Цифровые системы передачи


Собственный материал Издания

Hits: 56259

Понятие “цифровая передача” является довольно широким и включает множество вопросов, таких как выбор параметров импульсов в конкретной среде передачи, преобразование цифровой последовательности к коду передачи и т.п. Все эти вопросы очень хорошо освещены в различных пособиях и книгах, поэтому остановимся подробно только на прикладных аспектах цифровой передачи.

Синхронизация

В цифровых системах передачи необходимо обеспечить выполнение всех операций по обработке цифровых сигналов синхронно и последовательно. Если бы эти операции происходили локально и синхронизировались от одного источника, то проблем не было.
В этом случае к стабильности задающего генератора не предъявлялись бы жесткие требования, так как на всех участках происходили бы одинаковые изменения тактовой частоты. Но поскольку любую систему цифровой передачи можно рассматривать как состоящую из двух и более полукомплектов приема и передачи, разнесенных на значительные расстояния, то требования к синхронизации становятся основополагающими.
Высокостабильные, и следовательно дорогие, тактовые генераторы могут оказаться бесполезными из-за линейных помех, вызывающих фазовые дрожания тактовых сигналов. По сути дела фазовые дрожания вызывают изменение числа битов, переданных по линии.
Для борьбы с этим явлением используются устройства эластичной памяти, в которых запись осуществляется по тактовой частоте принимаемого сигнала, а считывание - по тактовой частоте местного генератора. Такая память позволяет компенсировать пусть даже большие, но кратковременные отклонения тактовой частоты.
Однако эластичная память не справляется при продолжительных, пусть даже небольших отклонения. Она может переполняться или опустошаться в зависимости от соотношения тактовых частот. При этом возникает так называемое проскальзывание.
Рекомендацией ITU-T G.822 нормируется частота проскальзований в зависимости от качества обслуживания и устанавливается распределение продолжительности работы с пониженным и неудовлетворительным качеством. Таким образом рекомендацией ITU-T допускаются на синхронных цифровых сетях некоторые нарушения синхронизации.
Рекомендация ITU-T G.803 описывает следующие режимы цифровых сетей по синхронизации:

  • синхронный режим, при котором проскальзования практически отсутствуют, имея случайный характер. Этот режим работы сетей с принудительной синхронизацией, когда все элементы сети получают тактовую частоту от одного эталонного генератора.
  • псевдосинхронный режим возникает, когда имеется несколько высокостабильных генератора (их нестабильность не более 10-11 согласно G.811). Допускается одно проскальзование за 70 суток. Этот режим имеет место на стыках сетей с синхронными режимами разных операторов.
  • плезиохронный режим появляется на цифровой сети при потери элементом сети внешней принудительной синхронизации. На сети с синхронным режимом такое может произойти при отказе основных и резервных путей прохождения синхросигнала или при выходе из строя эталонного генератора. Для обеспечения в этом случае приемлемого уровня проскальзования, 1 проскальзование за 17 часов, генераторы элементов сети должны обладать нестабильностью не более 10-9.
  • асинхронный режим характеризуется одним проскальзованием за 7 секунд позволяет иметь генераторы с нестабильностью не хуже 10-5. Подобный режим практически не применяется на цифровых сетях.

В настоящее время все системы цифровой передачи, применяемые на цифровых сетях, принято разделять на системы PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронная цифровая иерархия). Своими названиями они обязаны соответствующим режимам работы по синхронизации. В данной статье подробно рассмотрим PDH, принципам SDH посвящена отдельная статья.

Плезиохронная цифровая иерархия

Первыми возникли системы PDH, их основой стали системы с временным разделением каналов (ВРК) и ИКМ-кодированием. В силу исторических причин появилось два типа плезиохронной иерархии - североамериканская, используемая в основном в США, Канаде и Японии, и европейская, применяемая в большинстве стран.
Базовой скоростью или нулевым уровнем в обоих типах иерархии (PDH и SDH) является скорость 64 кбит/с, под которой понимается один стандартный телефонных канал.
Следующей ступенькой в плезиохронных иерархиях являются первичные цифровые системы передачи. Рекомендация ITU-T G.732 описывает европейскую системы (ИКМ30), а G.733 - североамериканскую (ИКМ24).
Кадр или цикл системы ИКМ30 имеет продолжительность 125 мкс и состоит из 32 байт, каждый из которых относится к определенному каналу системы.

На рисунке приводится структура цикла. Нулевой канал предназначен для передачи служебных сигналов и сигналов синхронизации. Каналы с 1 по 15 и с 17 по 31 является информационными или телефонными. В каждом цикле передается 32 * 8 = 256 бит, что в итоге дает скорость 2048 кбит/с.
Канал под номером 16 называется каналом сигнализации и может использоваться в двух вариантах:

  • для передачи сигнальной информации для телефонных каналов. В этом случае в каждом цикле байт канала сигнализации разбивается на две половины. В первой половине последовательно на протяжении 15 циклов передается сигнальная информация с 1 по 15 телефонного канала, во второй - с 16 по 31 канала. В нулевом цикле в канале сигнализации передается сигнал сверхцикловой синхронизации. Таким образом, через канал сигнализации обеспечивается передача сигнальной информации для каждого телефонного канала со скоростью 2 кбит/с.
  • канал сигнализации системы ИКМ30 может быть использован для обеспечения передачи сигнализации по общему каналу, например, ОКС №7, или для передачи данных.


