home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Standards / CD2.mdf / ccitt / 1992 / g / g4.asc < prev    next >
Text File  |  1993-08-15  |  46KB  |  1,118 lines

  1. C:\WINWORD\CCITTREC.DOT_______________
  2.  
  3. Recommendation G.763
  4.  
  5. ANNEX B
  6.  
  7. (to Recommendation G.763)
  8.  
  9. B.1    An example of a DLC double averaging technique
  10.  
  11.     The average number of encoding bits per sample is obtained using a double 
  12. average process.
  13.  
  14. a)    The first stage averaging is computed at discrete time instances once every n 
  15. DCME frames, where n is operator selectable (n=4, 16, 32, 64 or 128). The 
  16. result of the computation is the ensemble average <Se> taken over the 
  17. ensemble of BCs which are carrying voice traffic and will result in one of 
  18. the following possible outcomes:
  19.  
  20. û    <Se>=4 for N ú M
  21.  
  22. û    <Se>=4M/N for 3N/4 ú M < N
  23.  
  24. with M=    total number of 4 bit bearer time slots in the pool which are not 
  25. used for voice band data, bit banks and 64kbit/s on-demand traffic 
  26. counted in the measurement frame.
  27.  
  28.     N=    total number of connected active voice ITs, counted in the measurement 
  29. frame.
  30.  
  31. Two ensemble averages should be determined:
  32.  
  33. û    <Sea>ûwhich is the actual measured ensemble average of encoding bits/
  34. sample <Se> based on <Sea>ûactual counts of M and N.
  35.  
  36. û    <Sep>ûwhich is the predicted ensemble average of encoding bits/sample 
  37. <Se> based on the <Sep>ûactual count of N and a reduced count of Mû
  38. 2.
  39.  
  40. b)    The second stage averaging should be a moving discrete time averaging of 
  41. <Sea> and <Sep>:
  42.  
  43. û    Staûwhich is the moving discrete time average of 100 consecutive values 
  44. of <Sea>.
  45.  
  46. û    Stpûwhich is the moving discrete time average of 100 consecutive values 
  47. of <Sep>.
  48.  
  49. The value of Sta may be used as a measure of the average number of encod-
  50. ing bits/sample when determining the dynamic load control condition for 
  51. voice and voice band data channels.
  52.  
  53. The value of Stp may be used as a measure of the average number of encod-
  54. ing bits/sample when determining the dynamic load control condition for 
  55. on-demand 64kbit/s channels.
  56.  
  57. B.2    Transmit activity detector threshold and operate time characteristic
  58.  
  59.     A typical response to a sinusoidal stimulus signal in the band 300 to 3400 Hz 
  60. will be as given below:
  61.  
  62.     Average signal power (see Note)        Operate time
  63.  
  64.     < -40 dBm0                    OFF
  65.     │ -40 dBm0, ú -30 dBm0        Figure B-1/G.763
  66.     > -30 dBm0                    2 ms < t < 4 ms
  67.  
  68.     The operate time requirements will be satisfied while permitting tolerances on 
  69. the average signal power of any stimulus signal in the frequency band at boundary con-
  70. ditions as follows:
  71.  
  72.     -40 dBm0 + 1.5 dB
  73.  
  74.     -30 dBm0 + 1.0 dB
  75.  
  76.     A typical rate of change of the transmit activity detector adaptive threshold will 
  77. be between 2.5 dB/s and 20.0dB/s.
  78.  
  79.     Note û The activity detector should not indicate activity for idle channel noise 
  80. less than -40 dBm0.
  81.  
  82. FIG. B-1/G.763
  83.  
  84.  
  85.  
  86. B.3    Data/speech discriminator
  87.  
  88.     Functionally, the data/speech (D/S) discriminator determines whether the activ-
  89. ity on each transmit IT is speech or data and provides a speech/data indication to the 
  90. hangover control and signal classification process.
  91.  
  92.     The implementation of the D/S discriminator may be performed by a combina-
  93. tion of spectral analysis and 2100Hz tone detection.
  94.  
  95.     The following requirements should be met with the modem types and bit rates 
  96. given in Table 7/G.763.
  97.  
  98. B.3.1    Output conditions
  99.  
  100.     The D/S discriminator analyzes the activity on each transmit IT and provides 
  101. the following output conditions:
  102.  
  103.     Activity                        Output condition
  104.  
  105.     Speech                        ôVoiceö
  106.     Tones except 2100 Hz            ôVoiceö
  107.     Data signal (see Note)            ôDataö
  108.     2100 Hz                        ôDataö
  109.  
  110.     Note û V.23 modem signals may be classified as either voice or data dependent 
  111. upon the design of the data/speech discriminator.
  112.  
  113.     The D/S discriminator provides a continuous output condition indicating the 
  114. presence of either speech or data on the ITs. The current output condition should be 
  115. maintained upon termination of activity on the IT or until the output condition of a sub-
  116. sequent activity is determined. Upon system start-up or map change, the D/S discrimi-
  117. nator should be reset to ôVoiceö.
  118.  
  119. B.3.2     Accuracy
  120.  
  121.     The missed detection probability of data as speech or speech as data should be 
  122. less than 0.5%.
  123.  
  124. B.3.3     Response time
  125.  
  126.     The D/S discriminator should update its output condition within 200ms after 
  127. any of the following changes in the signal characteristics on the IT:
  128.  
  129. û    Inactive-to-speech
  130.  
  131. û    Inactive-to-data
  132.  
  133. û    Speech-to-data
  134.  
  135. û    Data-to-speech
  136.  
  137. B.3.4    2100 Hz tone detection
  138.  
  139.     The 2100 Hz tone detector should meet the following requirements:
  140.  
  141. û    Frequency range of tone:            2100 + 21 Hz
  142.  
  143. û    Minimum amplitude of tone:        -25 dBm0
  144.  
  145. û    Response time:            < 100 ms (for further study)
  146.  
  147. B.4    2400 Hz tone detector
  148.  
  149.     The 2400 Hz tone detector should meet the following requirements:
  150.  
  151. û    Frequency of tone:            2400 Hz + 15 Hz
  152.  
  153. û    Minimum amplitude of tone:        -25 dBm0
  154.  
  155. û    Response time:            < 50 ms
  156.  
