Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
При изменении амплитуды, длительности, частоты следования или положения каждого импульса во времени по отношению к моментам отсчета (дискретизации) получают тот или иной вид импульсной модуляции. При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов, а длительность я частота следования остаются постоянными.Различают АИМ первого и второго рада (АИМ-1, АИМ-2). При АИМ-1 амплитуда импульса изменяется в пределах его длительности в соответствии с огибающей непрерывного сигнала (рисунок 2.9, а).
При АИМ-2 амплитуда импульса в пределах его длительности постоянна и соответствует значению модулирующего сигнала в момент начала отсчета (рисунок 2.9, б)Частотный спектр АИМ-1 для однополярных прямоугольных импульсов длительностью τи, модулированных синусоидальным сигналом с частотой Ω, показан на рисунке 2.10. Как видно, в отличие от немодулированной импульсной последовательности, в спектре появляются боковые частоты около частоты дискретизации и ее гармоник, а также спектр модулирующего сигнала. Таким образом, задача восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов заключается в фильтрации спектра модулирующего сигнала с помощью ФНЧ с частотой среза Ωmax.При дискретизации сложного сигнала со сплошным спектром частотные спектры сигналов АИМ-1, АИМ-2 (рисунок 2.11) будут содержать все составляющие модулирующего сигнала и боковые полосы частот около частоты дискретизации и ее гармоник. При этом следует обратить внимание на различие частотных спектров АИМ-1 и АИМ-2.
Спектральный состав сигналов АИМ-2 по своей структуре не отличается от структуры спектра сигналов АИМ-1, однако при АИМ-2 изменение спектральных составляющих модулирующего сигнала и боковых полос зависит от длительности импульса τи, что в принципе приводит к амплитудно-частотным искажениям демодулированного из АИМ-2 сигнала при τи > 0,2Тд.
В реальных ЦСП τи < 0,1Тд и спектры совпадают практически полностью, а амплитудно-частотные искажения при демодуляции сигналов АИМ-2 незначительны.
При дискретизации сигналов телефонных сообщений и сигналов вещания дискретные отсчеты представляют собой последовательности разнополярных импульсов переменной амплитуды. При таком виде АИМ сигналов в их спектре отсутствуют составляющие частоты дискретизации и ее гармоник.
Последовательность прямоугольных импульсов (ППИ) одного знака (рисунок 2.7 ,а) характеризуется следующими параметрами: амплитудой U, длительность импульса τи, периодом следования Т, частотой следования Fc, круговой частотой следования w, скважностью Q.
Частотный спектр такой последовательности импульсов при постоянных параметрах является дискретным, т. е. состоящим из от дельных частот, кратных частоте следования импульсов (рисунок 2.7, б), а также содержит постоянную составляющую, значение которой зависит от скважности и амплитуды импульсов.
Ширина частотного спектра импульсной последовательности при допустимых искажениях их формы может быть ограничена частотой, зависящей от длительности импульса (рисунок 2.8).
Таким образом, чем короче импульс, т. е. чем меньше его длительность, тем шире его частотный спектр и тем больше гармоник частоты следования содержится в его спектре. Амплитуда частоты следования или ее гармоник может быть определена из формулы
Возможность передачи непрерывного сигнала его дискретными отсчетами была обоснована Котельниковым в 1933 году. В соответствии с его теоремой любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой Fв, полностью определяется последовательностью своих дискретных отсчетов, взятых через промежуток времени Тд2Fв.
Таким образом, если требуется передать непрерывный сигнал U(t) с ограниченным спектром, то не обязательно передавать весь сигнал, а достаточно передать лишь его мгновенные значения, отсчитанные через интервалы времени Тд. В соответствии с этим частота следования дискретных отсчетов сигнала, т. е. частота дискретизации Fд2Fв.Для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов в пункте приема используется фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной Fв. Как известно, отклик идеального ФНЧ с граничной частотой среза Fв на очень короткий прямоугольный импульс, поданный на его вход, имеет вид, изображенный на рисунке 2.5.
Если на вход такого фильтра поступает последовательность коротких импульсов, соответствующих дискретным отсчетам непрерывного сигнала, то на выходе фильтра в результате суммирования отдельных откликов переданный непрерывный сигнал вновь восстанавливается (рисунок 2.6).