Поясним некоторые обозначения на рисунке. Во всех служебных байтах бит, обозначенный символом “Х” зарезервирован для международного использования. Биты “Y” зарезервированы для национального применения. Бит “Z” служит для сигнализации о сбоях в сверхцикловой синхронизации. Бит “А” используется для сигнализации о наличии важных сообщениях. Этот сигнал возникает (бит принимает значение “1”) в следующих случаях:

  • сбой по электропитанию;
  • сбой цикловой синхронизации;
  • сбой аппаратуры линейного кодирования;
  • наличие ошибок во входящем сигнале 2,048 Мбит/с;
  • частота появления серийных ошибок цикловой синхронизации превышает величину 10-3.

Цикл ИКМ24 так же имеет продолжительность 125 мкс, но состоит из 24 байт и одного дополнительного бита. Каждый байт относится к определенному каналу системы.

На рисунке приводится структура цикла. За один цикл передается 24 * 8 + 1 = 193 бита, что дает скорость 1544 кбит/с. Цикловая и сверхцикловая синхронизация обеспечивается определенной комбинацией добавочного бита, при подсчете за 12 циклов. Сигнальная информация телефонных каналов передается по двум подканалам А и В, образуемых младшими битами всех каналов соответственно в 6 и 12 циклах. Эти каналы обеспечивают передачу сигнализации каждого телефонного канала со скоростью 1,333 кбит/с.
Отсутствие отдельного сигнального канала, по сравнению с европейской иерархией, позволяет более эффективно использовать пропускную способность. Однако происходит небольшое уменьшение канальной скорости. В силу кратности цикла формирования сигнальных каналов, равной 6, уменьшение скорости “плавает” между каналами, что практически не влияет на качестве речи, но не позволяет осуществлять одновременно передачу данных по отдельным каналам ИКМ24.

Благодаря цикловой и сверхцикловой синхронизации поддерживаются требования плезиохронного режима работы в первичных цифровых системах. Для синхронизации ведомых генераторов в европейской иерархии используется тактовая частота 2048 кгц, выделяемая из цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с.

Последующие ступеньки североамериканской и европейской плезиохронных цифровых иерархий базируются на своих первичных цифровых системах. В таблицах представлено соотношение числа каналов и скоростей.

Европейская плезиохронная цифровая иерархия

Скорость, кбит/с

Число телефонных каналов

64

1

2048 (Е1)

30

8448 (Е2)

120

34368 (Е3)

480

139 264 (Е4)

1920

Североамериканская плезиохронная цифровая иерархия

Скорость, кбит/с

Число телефонных каналов

Название сигнала

64

1

DS0

1 544 (Т1)

24

DS1

6 312 (Т2)

96

DS2

44 736 (Т3)

672

DS3

274 176 (Т4)

4032

DS4

В отличие от европейской, североамериканская плезиохронная цифровая иерархия имеет ряд вариаций, которые не были стандартизованы ITU-T. Используется еще один сигнал DS1C со скоростью 3 152 кбит/с (Т1С), обеспечивающий 48 телефонных каналов. В Японии вместо скорости 44 736 кбит/с используется 32 064 кбит/с (480 каналов), а вместо 274 176 кбит/с - 97 728 кбит/с (1 440 каналов).
Как видно из таблиц в североамериканской иерархии сигналам присвоены названия DS, которое расшифровывается очень просто - цифровой сигнал (Digital Signal). Очень часто для обозначения скорости цифровых сигналов используются цифро-буквенные комбинации, которые приведены в таблицах.
Первичный цифровой поток формируется за счет по-байтного объединения каналов. На следующих уровнях объединение происходит на основе по-битного мультиплексирования первичных потоков. В силу плезиохронного характера первичных потоков при их объединении неизбежны проскальзования. Для снижения вероятности их появления используют процедуру согласования или выравнивания скоростей (стаффинг). Суть ее заключается в добавлении на передающем конце “пустых” битов и исключения их на приемном. Это процедура положительного стаффинга. Возможность вставки дополнительных битов предоставляется использованием несколько большей скорости объединенного потока, чем у суммы исходных. Разумеется кроме дополнительных битов еще передаются служебные сигналы и сигналы цикловой синхронизации.
Главными недостатками плезиохронной цифровой иерархии (PDH) являются невозможность прямого доступа к каналам, без процедур демультиплексирования/мультиплексирования всего линейного сигнала, и практическое отсутствие средств сетевого мониторинга и управления. Потребность в более высоких скоростях работы цифровых систем передачи, повышение требований к качеству привели к созданию систем синхронной цифровой иерархии (SDH).


Комментарии (0):

Добавить комментарий

 
Ваше имя:
Ваш комментарий:
Решите задачку (ответ напишите цифрами):
Шесть + Девять =

 
 
 
Наверх