  157. û    Missed detection probability:        < 0.5%.
  158.  
  159. B.5    Speech detector/echo control device interactions
  160.  
  161.     Consideration must be given to minimizing excessive channel loading which 
  162. may exist as the result of network interactions between the DCME speech detector and 
  163. an echo control device (see FigureB-2/G.763).
  164.  
  165.     If the DCME utilizes an adaptive threshold speech detector, interaction between 
  166. the speech detector threshold adjustment and the echo control operation may generate 
  167. excessive activity in the channel. The echo control device modulates the terrestrial cir-
  168. cuit noise accumulated between the telephone and the send-input port of the echo con-
  169. trol device. The adaptive threshold speech detector may falsely classify this change in 
  170. terrestrial circuit noise as speech and increase the load on the DCME. This will 
  171. increase the occurrence of overload channels and/or freeze-out, thereby degrading the 
  172. performance in the baseband channel. This interaction occurs as follows:
  173.  
  174. a)    Receive speech arrives at the receive input (Rin) port of the echo control unit.
  175.  
  176. b)    The echo suppression switch or canceller centre clipper activates, stopping 
  177. the echo or residual echo and attenuating the near-end-generated analogue 
  178. terrestrial noise (N1) present at the send input (Sin) port.
  179.  
  180. c)    If very little noise is generated between the echo control send output (Sout) 
  181. port and the DCME speech detector input, the speech detector threshold will 
  182. adapt to its minimum level (typically -50dBm0).
  183.  
  184. d)    When the receive speech stops, after a suitable echo control unit handover 
  185. time the echo suppression switch or canceller centre clipper will close and 
  186. the near-end-generated terrestrial noise, as seen by the DCME speech detec-
  187. tor will reappear as a step change in noise level.
  188.  
  189. e)    This step change in noise level may exceed the speech detector threshold, 
  190. causing the DCME to transmit a noise spurt as if it were speech. The noise 
  191. spurt duration will be a function of the adaptation speed of the speech detec-
  192. tor and the near-end-generated terrestrial noise level.
  193.  
  194.     This sequence will be repeated for every speech spurt and will produce a very annoy-
  195. ing speech-correlated noise spurt heard by the far-end talkers every time they stop 
  196. speaking.
  197.  
  198.     This interaction is not limited to single echo control device network configurations. A 
  199. typical network configuration with multiple echo control devices interacting with a 
  200. DCME speech detector is shown in FigureB-3/G.763. In this configuration, the 
  201. DCME speech detector may respond to unit step increases in noise power which result 
  202. from echo suppressor switch or echo canceller centre clipper activations in the send 
  203. paths of echo control devices 1 and 3. The DCME speech detector will first experience 
  204. a unit step increase in noise power from echo control device 3 switch activation, fol-
  205. lowed by a second step increase from echo control device 1 switch activation. The 
  206. extent to which the DCME speech detector incorrectly responds to these step increases 
  207. in noise power will be a function of the noise power levels N1, N2, N3, and N4, and the 
  208. specific DCME speech detector threshold adaptation algorithm. For example, the dual 
  209. step increases in noise presented to the DCME speech detector which result from 
  210. switch or centre clipper activation at locations 1 and 3 will be masked if the power 
  211. level of N4 is excessively high. Likewise, high noise power levels at N2 or N3 may 
  212. mask step increases in noise power caused by echo control unit1.
  213.  
  214.     There are several methods for dealing with the interactions between the echo control 
  215. devices and the DCME speech detector. In one approach, the echo control device could 
  216. be modified to monitor the terrestrial-generated noise at the send-input port. When the 
  217. send transmission path is broken, noise at the proper level is injected into the 
  218. send-output toward the DCME, keeping the noise seen by the speech detector at a con-
  219. stant level and avoiding speech detector activation. This approach is unacceptable due 
  220. to the number of different echo control devices in use and the uniqueness of the appli-
  221. cation. In a second approach, the speech detector adaptive threshold would be frozen in 
  222. the presence of speech on the corresponding receive channel. A third approach would 
  223. be to specify an adaptive speech detector with a fast adaptation feature which would 
  224. track step changes in noise level and minimize the noise spurts.
  225.  
  226.     The transmit activity detector threshold should not adapt to Gaussian noise level varia-
  227. tions which are due to the action of echo suppressors or echo cancellers. This may be 
  228. accomplished by any means which is functionally equivalent to providing the transmit 
  229. activity detector with a threshold inhibit signal from a receive activity detector when 
  230. activity is present on the receive channel (see º12.4).
  231.  
  232. Fig. B-2/G.763 = 7,5 cm
  233.  
  234.  
  235.  
  236. Fig. B-3/G.763 = 6 cm
  237.  
  238.  
  239.  
  240. B.6    Timing synchronization
  241.  
  242.     The following figures provide a number of examples of Doppler and plesio-
  243. chronous slip buffer placements for a variety of network synchronization schemes. In 
  244. the figures it is assumed that all buffers will derive their write clocks from the input bit 
  245. stream.
  246.  
  247. B.6.1    Point-to-point operation
  248.  
  249. B.6.1.1    Terrestrial operation within a national network
  250.  
  251.     Figures B-4/G.763 and B-5/G.763 show methods of DCME terminal synchroni-
  252. zation for operation within a national network.
  253.  
  254. Fig. B-4 y B-5/G.763 = 12 cm
  255.  
  256.  
  257.  
  258. B.6.1.2    Terrestrial operation between national networks
  259.  
  260.     Figures B-6/G.763, B-7/G.763 and B-8/G.763 show methods of terminal syn-
  261. chronization for operation between national networks via terrestrial networks. Plesio-
  262. chronous buffers are required for networks as shown in FiguresB-6/G.763 and B-7/
  263. G.763. Figure B-8/G.763 utilizes loop timing and therefore does not require plesio-
  264. chronous buffering.
  265.  
  266. Fig. B-6/G.763 = 6,5 cm
  267.  
  268.  
  269.  
  270. Fig. B-7 y B-8/G.763 = 13 cm
  271.  
  272.  
  273.  
  274. B.6.1.3    Satellite operation between national networks based upon continuous digital 
  275. carrier type services
  276.  