На основании теоремы Котельникова Fд ≥ 2Fв,. если выбрать Fд = 2Fв, то, как видно на рисунке 2.12, а, нижняя боковая частота, определяемая из условия Fд - Fв = 2Fв - Fв = Fв совпадает с верхней частотой спектра модулирующего сигнала. И для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов необходимо использовать идеальный ФНЧ с частотой среза Fc = Fв. В реальных системах частоту дискретизации выбирают из условия Fд > 2Fв. Так, при дискретизации телефонных сигналов с диапазоном частот 0,3...3,4 кГц частота дискретизации равна 8 кГц.. Как видно на рисунке 2.13 упрощаются требования к параметрам ФНЧ, так как при этом образуется достаточно широкая (1,2 кГц) переходная полоса частот, для расфильтровки, которая позволяет использовать простые ФНЧ на приеме для восстановления непрерывного сигнала из последова тельности его дискретных отсчетов.
Временные диаграммы образования группового многоканального АИМ сигнала показаны на рисунке 2.18. Непрерывный сигнал каждого из каналов подвергается дискретизации с периодом Fд l/2Fв, где Fв — верхняя частота спектра сигнала.
Дискретные отсчеты сигналов в каждом из каналов сдвинуты по времени относительно друг друга на время Δt.
Если число объединяемых каналов N, а период дискретизации Тд, то длительность импульса последовательности, осуществляющей дискретизацию, должна быть меньше Тд/N. И обычно Тд 0.5Тд / N, т. е. чем больше число уплотняемых каналов, тем короче длительность импульсов дискретизации и тем более широкая полоса пропускания или быстродействие требуется от устройств, обеспечивающих дискретизацию.
Haпример, при N = 30 и Тд=1/Fд=1/8*103 =125 мкс, τи < 0.5 Тд /N 2 мкс, следовательно ΔF 500 кГц.
Дискретные отсчеты каждого из каналов объединяются в групповой АИМ сигнал. Для того чтобы распределить на приеме отсчеты индивидуальных сигналов по своим каналам, необходимо в начале каждой группы канальных импульсов (КИ) ввести дополнительный импульс или группу импульсов, отличающихся по какому-либо признаку от импульсов канальных сигналов, например, как показано на рисунке 2.13, по длительности. Этот сигнал определяет начало цикла передачи и называется сигналом цикловой синхронизации. Как видно, длительность цикла передачи равна периоду дискретизации Тц=Тд.
Синхронизация позволяет обеспечить правильное распределение дискретных отсчетов на приеме, т.е. определяется начало цикла.Цикл — промежуток времени, в течение которого осуществляется передача одноименных отсчетов всех каналов.Синхросигнал (СС) — регулярная последовательность, которая отличается по своим параметрам от дискретных отсчетов речевой информации.
Структурная схема трехканальной системы с ВРК приведена на рисунке 2.14. В передающей части системы индивидуальные непрерывные сигналы через ФНЧ, ограничивающие их спектр частотой Fв, поступают на электронные ключи, осуществляющие дискретизацию непрерывных сигналов. Электродные ключи периодически с частотой дискретизации Fд подключают входное напряжение к нагрузке на время длительности импульса τи .
Работой ключей управляют подаваемые от распределителя канальных импульсов РКИ последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые относительно друг друга на время Δt. Основная последовательность импульсов с частотой дискретизации Fд создается в генераторе тактовых импульсов (ГТИ). В сумматоре происходит объединение дискретных отсчетов сигналов и импульсов цикловой синхронизации, вырабатываемых в формирователе импульсов цикловой синхронизации ФИЦС.
В приемной части аппаратуры приемник цикловой синхронизации (ПЦС) выделяет импульсы цикловой синхронизации, которые управляют работой РКИ.
Импульсы последовательности с РКИ поступают на ключи своих каналов и осуществляют временную селекцию КИ из группового АИМ сигнала, например отсчетов сигнала первого какала. Фильтры нижних частот в приемной части аппаратуры восстанавливают непрерывные сигналы из их дискретных отсчетов. Из-за шумов в линии и ошибок формирования выделенный непрерывный сигнал C*(t) отличается от входного сигнала C(t). Процесс выделения определенного сигнала показан на рисунке 2.15.
