituer le signal à la réception, il n'est pas indispensable de

transmettre directement ces impulsions.

Transmettre une information caractérisant l'amplitude de chacune

d'entre elles: quantifier 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".

Chaque niveau de l'échelle de quantification est caractérisé par un

numéro binaire.

10

QUANTIFICATION (2)

128 plages

V

+0

+1

+2

+3

+4 milieu de la plage

plage

+0

-0

-1

-2

-3

-4

128 plages

11

QUANTIFICATION (3)

� 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 � 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.

12

QUANTIFICATION (4)

B

S

B = Bruit de quantification

S = niveau du SignalS S = niveau du Signal

S / B = Signal / Bruit

13

QUANTIFICATION (5)

� Le nombre de niveaux étant limité, il existe un + Vmax et un - V

max.

Une impulsion de niveau supérieur à ces valeurs est écrêtée.

� 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)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.14

ECHELLE DE QUANTIFICATION (6)N° de plage en

décimal

96

80

128

112

0

64

48

3

2

1

6

11/21 = Vmax = 3 072 mV

1/41/81/1615

QUANTIFICATION (7)

� 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 � 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.

16

CODAGE

� Constitution du mot binaire

Un mot binaire de 8 bits, correspondant à une plage du signal, est

constitué ainsi:

MSB LSB

S A B C W X Y Z

� Le bit S est le bit de signe ( "1" pour tension positive )

� Les bits A, B, C représentent 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.

S A B C W X Y Z

17

MULTIPLEXAGE (1)

� La trame MIC est conçue pour transmettre simultanément 30 voies

téléphoniques numérisées.

� 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.- chaque voie transmet donc un débit de 64 kbps.

Bien que la trame ait été conçue pour transmettre 30 voie

téléphoniques numérisée, les voies BF peuvent être remplacées par des

voies de données à 64 kbps.

� Chaque voie dispose dans la trame d'un intervalle de temps (IT)

correspondant à 8 bits.

18

MULTIPLEXAGE (2)

� Constitution de la trame:

Dans une trame nous avons 30 IT d'information ou 30 mots de 8 bits à

transmettre simultanément en 125 microsecondes.

8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

V1 V2 V30 V1 V2

T = 125 microsecondes

V3

19

ORGANISATION DE LA TRAME (1)

� A la réception, pour diriger sur chaque voie les mots qui lui

appartiennent, il est indispensable de posséder une référence.

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.

20

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (1)

� 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.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 et les 30 autres bits

peuvent être utilisés pour transmettre de la télégraphie.

21

ORGANISATION DE LA TRAME (2)

� L'IT0 possède 2 configurations particulières suivant que la trame est

paire ou impaire

� IT0 de des trames paires (0 , 2 , 4 ... )

MSB 1

LSB8

� 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)

RI 1 0 0 1 1 0 1 1

Mot de Verrouillage Trame : MVT

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ORGANISATION DE LA TRAME (3)

� IT0 de des trames impaires ( 1 , 3 , 5 ... )

MSB 1

LSB 8

RI 2 1 A E RN 1 RN RN

� 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

les motsVT.

� 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.23

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (2)

� IT 16 de la trame "0"

MSB 1

LSB 8

0 0 0 0 RI 3 A R R

Mot de Verrouillage

� 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

Mot de Verrouillage MultiTrame : MVMT

24

ORGANISATION DE LA MULTITRAME(3)

� L'IT 16 de la trame "n"

MSB 1

LSB 8

S1n S2n 0 1 S1m S2m 0 1

� 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" )

25

Trames impaires (1, 3, 5, . . .)RR1REA1R

Trames paires (0, 2, 4, . . .)1101100R

ORGANISATION DE LA MULTITRAME (4)

Info voie 30

IT IT IT - - - - IT IT IT - - - - IT

Info voie 1

IT

0

IT

1

IT

2

- - - -

-

IT

15

IT

16

IT

17

- - - -

-

IT

31

Plage desegment

N° desegment

±

ZYXWCBAS

Trames "n"10S2n+15S1n+1510S2nS1n

Trame "0"RRAR0000

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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� MULTIPLEXAGE temporel des échantillons codés

� TRANSFERT du signal codé en un signal HDB3

�Cela nécessite une organisation en :

� TRAME pour les voies

� MULTITRAME pour les signalisations

27