  277.     Figures B-9/G.763, B-10/G.763, B-11/G.763 and B-12/G.763 show methods of 
  278. terminal synchronization for operation between national networks over a satellite link 
  279. based upon asynchronous continuous digital carrier type services. FigureB-9/G.763 
  280. introduces controlled slips between the DCMEs which are limited to 1 in 70days if 
  281. G.811 clocks are available in both networks. The configuration shown in FiguresB-10/
  282. G.763, B-11/G.763 and B-12/G.763 permit slip free operation between the DCMEs.
  283.  
  284.  
  285.  
  286. Fig. B-9, B-10 y Fig. B-11/G.763 = 6,5 cm
  287.  
  288.  
  289.  
  290. B-12 /G.763 = 6,5 cm
  291.  
  292.  
  293.  
  294. B.6.1.4    Satellite operation between national networks based upon TDMA type services
  295.  
  296.     Figures B-13/G.763 and B-14/G.763 show a method of DCME terminal syn-
  297. chronization for operation between national networks over a satellite link based on 
  298. TDMA-type services. An appropriate interface is provided in the TDMA terminal to 
  299. permit interfacing the DCME with and without multi-clique over a primary multiplex 
  300. port. The configuration shown in FigureB-13/G.763 permits slip free operation 
  301. between the DCMEs.
  302.  
  303. B.6.2    Multi-clique operation
  304.  
  305. B.6.2.1    Terrestrial operation within a national network
  306.  
  307.     Figure B-15/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  308. operation within a national network. The cross connect function provides a means of 
  309. assembling the received multi-clique pools on to a single primary multiplex.
  310.  
  311. B.6.2.2    Terrestrial operation between national networks
  312.  
  313.     Figure B-16/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  314. operation between national networks via terrestrial facilities. Plesiochronous buffers 
  315. are required to resolve timing differences between the various plesiochronous net-
  316. works. Due to the multiple source nature of the multi-clique configuration, the plesio-
  317. chronous buffers must be placed before the cross connect function.
  318.  
  319. B.6.2.3    Satellite operation between national networks based upon continuous carrier 
  320. type services
  321.  
  322.     Figure B-17/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  323. operation between national networks based on continuous digital satellite carriers. Ple-
  324. siochronous/doppler buffers are required to resolve timing differences between the var-
  325. ious plesiochronous networks and to remove satellite induced doppler shifts on the 
  326. received data streams. Due to the multiple source nature of the multi-clique configura-
  327. tion, the plesiochronous/doppler buffers must be placed before the cross connect func-
  328. tion.
  329.  
  330. Fig. B-13/G.763 = 22 cm
  331.  
  332.  
  333.  
  334. Fig. B-14G.763 = 22 cm
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Fig. B-15/G.763 = 22 cm
  339.  
  340.  
  341.  
  342. Fig. B-16/G.763 = 22 cm
  343.  
  344.  
  345.  
  346. Fig. B-17/G.763 = 22 cm
  347.  
  348.  
  349.  
  350. B.6.3    Multi-destination operation
  351.  
  352. B.6.3.1    Terrestrial operation within a national network
  353.  
  354.     Figure B-18/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  355. operation within a national network. The received data streams are assumed to origi-
  356. nate from mutually synchronized sources.
  357.  
  358. B.6.3.2    Terrestrial operation between national networks
  359.  
  360.     Figure B-19/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  361. operation between national networks via terrestrial facilities. Plesiochronous buffers 
  362. are required to resolve timing differences between the various plesiochronous net-
  363. works. Due to the multiple source nature of the multi- destination configuration, the 
  364. plesiochronous buffers must be placed before the DCME receive function.
  365.  
  366. B.6.3.3    Satellite operation between national networks based upon continuous carrier 
  367. type services
  368.  
  369.     Figure B-20/G.763 shows a method of DCME terminal synchronization for 
  370. operation between national networks based on continuous digital satellite carriers. Ple-
  371. siochronous/doppler buffers are required to resolve timing differences between the ple-
  372. siochronous networks and to remove satellite induced doppler shifts on the received 
  373. data streams. Due to the multiple source nature of the receive signals in the multi-desti-
  374. nation configuration, the plesiochronous/doppler buffers must be placed before the 
  375. DCME receiver.
  376.  
  377. B.6.3.4    Satellite operation between national networks based upon TDMA-type services
  378.  
  379.     Figures B-21/G.763 and B-22/G.763 show a method of DCME terminal syn-
  380. chronization for operation between national networks over a satellite link based on 
  381. TDMA-type services. An appropriate interface is provided in the TDMA terminal to 
  382. permit interfacing the DCME over a primary multiplex port. The configuration shown 
  383. in FigureB-21/G.763 permits slip free operation between the DCMEs.
  384.  
  385. B.7    Performance
  386.  
  387. B.7.1     Speech performance (provisional)
  388.  
  389.     Recommendation P.84 describes a subjective test method for comparing the per-
  390. formance of DCME systems against suitable reference conditions for carefully defined 
  391. input signals. RecommendationP.84 consists of listening tests and is the recommended 
  392. source of information about subjective testing of DCME. These tests are a first step and 
  393. do not preclude the need for conversational tests.
  394.  
  395.     It is recommended that a fixed delay be inserted in the transmit speech path to 
  396. reduce the probability of front end clipping. This delay compensates for activity detec-
  397. tion time and DCME assignment message connection delay. The delay should be such 
  398. as to assure that the main speech spurt clipping is less than 5ms.
  399.  
  400. B.7.2    Voice band data performance
  401.  
  402.     Extensive testing has demonstrated satisfactory voice band data performance 
  403. for the 40kbit/s algorithm specified in RecommendationG.726 for voice band data 
  404. rates up to 9600bit/s.
  405.  
  406.     Voice band data at rates up to 12 000 bit/s can be accommodated by 40kbit/s 
  407. ADPCM. The performance of V.33 modems operating at 14400bit/s over 40kbit/s 
  408. ADPCM is for further study. Selection of a 64 kbit/s unrestricted channel through a 
  409. DCME is also possible and may be used for V.33 modems operating at 14400bits.
  410.  
  411. Fig. B-18/G.763 = 22 cm
  412.  
  413.  
  414.  
  415. Fig. B-19/G.763 = 22 cm
  416.  
  417.  
  418.  