4. Импульсно-кодовая модуляция ИКМ
Наиболее широкое распространение получили в настоящее время многоканальные ЦСП, в которых используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При ИКМ отсчеты аналогового АИМ сигнала преобразуются в последовательность кодовых групп, состоящих из двоичных символов. Для осуществления ИКМ необходимо произвести:
- дискретизацию сигналов по времени (получение сигнала АИМ);
- квантование полученных импульсов по амплитуде;
- кодирование квантованных по амплитуде импульсов;
- временное уплотнение.
Полученный групповой многоканальный АИМ сигнал подвер гается квантованию по уровню. Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел.
Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования Δ. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений превышает половину шага квантования Δ/2, ее значение увеличивается в большую сторону, если меньше половины шага квантования — в меньшую сторону. Такое округление сопровождается погрешностью.
Разность между истинным значением отсчета сигнала UАИМ (t) и его квантованным значением UКВ (t)называется ошибкой, или шумом квантования εкв(t), который определяется формулой
εкв(t) = UАИМ (t) – UКВ (t). (2.2)
Произведя «нумерацию» уровней квантования, можно передавать не сами уровни, а их значения по шкале уровней в двоичном коде. Указанные преобразования сигнала иллюстрируются таблицей 2.1
В таблице 2.1 указаны амплитуды отсчетов сигнала UАИМ (t)), их квантованные значения UКВ (t), ошибки квантования εкв в соответствии с рисунком 2.19, нумерация уровней квантования N и осуществлено преобразование десятичных значений номеров уровня квантования в двоичное число.
Полученная в результате этого преобразования импульсная последовательность является групповым ИКМ сигналом.
Совокупность единиц и нулей между двумя квантованными отсчетами
группового сигнала называется кодовой группой, а число единиц и нулей в кодовой группе определяет ее разрядность. Например: 011- трехразрядная кодовая группа; 1101001 - семиразрядная кодовая группа.
Если кодовая группа содержит m разрядов, то с помощью такого поразрядного кода можно закодировать М=2m уровней. Так, при m=5 M=32, при m =7 M=128 и т. д.
При известном количестве уровней квантования разрядность кодовой группы определяется соотношением
m=log2·M. (2.3)
Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называются кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование, — декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называются кодеками.
Квантование называется равномерным в том случае, если шаг квантования в допустимых пределах возможных амплитудных значений сигнала остается постоянным Δ=const.
На рисунке 2.20, а приведена амплитудная характеристика квантующего устройства Uвых=f(Uвх) с равномерным шагом квантования. Амплитудная характеристика имеет два характерных участка: зону квантования и зону ограничения. Для первого участка характерно само квантование входных сигналов, и их величина Uвх определяется пределом -U0 < Uвх < U0.В некоторые моменты времени входной сигнал может превысить значение U0, т. е. │Uвх│ > │U0│. В этом случае произойдет ограничение максимальных мгновенных значений сигнала. В соответствии с этим кроме шумов квантования различают еще и шумы ограничения, которые вызываются ограничением максимальных мгновенных значений сигнала.
Обычно уровень сигнала на входе каналов систем ИКМ выбирается так, чтобы с учетом статистических характеристик сигнала вероятность превышения │Umax│ > │U0│, была достаточно малой, поэтому определяющими в системах ИКМ являются шумы квантования, а не шумы ограничения.
Средняя мощность шумов квантования при равномерном шаге квантования РШ.КВ.= Δ 2 / 12 , где Δ — шаг квантования.
Максимальное число уровней (шагов) квантования Мкв при равномерном квантовании определяется формулой
Для выравнивания относительной ошибки квантования при изменении средней мощности абонентского сигнала в широких пределах и соответственно уменьшения числа шагов квантования применяют неравномерное (нелинейное) квантование.
При неравномерном квантовании шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений квантуемых сигналов в соотвнтствии с рисунком 2.21, а, возрастает с увеличением уровня сигнала. Абсолютная ошибка квантования возрастает с увеличением уровня сигнала, и ее относительное значение, т. е. отношение сигнал-ошибка квантования, не изменяется.