  419. Fig. B-20/G.763 = 22 cm
  420.  
  421.  
  422.  
  423. Fig. B-21/G.763 = 22 cm
  424.  
  425.  
  426.  
  427. Fig. B-22/G.763 = 22 cm
  428.  
  429.  
  430.  
  431. Supplement No. 1
  432.  
  433. DCME TUTORIAL
  434.  
  435.  
  436. (to Recommendation G.763)
  437.  
  438. 1    Use of digital circuit multiplication system (DCMS)
  439.  
  440.     DCMS provide the means to reduce the cost of transmission (e.g. long distance 
  441. transmission) by making use of the combination of digital speech interpolation (DSI) 
  442. and low rate encoding (LRE) techniques.
  443.  
  444.     DSI is used to concentrate a number of input channels (generally referred to as 
  445. trunk channels) onto a smaller number of output channels (generally referred to as 
  446. bearer channels). It does this by connecting a trunk channel to a bearer channel only for 
  447. the period that the trunk channel is active, i.e.is carrying a burst of speech or voice-
  448. band data. Since in average conversations one direction of transmission is active only 
  449. for 30% to 40% of the time, if the number of trunks is large the statistics of the speech 
  450. and silence distributions will permit a significantly smaller number of bearer channels 
  451. (bearer channel pool) to be used. Control information must also be passed between the 
  452. terminals to make sure that bearer and trunk channel assignments at each end remain 
  453. synchronized.
  454.  
  455.     LRE uses digital filtering techniques to construct an estimate of the waveform 
  456. at both the encoder and the decoder. Since the actual information rate of speech is 
  457. much lower than the channel Nyquist rate the link used between the LRE encoder and 
  458. the decoder can operate at a rate which is dependent mainly on the quality of the mod-
  459. els and the permissible amount of transmission degradation. The CCITT has standard-
  460. ized in RecommendationsG.726 andG.727 a type of LRE known as ADPCM, the 
  461. performance of which has been extensively characterized. DCME uses the ADPCM 
  462. defined in RecommendationG.726.
  463.  
  464.     Facsimile compression uses recognition and decoding of some or all of the 
  465. voice-band signals sent by the modem to enable the sub-multiplexing of the digital 
  466. information from a number of trunk channels onto a reduced number of bearer chan-
  467. nels with the object of enhancing both the quality and the efficiency of transmission as 
  468. compared to rate reduction of the signals using ADPCM. This is under study.
  469.  
  470.     The simplest way to use DCMS is in the single destination mode as shown in 
  471. Figure 1/G.763. This mode of operation is most economic for the largest routes. For 
  472. smaller routes there are two options:
  473.  
  474. û    operation in multi-clique mode,
  475.  
  476. û    operation in multi-destination mode.
  477.  
  478.     Operation in multi-clique mode, see Figure 2/G.763, divides the bearer channels into a 
  479. number of blocks or cliques, each associated with a different route. There is normally a 
  480. fixed boundary between cliques, and trunk/bearer channel assignments are generally 
  481. carried in a control channel within the clique to which they refer. This limits the 
  482. dynamic processing of received channels to those which are contained in the wanted 
  483. clique; selection of the wanted clique channels can be done using a simple static digital 
  484. switch without reference to the assignment information. With a 2048kbit/s bearer sys-
  485. tem in multi-clique DCMS the statistics of the DSI are unpromising with more than 
  486. three routes.  RecommendationG.763 provides for two cliques.
  487.  
  488.     Operation in multi-destination mode, see Figure 3/G.763, permits any bearer channel 
  489. to be associated with any trunk channel of any of a number of different routes. There is 
  490. no segregation of routes on the bearer, and therefore at the receive terminal it is impos-
  491. sible to select the wanted channels without reference to the assignment information. 
  492. Multi-destination mode is economic for very small routes via satellite, but practical dif-
  493. ficulties limit the number of routes which it is desirable to have on a single DCMS.
  494.  
  495. 2    Location
  496.  
  497.     Location of DCME depends on its use. Equipment used in single destination 
  498. mode or in multi-clique mode can in general be located at:
  499.  
  500. û    ISC,
  501.  
  502. û    earth station,
  503.  
  504. û    cable head,
  505.  
  506. without significant restrictions. Equipment used in the multi-clique mode will typically 
  507. be located at the ISC so that the advantages of DCMG can be extended over the 
  508. national section. Equipment used in the multi-destination mode will typically be 
  509. located at the earth station or cable head. The reason for this is that whereas in multi-
  510. clique mode the number of receive bearer channels at the DCME terminal is approxi-
  511. mately equal to the number of transmit bearer channels, in multi-destination mode the 
  512. number of receive bearer channels at the DCME terminal is the number of transmit 
  513. bearer channels multiplied by the number of destinations. It therefore may be uneco-
  514. nomic to provide sufficient transmission capacity between earth station and ISC to per-
  515. mit location of multi-destination DCME at an ISC.
  516.  
  517. 3    Transmission requirements
  518.  
  519.     DCMS are usually required to carry any traffic which can be carried on ordinary 
  520. General Switched Telephone Network (GSTN) connections. That includes voice-band 
  521. data using V-Series Recommendation GSTN modems, facsimile calls following Rec-
  522. ommendations T.4 and T.30 and using V.29 modems. In addition, in the ISDN 64kbit/s 
  523. unrestricted on-demand digital data and alternate speech/64kbit/s unrestricted bearer 
  524. services must be carried.
  525.  
  526.     DCMS are primarily designed to maximize the efficiency of speech transmis-
  527. sion. Use with voice-band data, especially at high rates, presents problems. These 
  528. problems are mainly due to the difficulty for 32kbit/s ADPCM of encoding voice-band 
  529. data waveforms.
  530.  
  531. 4    DCME gain (DCMG)
  532.  
  533.     The gain of DCME is the input trunk channel transmission multiplication ratio, 
  534. which is achieved through application of DCME, including LRE and DSI (for a speci-
  535. fied speech quality at a certain level of bearer channel activity). The maximum avail-
  536. able gain depends on:
  537.  
  538. û    number of trunk channels;
  539.  
  540. û    number of bearer channels;
  541.  
  542. û    trunk channel occupancy;
  543.  
  544. û    speech activity;
  545.  
  546. û    voice-band data traffic;
  547.  
  548. û    ratio of half duplex to full duplex voice-band data;
  549.  
  550. û    type of signalling;
  551.  
  552. û    64 kbit/s traffic;
  553.  
  554. û    minimum acceptable speech quality;
  555.  
  556. û    dynamic load control threshold.
  557.  
  558.     Of these the factor which has the greatest significance is the percentage of 64 kbit/s 
  559. digital data traffic. This is because a trunk channel carrying 64kbit/s traffic requires 
  560. two 32kbit/s bearer channels to be removed from the pool of channels available to the 
  561. DSI process.
  562.  
  563.     The peak percentage of voice-band data may vary between 5 and 30 per cent, depend-
  564. ing on route. This is discussed in greater detail in SupplementNo.2.
  565.  
  566.     The type of signalling system used on the route can significantly affect the gain. Con-
  567. tinuously compelled signalling systems hold channels active for undesirably long peri-
  568. ods. In the case of CCITT R2 digital signalling via a DCMS used on a satellite, the 
  569. channel might be active for 5 to 14seconds.
  570.  
  571.     The measured speech activity depends on the characteristics of the activity detector. It 
  572. is usual to assume 35 to 40per cent. Channels with high ambient background noise can 
  573. increase this activity factor. Outside of the route busy hour the occupancy of the trunk 
  574. channels by traffic will be lower than in the route busy hour. The effect of this is to 
  575. reduce the ensemble activity measured by the activity detector to about 27per cent out-
  576. side the route busy hour, whereas it will be close to the speech activity factor, i.e.about 
  577. 40per cent during the route busy hour.
  578.  
  579.     The speech quality is governed by two main factors; the LRE encoding rate, and the 
  580. amount of speech lost while a newly active trunk channel is awaiting connection to a 
  581. bearer channel. If there are a great many newly active trunk channels in competition 
  582. the beginning of a burst of speech is more likely to be clipped or frozen out than if rel-
  583. atively few trunk channels are active.
  584.  
  585.     The speech quality of a DCME in a network with external echo control devices may be 
  586. affected by clipping introduced by echo control devices and by a possible noise con-
  587. trast effect. In particular when echo suppressors or echo cancellers are used on circuits 
  588. where the near end generated noise is high with respect to the noise generated in the 
  589. remainder of the link, suppression of the far end noise may be objectionable due to 
  590. noise contrast. Possible means of eliminating this problem are use of echo control 
  591. devices which insert idle line noise at the appropriate level during suppression periods, 
  592. or insertion of idle line noise at the DCME during the relevant period when the echo 
  593. control device is integrated in the DCME. Another approach is discussed in AnnexB, º 
  594. B.5 to RecommendationG.763.
  595.  
  596.     When commissioning a new DCMS, observations should be made of the type and char-
  597. acteristics of the traffic which will use it. It is unwise to rely solely on customer com-
  598. plaints to indicate when a system is poorly dimensioned. This is because interactions 
  599. between the DCMS and echo control (note) may obscure the true problem. Further-
  600. more the consequence of trying to concentrate too many trunk channels onto too few 
  601. bearers may be simply to increase the calling rate and to reduce the call holding time. 
  602. This may result in greatly reduced quality, especially where continuously compelled 
  603. signalling systems are used, and levels of trunk channel activity occur far above what 
  604. was envisaged in the original system dimensioning.
  605.  
  606.     Note û This highest speech quality is obtained when echo cancellers conforming to 
  607. Recommendation G.165 (Red Book) are used for echo control. However echo suppres-
  608. sors conforming to Recommendations G.164 (Red Book) and G.161 (Yellow Book) 
  609. may be used.
  610.  
  611.     Two possible criteria for acceptable speech performance are an average of 3.7 bits per 
  612. sample and less than 2.0% probability of clipping exceeding 50ms, or alternatively 
  613. that less than 0.5% of speech should be lost due to clipping.
  614.  
  615.     Using the above criteria, approximations have been derived that relate the percentage 
  616. of voice-band data and the number of trunk channels to the gain of a DCME. Approxi-
  617. mations intended for use in initial system dimensioning are given in SupplementNo.2 
  618. to RecommendationG.763.
  619.  
  620.     If a more accurate representation is required, then it will be necessary to do the first 
  621. order Markov chain analyses referred to in the literature on DSI [1], [2], [3].
  622.  
  623. 5    ISDN bearer services
  624.  
  625.     DCMS are generally required to carry the full range of ISDN bearer services 
  626. which can be provided on a 64 kbit/s channel as specified in RecommendationI.230 
  627. (Blue Book). These are:
  628.  
  629. û    Circuit mode 64 kbit/s unrestricted, 8 kHz structured bearer service category.
  630.  
  631. This may be used among other things for speech, multiple sub-rate informa-
  632. tion streams multiplexed by the user, or for transparent access to an X.25 
  633. public network.
  634.  
  635. û    Circuit mode 64 kbit/s, 8 kHz structured bearer service category, usable for 
  636. speech information transfer.
  637.  
  638. This is broadly similar to the preceding category, but with different access 
  639. protocols.
  640.  
  641. û    Circuit mode 64 kbit/s, 8 kHz structured bearer service category, usable for 3.1 
  642. kHz audio information transfer.
  643.  
  644. This bearer service provides the transfer of 3.1 kHz bandwidth audio infor-
  645. mation, such as for example voice-band data via modems, GroupI, II and III 
  646. facsimile information, and speech.
  647.  
  648. û    Circuit mode alternate speech/64 kbit/s unrestricted 8kHz structured bearer 
  649. service category.
  650.  
  651. This service is similar to both the unrestricted and speech 64kbit/s circuit-
  652. mode bearer services, but provides for the alternate transfer of either voice 
  653. or unrestricted digital information at 64kbit/s within the same call.
  654.  
  655. 6    Restoration of services
  656.  
  657.     For most applications the loss of traffic under failure conditions would be such 
  658. that it would be insufficient to install a single pair of terminals on a route without a 
  659. means of rapid changeover to spare equipment in the event of failure. This means that 
  660. DCME is often used in a cluster of N active DCMEs for onestandby. Automatic 
  661. changeover permits the standby to be loaded with the configuration and synchroniza-
  662. tion information of the failed terminal. Other automatic fallback modes may be consid-
  663. ered.