Использование неравномерного квантования позволяет выровнять отношение сигнал-ошибка квантования во всем диапазоне средних мощностей входных абонентских сигналов, а следовательно, сократить число шагов квантования в 2 - 4 раза по сравнению с равномерным квантованием до Мкв от 128 до 256, что требует семи-восьми разрядов кодовой группы.
Неравномерная (нелинейная) амплитудная характеристика квантующего устройства может быть реализована несколькими способами:
- сжатием динамического диапазона входных сигналов перед кодированием с помощью компрессоров и последующим его расширением после декодирования экспандерами (аналоговое компандирование);
- цифровым командированием;
- нелинейным кодированием и декодированием.
На рисунке 2.22 показаны амплитудная характеристика компрессора-сжимателя динамического диапазона (кривая 1) и амплитудные отсчеты группового сигнала, поступающие на него. При равномерном шаге квантования сигнала без компрессирования максимальная ошибка квантования слабого сигнала (отсчет 1) составляет 1/4 амплитуды отсчета, а сильного (отсчет 2) - 1/14.
На выходе компрессора амплитудные соотношения сигналов изменяются (уменьшается динамический диапазон). Значительно увеличивается амплитуда малых сигналов и мало меняется амплитуда больших сигналов.
Применение компрессора перед кодерами с равномерными Квантующими характеристиками позволяет получить неравномерное квантование. Для восстановления исходного динамического диапазона сигнала на приемном конце используется экспандер, амплитудная характеристика которого (кривая 2) обратна характеристике компрессора. Суммарная амплитудная характеристика цепи компрессор — экспандер (кривая 3) должна быть линейной.
Недостатком аналогового компандирования является то, что очень сложно получить с большой точностью взаимообратные амплитудные характеристики компрессора и экспандера, вследствие чего нелинейность суммарной амплитудной характеристики приводят к нелинейным искажениям передаваемых сигналов.
Ранее был рассмотрен процесс кодирования с помощью простейшего натурального двоичного кода. Такой код используется при кодировании однополярных АИМ сигналов, получающихся при дискретизации однополярных аналоговых сигналов, сигналов с постоянной составляющей (телевизионных, передачи данных).
Телефонные сигналы, сигналы звукового вещания являются двуполярными. При их дискретизации получают последовательность разнополярных импульсов (рисунок 2.23). Для кодирования разнополярных импульсов используют симметричный двоичный код. В симметричном двоичном коде 1 или 0 в старшем разряде определяют полярность кодируемого импульса (1 – положительный отсчет сигнала, 0 – отрицательный). Кодовая группа после старшего разряда определяет число шагов квантования в положительной или отрицательной области сигнала.
Например, кодовая группа 1101101 определяет положительный импульс величиной в 45 шагов квантования, а кодовая группа 0101101 — отрицательный импульс такой -же величины.
Достоинством натурального и симметричного двоичных кодов является возможность их реализации с помощью простых кодеров, а недостатком — сравнительно низкая помехозащищенность, так как при различном весе разрядов пропадание одного импульса с большим весом приводит к большим искажениям сигнала.
Кодер с линейной шкалой квантования называется линейным, а с нелинейной — нелинейным. Аналогичное определение относится и к декодерам. В цифровых СП с ИКМ применяются кодеры и декодеры (кодеки) с нелинейной шкалой, однако они строятся на базе кодеков с линейной шкалой квантования.
По принципам действия кодеры делятся на три основные группы: счетного типа, взвешивающего типа и матричные.
Наиболее просто двоичное кодирование осуществляется в кодерах взвешивающего типа. Принцип работы таких кодеров заключается в уравновешивании кодируемых отсчетов эталонными токами или просто эталонами с определенными весами (значениями).
Кодирование в этом случае можно представить как процесс поэтапного взвешивания на чашечных весах, снабженных указателями «больше - меньше». На одну чашу весов помещается кодируемый отсчет, а на другую последовательно устанавливают эталоны (гири), начиная с эталона наибольшего веса. На каждом из этапов (тактов) взвешивания по указателю «больше - меньше» принимают соответствующее решение: если отсчет больше эталона, то последний оставляют на чаше весов и добавляют эталон следующего меньшего веса. В противном случае первый эталон снимают и устанавливают эталон меньшего веса. Очевидно, что по окончании взвешивания отсчет будет уравновешен эталонами, сумма которых с точностью до эталона наименьшего веса будет равна весу отсчета.