  664.  
  665.     Failure of the transmission system between DCME terminals can be handled by 
  666. normal transmission system restoration procedures. Failure of the transmission systems 
  667. entering the DCME terminals from the exchanges may result in a wide range of differ-
  668. ent alarm conditions being experienced particularly where a multi-destination DCME 
  669. terminal serves more than one exchange and more than one route. It is desirable to limit 
  670. the generation of alarm conditions to the channels which have actually failed.
  671.  
  672. 7    Control of transmission overload
  673.  
  674.     The reduction in the number of bearer channels available to the interpolation 
  675. process, due to the high activities of voice band and 64kbit/s data services or statistical 
  676. variations in the ensemble input speech activity can occur when the number of instan-
  677. taneously active trunk channels exceeds the number of available bearer channels. 
  678. Either event requires action to be taken to safeguard speech quality. There are four pos-
  679. sible solutions:
  680.  
  681. û    The system can be dimensioned so that with the maximum anticipated short-
  682. term trunk channel activities there is negligible probability of violating the 
  683. speech quality criteria. This employs the DCMS very inefficiently outside 
  684. the busy hour.
  685.  
  686. û    A multi-destination system can be made to carry routes with widely different 
  687. busy hours, so that though the trunk channels might have relatively low non-
  688. busy hour occupancy, the bearer channels would always be well loaded.
  689.  
  690. û    Signals can be sent from the DCME to the exchange to busy out part of the 
  691. route when the quality criteria are violated. This is known as dynamic load 
  692. control (DLC), and can be an effective control method, but it cannot be ret-
  693. rospective and it is slow to take effect. Furthermore care must be taken to 
  694. ensure that when circuits are returned to service the increase in bearer chan-
  695. nel activity is not sufficient to result in the immediate reapplication of DLC.
  696.  
  697. û    The signal to quantization performance can be traded against the clipping of 
  698. speech bursts. By using variable rate ADPCM algorithms it is possible to 
  699. quantize to three or optionally two rather than four bits on individual speech 
  700. channels on a pseudo-cyclic basis for a given number of samples. In this 
  701. way the system can be given a gradual degradation characteristic, rather than 
  702. suddenly overloading.
  703.  
  704.     In a DCME conforming to Recommendation G.763 all of these techniques may be 
  705. used.
  706.  
  707. 8    Transmission link performance monitoring
  708.  
  709.     Experience with DCMEs has shown the value of using cyclic redundancy check 
  710. information in the detection and tracing of certain faults. In order to provide a compre-
  711. hensive set of long-term and short-term indicators the DCME should provide the fol-
  712. lowing means of monitoring the performance of any digital path(s) terminated upon it:
  713.  
  714. û    cyclic redundancy check (CRC);
  715.  
  716. û    frame alignment signal (FAS);
  717.  
  718. û    other primary rate alarms;
  719.  
  720. û    far end block error information of distant CRC (FEBE);
  721.  
  722. û    DCME control channel FAS;
  723.  
  724. û    violations of the Golay FEC of the control channel(s).
  725.  
  726. References
  727.  
  728. [1]    KOU (K.Y.), O'NEAL (J.B.), NILSON (A.A.): Computations of DSI (TASI) 
  729. overload as a function of the traffic offered, IEEE Trans. on Communications, 
  730. Vol.COM-33, No. 2, February1985.
  731.  
  732. [2]    BRADY (P.T.): A model for generating on-off speech patterns in 2-way conver-
  733. sation, Bell System Technical Journal, page2445 etseq, September1969. 
  734.  
  735. [3]    Special issue on bit rate reduction and speech interpolation, Guest Editors M.R. 
  736. Aaron and N.S. Tayant, IEEE Trans. on communications, Vol.COM-30, No.4, 
  737. April1982.
  738.  
  739.  
  740.  
  741. Supplement No. 2
  742.  
  743. DCME  DIMENSIONING  METHODS  FOR  DIFFERENT  ROUTE  CHARAC-
  744. TERISTICS
  745.  
  746.  
  747. (to Recommendation G.763)
  748.  
  749. 1    Introduction
  750.  
  751.     This supplement draws attention to the implications of the measurements of 
  752. channel occupancy and voice-band data levels which have been done on particular 
  753. routes for which the number of voice-band data calls is either large in absolute terms, 
  754. or large compared to the total number of calls.
  755.  
  756. 2    Route profiles
  757.  
  758.     Figure 1 shows the kind of profile which has been obtained from measurements 
  759. on an FDM route between the United Kingdom and a country for which the proportion 
  760. of voice-band data calls was suspected to be high. It can be seen from this that there are 
  761. two peaks which are of interest in DCME dimensioningûone (the voice peak) where 
  762. voice is the dominant feature with a relatively small amount of voice-band data, and 
  763. another (the data peak) where voice-band data dominates voice.
  764.  
  765.     Note û The data profile is not symmetric in each direction of transmission.
  766.  
  767.     Voice-band data requires more bearer capacity than voice in a DCME system 
  768. incorporating digital speech interpolation (DSI) and low rate encoding (LRE) and 
  769. therefore it is not immediately obvious which of these peaks is the limiting factor when 
  770. calculating the achievable gain of a DCME on a particular route. Each route has to be 
  771. examined carefully to determine the achievable gain. The limiting value of the gain 
  772. does not necessarily occur at either of the peaks and in practice a scan across several 
  773. daysÆ profiles is necessary to determine the achievable gain.
  774.  
  775. FIG. 1
  776.  
  777.  
  778.  
  779.     Figure 2 shows a typical profile obtained from the TDMA route for the same country. 
  780. Due to different traffic origins and loading distributions the voice and data peaks are 
  781. coincident, and the transmit and receive profiles are more nearly symmetrical in this 
  782. case.
  783.  
  784. FIGURE 2
  785.  
  786.  
  787.  
  788. 3    DCME operation
  789.  
  790.     Figure 3 shows a DCME consisting of a DSI stage and an LRE stage. Voice and 
  791. voice-band data have to be treated separately in each of these stages when trying to 
  792. access the achievable gain of a particular DCME faced with a particular route profile.
  793.  
  794. 3.1    DSI gain for voice
  795.  