Значение эталона наименьшего веса и будет максимально возможной ошибкой квантования. Если результат каждого из этапов взвешивания записать, отмечая единицей оставления эталона на чаше весов, а нулем его снятие, то после взвешивания получим запись «веса» отсчета в двоичном коде.
Процесс декодирования (восстановление передаваемой амп литуды отсчета) при этом может быть представлен как суммирование эталонов «гирь» с весовыми значениями тех разрядов, где в кодовой комбинации имеются единицы.
Кодер при кодировании двухполярных сигналов (рисунок 2.26) содержит ГЭТ формирующий эталонные токи для кодирования как положительных, так и отрицательных значений амплитуды отсчета. При необходимости кодирования 128 положительных и 128 отрицательных уровней потребуется 8-разрядная кодовая комбинация, причем первый разряд будет кодировать полярность сигнала.
При той же логике работы компаратора, что и в случае кодирования однополярных сигналов, однако возникает следующая ситуация. Кодируя IC=- 105.3δ и сравнивая с первым эталоном -64δ, получаем -105,3δ -(- 64δ) < 0. Эталон при этом выключается. Для устранения указанного недостатка при кодировании отрицательных значений амплитуды отсчетов на выходе компаратора включается инвертор DD1, и значения сигналов на выходе компаратора будут инвертироваться.
Работа кодера при кодировании отсчета с отрицательной амплитудой IC= - 105,3δ будет поводиться следующим образом. Кодируемый отсчет подается на первый вход (1) компаратора, а цикл начинается с установки первого выхода ЛУ в состояние 1. В этом случае замыкается ключ Кл+ источника положительных эталонных токов (напомним, что выходы 2-8 ЛУ находятся в состоянии 0, т. е. Кл1 - Кл7 и Кл1’, - Кл7’ разомкнуты, на втором входе компаратора имеем Iэт = 0. Поскольку отсчет имеет отрицательную полярность, т. е. IC < 0, то в первом такте кодирования на выходе компаратора будет сформирована 1 и первый выход ЛУ перейдет в состояние 0. При этом Кл+ разомкнется, а через инвертор DD2 включится Кл- и изменится положение ключа Кл.К на выходе компаратора, т. е к выходу компаратора подключится инвертор DD1.
Таким образом, согласно полярности амплитуды входного сигнала включен ГЭТ отрицательных эталонных токов и схема готова к следующим этапам кодирования, для чего переводится в состояние 1 второй выход ЛУ. На этом первый этап определения и кодирования полярности отсчета заканчивается.
Перевод в состояние 1 второго выхода ЛУ обеспечивает подключение через Кл1', эталонного тока - 64δ в точку суммирования эталонов (Вх.2 компаратора. Во втором такте кодирования компаратор определяет знак разности между IC = - 105,3δ и IЭТ = - 64δ. Поскольку IC - IЭТ < 0, то на выходе компаратора формируется 1, а на выходе инвертора DD1 будет 0 и эталонный ток -64δ остается включенным. Аналогично пройдут и другие этапы кодирования. Последовательность решений компаратора в процессе кодирования IC представлена на рисунке 8.9 в точке 4 комбинацией двоичных символов 10010110 (левый символ 1 этой комбинации прошел с выхода компаратора до включения инвертора). По окончаний восьмого этапа кодирования на выходах ЛУ будет сформулирована комбинация 01101001, представляющая в 8-разрядном симметричном двоичном коде значение амплитуды отсчета - 105δ. Управляют работой кодера импульсы, поступающие от ГОпер.
7. Структурная схема линейного декодера.
Принцип построения линейного декодера для восстановления двухполярного сигнала показан на рисунке 2.27. Процесс декодирования (восстановление передаваемой амп литуды отсчета) при этом может быть представлен как суммирование эталонов «гирь» с весовыми значениями тех разрядов, где в кодовой комбинации имеются единицы. Декодирование ведется в порядке, обратном процессу коди рования. Вначале 8-разрядная кодовая группа принятого ИКМ сигнала с помощью ПК преобразуется в параллельную кодовую группу символов, которая формируется на выходах 1 - 8 ПК. В соответствии с принятой кодовой комбинацией ЛУ вырабатывает сигналы управления, включающие ключи эталонных токов соответствующих разрядов. Включаются ключи тех разрядов, где на выходе ЛУ имеется 1.
В симметричной двоичном коде первый разряд определяет полярность источника эталонных токов. В этом случае 1 включает положительный источник эталонных токов +Е, а 0 через инвертор включает отрицательный источник эталонных токов -Е.
На рисунке 8.10 показан пример декодирования кодовой комбинации 01101001. При кодировании замыкаются ключи Кл - , Кл1, Кл2, Кл4, Кл7 и формируется суммарный эталонный ток отрицательной полярности величиной 105δ.
8 Принцип построения генераторного оборудования ЦСП
Генераторное оборудование ЦСП вырабатывает определенный набор импульсных последовательностей, которые используются для управления функциональными узлами аппаратуры и синхрониза ции соответствующих узлов, оконечных и промежуточных станций, а также определяют порядок и скорость обработки сигналов в трактах передачи и приема. Структурная схема ГО во многом зависит от принципов формирования группового ИКМ сигнала и места конкретной системы в типовой иерархии ЦСП.
Рассмотрим построение ГО первичной ЦСП (рисунок 3.3).Структура управляющих сигналов, вырабатываемых ГО, опреде ляется структурами цикла и сверхцикла передачи. Принцип формирования цикла и сверхцикла описан ранее, где показано, что тактовая частота первичной ЦСП fт= 2048 кГц. Так как каждый символ цифрового потока занимает половину тактового интервала, то нужна последовательность импульсов с частотой следования fт и скважностью q = 2. Все остальные управляющие имвульсные последовательности могут быть сформированы путем деления тактовой частоты.
На выходе задающего генератора (ЗГ) формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, обычно равной или кратной fт. Формирователь тактовой последовательности (ФТП) вырабатывает основную импульсную, последовательность с частотой следования fт. Импульсы тактовой последовательности используются при выполнении операций кодирования и декодирования, формировании и обработке линейного сигнала.
Распределитель разрядный (РР) формирует m импульсных последовательностей (Р1 Р2,.., Pm). Число разрядных импульсов, формируемых РР, равно числу разрядов в кодовой комбинации, а частота их следования (при m = 8) fp = fт/ m = 256 кГц. Эти импульсные последовательности используются для правильного определения каждого разряда комбинации, при выполнении операций кодирования и декодирования, а также при формировании группового цифрового сигнала, когда необходимо выделить временные интервалы для передачи соответствующих позиций синхроимпульса, СУВ, служебных сигналов.
Распределитель канальный (РК) формирует управляющие канальные импульсные последовательности КИ0, КИ1,..., КИn, где n - общее число канальных интервалов в цикле. Частота следо вания КИ равна частоте дискретизации. При числе КИ, равном 32, fк = fр/n= 8 кГц.
Если импульсы применяются для фиксации КИ в групповом ИКМ сигнале, то их длительность должна равняться длительности КИ. При использовании этих импульсов для управления ключевыми устройствами, формирующими АИМ сигнал на передаче, и распределения группового АИМ сигнала по каналам на приеме их длительность должна быть меньше.
Распределитель цикловой (РЦ) служит для формирования цикловых импульсных последовательностей Ц0, Ц1, ..., Цs, где s-число циклов в сверхцикле. При s =16 частота следования одноименных цикловых импульсов fц = 500 Гц.
С целью обеспечения синхронной и синфазной работы пере дающей и приемной станций в ГО приемной станции вместо ЗГ используется ВТЧ системы устройств тактовой синхронизации. Для подстройки ГОпр по циклам и сверхциклам используются сигналы «Установка по циклу» и «Установка по сверхциклу». В ГОпр по сигналу «Установка по циклу» РР начинает работать с первого разряда, РК с первого КИ, а по сигналу «Установка по сверхциклу» РЦ начинает работать с нулевого цикла.
9 Принципы построения оборудования оконечных станций ЦСП. Временная диаграмма цикла и сверхцикла.
Структурная схема оконечной станции первичных ,СП с ИКМ для одного направления передачи показана на рисунке 3.1
Исходные сигналы u1(t), u2(t),…, un(t) от 1,2,..., N абонентов через ФНЧ поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы (М), функцию которых выполняют электронные ключи. С помощью модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов во времени.