  796.     This is dependent upon the number of input trunks carrying voice and it is not a 
  797. linear relationship.
  798.  
  799.  
  800.  
  801. Fig. 3 = 6 cm
  802.  
  803.  
  804.  
  805. 3.2    DSI gain for data
  806.  
  807.     Facsimile is the dominant data service and can be considered as half duplex, i.e. 
  808. on a particular call if data is flowing in one direction of transmission at a particular 
  809. time, then the opposite direction is silent. If the total amount of facsimile traffic in one 
  810. direction of transmission is balanced by an equivalent amount in the opposite direction 
  811. of transmission then a technique known as silence elimination can be employed to free 
  812. the opposite channel when data is flowing in one direction. This leads to a theoretical 
  813. DSI gain of 2. However, if the total facsimile traffic on a route is not balanced in each 
  814. direction of transmission, making silence elimination difficult to implement (or if 
  815. silence elimination has not been built into a particular DCME) then the DSI gain for 
  816. voice-band data is1.
  817.  
  818. 3.3    LRE gain for voice
  819.  
  820.     Studies have indicated that the minimum acceptable average number of bits per 
  821. sample is of the order of 3.6, which will be the threshold for operation of dynamic load 
  822. control. Therefore the LRE gain for voice is unlikely to exceed 8/3.6.
  823.  
  824. 3.4    LRE gain for data
  825.  
  826.     The LRE gain for data depends on how many bits/sample a particular system 
  827. allocates to a data call.
  828.  
  829.     In this supplement all calculations assume the use of the 40kbit/s encoding rate 
  830. for voice-band data, in conformity with RecommendationG.763, therefore the LRE 
  831. gain for data=8/5.
  832.  
  833.     Examples for facsimile compression are not presented.
  834.  
  835. 4    Calculation of DCME gain
  836.  
  837.     Table 1 gives some approximate non-analytical formulas for calculation of the 
  838. voice part of the DCME gain. It should be noted that these approximations are strictly 
  839. valid only for DCMEs conforming to RecommendationG.763 and having ideal speech 
  840. detection (i.e.the activity indicated by the speech detector is the same as the actual 
  841. speech activity).
  842.  
  843.  
  844.  
  845. 4.1    Limitations
  846.  
  847.     Ideally the calculation of the DCME gain would be done by a comprehensive 
  848. computer modelling of the system in the way which has already been demonstrated 
  849. with great success by Swedish Telecom Radio. Given an intimate knowledge of the 
  850. route, in terms of its hourly, daily and seasonal variations in voice and voice-band data 
  851. traffic flow, signalling systems, call holding times and effective/ineffective ratios over 
  852. a period of time it may be possible to model the route with a high degree of accuracy, at 
  853. least retrospectively. However the major limitation is the quality of the information fed 
  854. into the model. To overcome this limitation the digital channel occupancy analyser 
  855. (DCOA) has been developed. If the DCOA is used on a group of circuits which previ-
  856. ous sampling or other information has shown to be typical then very useful dimension-
  857. ing information results. The limitation then is the total permissible measuring time. In 
  858. most cases, for operational reasons, greater than twoweeks is unlikely to be feasible. 
  859. This represents a severe limitation on the attempt to create an accurate model, such that 
  860. for dimensioning (as opposed to the verification of the operation of the equipment) 
  861. Monte Carlo type simulations do not appear to be necessary.
  862.  
  863. 4.2    Example gain calculations using simplified techniques
  864.  
  865.     The following examples illustrate the concepts outlined in º 2, and demonstrate 
  866. the use of a simplified technique for DCME dimensioning using DCOA route profiles.
  867.  
  868. 4.2.1    DCME dimensioning using the profile of a route without silence elimination
  869.  
  870.     Assumptions:
  871.  
  872.     Number of trunk channels at service date=240.
  873.  
  874.     Figure 4 is the applicable DCOA route profile.
  875.  
  876. FIG. 4
  877.  
  878.  
  879.  
  880.     Remark:
  881.  
  882.     From experience or from rough calculations it can be seen that for the given number of 
  883. trunk channels and quantity of voice-band data traffic at least three DCMEs each using 
  884. 30 bearer channels are likely to be required, but let us assume that four DCMEs are to 
  885. be used on the route in order to calculate the gain for the voice traffic (this gain is 
  886. dependent upon how many DCMEs the voice traffic is spread over). This is to ensure 
  887. that the DCMEs are not overloaded and may also allow for growth on the route. In 
  888. practice an iterative procedure would have to be used to determine the optimum num-
  889. ber of DCMEs for each route.
  890.  
  891.     From Figure 4 there are two peaks to be considered. One is dominated by the amount 
  892. of data (data peak) and the other is dominated by the amount of voice (voice peak):
  893.  
  894.     Data peak
  895.  
  896. 59% data:
  897.  
  898. number of data trunks    =240 ┤ 0.59
  899.  
  900.             =142 trunks,
  901.  
  902.     
  903.  
  904.             =036
  905.  
  906. DSI gain            =001(no silence elimination advantage to be gained because 
  907. almost all
  908.     =001the data is in one direction of transmission)
  909.  
  910. LRE gain        =
  911.  
  912. 17% voice:
  913.  
  914. number of voice trunks    =240 ┤ 0.17
  915.  
  916.             =041 trunks total
  917.  
  918. number of voice trunks
  919. per DCME    =010
  920.  
  921. DSI gain (for 10 trunks)    =1.25 (from tables)
  922.  
  923. LRE gain        =
  924.  
  925.     Hence the 64 kbit/s bearer channel requirement is:
  926.  
  927.         
  928.  
  929.         =23 (data) + 4 (voice)
  930.  
  931.         =27 bearer channels.
  932.  
  933.     The total bearer requirement is therefore:
  934.  
  935.         27┤4
  936.  
  937.         =108 bearer channels.
  938.  
  939.     Voice peak
  940.  
  941.     13% data:
  942.  
  943. number of data trunks    =240 ┤ 0.13
  944.  
  945.             =032 trunks total,
  946.  
  947.     
  948.  
  949.             =8
  950.  
  951. DSI gain        =001(no silence elimination advantage to be gained because 
  952. almost all t            =001tthe data is in one  direction of transmission),
  953.  
  954. LRE gain        =
  955.  
  956.     83% voice:
  957.  
  958.         number of voice trunks    =240 ┤ 0.83
  959.  
  960.                     =200 trunks total
  961.  
  962.         number of voice trunks 
  963. per DCME    =050
  964.  
  965.         DSI gain (for 50 trunks)    =1.92 (from tables)
  966.  
  967.         LRE gain        =
  968.  
  969.     Hence the 64 kbit/s bearer channel requirement per DCME is:
  970.  
  971.         
  972.  
  973.         =5 (data) + 12 (voice)
  974.  
  975.         =17 bearer channels.
  976.  
  977.     The total bearer requirement is therefore:
  978.  
  979.         17 ┤ 4
  980.  
  981.         =68 bearer channels.
  982.  
  983.     Inference:
  984.  
  985.     It seems therefore that in this case the DCME dimensioning is determined by 
  986. the number of trunk channels required to cope with the speech peak, and by the number 
  987. of bearer channels required to handle the data peak. Since the number of channels 
  988. shown as active by the DCOA is an average over the measurement interval, it is rea-
  989. sonable to assume that all 240trunk channels, rather than only 132 were active for 
  990. some brief duration. Assuming that only the wanted bearer channels are used, and 
  991. neglecting the assignment channel, the achievable gain will be:
  992.  
  993.         .
  994.  
  995. 4.2.2    DCME dimensioning using the profile of a route with silence elimination
  996.  
  997.     Assumptions:
  998.  
  999.     Number of trunk channels at service date=347.
  1000.  
  1001.  
  1002.  
  1003.     Figure 5 is the applicable DCOA route profile.
  1004.  
  1005. Fig. 5 = 13,5 cm
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.     Remark:
  1010.  
  1011.     On this route it appears that use of silence elimination will give some benefits. 
  1012. Other DCOA measurements have indicated that there is approximately twice as much 
  1013. voice-band data activity in the transmit direction as in the receive direction. Therefore 
  1014. the achievable DSI gain on voice-band data due to silence elimination is of the order of 
  1015. 1.5. This assumes that there are as many transmit as receive bearer channels on each 
  1016. DCME terminal. Rough calculations and experience indicate that because of the rela-
  1017. tively low voice-band data percentage of this example three DCMEs will probably be 
  1018. sufficient.
  1019.  
  1020.     From Figure 5 there is only one peak to be considered:
  1021.  
  1022.     15% data:
  1023.  
  1024.         number of data trunks    =347┤0.15
  1025.  
  1026.                     =052 trunks
  1027.  
  1028.             
  1029.  
  1030.                     =018
  1031.  
  1032.         DSI gain        =1.5(due to silence elimination)
  1033.  
  1034.         LRE gain        =
  1035.  
  1036.     72% voice:
  1037.  
  1038.         number of voice trunks    =347┤0.72
  1039.  
  1040.                     =250 trunks total
  1041.  
  1042.         number of voice trunks 
  1043. per DCME    =083
  1044.  
  1045.         DSI gain (for 83 trunks)    =2.08(from tables).
  1046.  
  1047.     Hence the 64 kbit/s bearer channel requirement per DCME is:
  1048.  
  1049.         
  1050.  
  1051.         =8 (data) + 19 (voice)
  1052.  
  1053.         =27 bearer channels.
  1054.  
  1055.     The total bearer requirement is therefore:
  1056.  
  1057.         27 ┤ 3
  1058.  
  1059.         =81 bearer channels.
  1060.  
  1061.     Inference:
  1062.  
  1063.     In this case, assuming that only the wanted bearer channels are used, the DCME 
  1064. can achieve a gain of:
  1065.  
  1066.         .
  1067.  
  1068.     However, as was shown by the previous example, it would be very unwise to 
  1069. assume that a DCME gain as high as four will be achievable for all types of DCME, 
  1070. without careful consideration of the route conditions. A corollary to this is that when a 
  1071. DCME has been installed on a route its performance must be continually monitored to 
  1072. ensure that changes in the traffic distribution on the route do not impact seriously upon 
  1073. the transmission quality.
  1074.  
  1075. 4.3    Two pitfalls for the unwary
  1076.  
  1077.     Figure 6 shows a plausible example of a DCOA record, covering a typical two 
  1078. hour period. On the basis of the trunk occupancy percentage for the route it might be 
  1079. thought that the maximum bearer occupancy would be coincident with the peak in 
  1080. voice traffic, however this is not so. The actual maximum occurs immediately before, 
  1081. as Figure7 shows, during period2. The reason for this is that the voice-band data traf-
  1082. fic peaks before the voice traffic. Administrations may wish to consider whether this is 
  1083. a likely state of affairs; whether for example the facsimile transmission of financial 
  1084. results at close of business on any particular day is likely to result in follow-up tele-
  1085. phone conversations. The relevant information for each period is summarized in 
  1086. Table2.
  1087.  
  1088. FIG. 6
  1089.  
  1090.  
  1091.  
  1092. FIG 7
  1093.  
  1094.  
  1095.  
  1096.  
  1097.  
  1098.  
  1099.  
  1100.     Care must be taken when the short-term characteristics of a measured route are 
  1101. not known. This may be especially significant when the route is small, since the pre-
  1102. sentation of voice-band data traffic may not be very uniform. Over a five minute 
  1103. period2:1 variations in the short-term voice-band data activity level are not unusual 
  1104. events. It might therefore be prudent to repeat any dimensioning exercises which use a 
  1105. DCOA profile, but doubling all the voice-band data occupancies, for comparison 
  1106. against the absolute maximum number of channels available when all voice activity is 
  1107. allocated 3bits. If that comparison shows that clipping would be experienced under 
  1108. those conditions then a lower gain setting should be chosen, based on whichever is 
  1109. believed to be the limiting period.
  1110.  
  1111. 5    Conclusion
  1112.  
  1113.     An approach to dimensioning DCME systems has been demonstrated, which 
  1114. though not statistically rigorous, is nevertheless capable of giving reasonable estimates 
  1115. of system capabilities, given adequate input data. A number of potential dimensioning 
  1116. problems have been described, and the solutions outlined. These methods have been 
  1117. used successfully in the introduction of DCMEs on a number of routes.
  1118.