Сигналы с выходов модуляторов объединяются в групповой АИМ сигнал (Гр. АИМпер,). Управляют работой модуляторов канальные импульсные последовательности, поступающие от ГО передачи. При этом импульсы подаются на модуляторы каналов поочередно (со сдвигом по времени), что и обеспечивает правильное формирование группового АИМ сигнала. Длительность каждого импульса в этих последовательностях составляет примерно 125/2N мкс , что определяет длительность одного отсчета АИМ импульса канала, а период следования составляет 125 мкс, что соответствует частоте дискретизации Fд = 8 кГц.Групповой АИМ сигнал поступает на кодер, который одновременно осуществляет операции квантования по уровню и кодированию.
Сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС, поступают в передатчик Пер.СУВ, где они дискретизируются с помощью импульсных последовательностей, формируемых в ГОпер, и объединяются. В результате формируется групповой сигнал Гр. СУВ,
В устройстве объединения (УО) кодовые группы каналов с выхода кодера, т. е. групповой ИКМ сигнал, кодированные сигналы СУВ и кодовая группа синхросигнала от передатчика синхросигнала (Пер.СС) объединяются, образуя циклы и сверхциклы.
Сформированный ИКМ сигнал представляет собой набор однополярных двоичных символов, импульсы которых всегда имеют только одну, например положительную, полярность. При передаче по линии такой сигнал подвержен значительным искажениям и затуханию. Поэтому перед передачей в линию однополярный ИКМ сигнал преобразуется в биполярный, удобный для передаи по линейному тракту. Это происходит в преобразователе кода передачи (ПКпер).
В процессе передачи по линии ИКМ сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) с помощью линейных регенераторов.
На приемной станции ИКМ сигнал восстанавливается стационарным регенератором (РС) и поступает в преобразователь кода приема (ПКпр.), где биполярный сигнал вновь преобразуется в однополярный.
Устройство выделения тактовой частоты (ВТЧ) выделяет из этого сигнала тактовую частоту, которая используется для работы ГОпр. Этим обеспечивается синхронная и синфазная работа ГОпер и ГОпр.
Причем правильное декодирование и распределение сигналов по соответствующим телефонным каналам и каналам передачи СУВ обеспечиваются приемником синхросигналов (Пр. СС). Устройство разделения (УР) разделяет кодовые группы телефонных каналов и каналов СУВ. Приемник групповых сигналов управления и взаимодействия (Пр. СУВ), управляемый импульсными последовательностями, поступающими от ГОпр., распределяет СУВ по своим каналам, а декодер преобразует групповой ИКМ сигнал в групповой АИМ сигнал.
Канальные импульсные последовательности, поступающие от ГОпр, поочередно открывают временные селекторы (ВС) каналов, обеспечивая выделение отсчетов каждого из каналов из группового АИМ сигнала. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности его АИМ отсчетов производится с помощью ФНЧ.
Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично.
Соответствующими управляющими импульсами от ГОпер. в УО обеспечивается правильный порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи. Принципы построения временной диаграммы цикла и сверхцикла показаны на рисунке 3.2.
Циклы Ц,, Ц2,..., Ц,, каждый длительностью 125 мкс, объединяются в сверхциклы, следующие друг за другом. Каждый цикл состоит из информационных канальных интервалов КИ0, КИ1, ..., КИN и дополнительных канальных интервалов, необходимых для передачи синхросигнала (СС) цикловой синхронизации, СУВ и других вспомогательных сигналов. На рисунке 3.2 дополнительные КИ выделены соответствующими обозначениями.
Каждый КИ представляет собой 8-разрядную кодовую группу, в разрядах Р1, Р2, ..., Рm, которой передается закодированная информация соответствующего канала, а в дополнительных КИ - кодовые группы СС цикловой синхронизации и СУВ. Обычно за один цикл передаются СУВ одного или двух каналов. Таким образом, для передачи СУВ всех N каналов потребуется соответственно N или N/2 циклов, объединенных в сверхцикл. Такое объединение циклов в сверхцикл необходимо для организации нужного числа каналов передачи СУВ и правильного распределения этих сигналов на приеме. В первом цикле сверхцикла обычно передается СС сверхцикловой синхронизации, а СУВ не передаются. Таким образом, общее число циклов в сверхцикле S на один больше, чем требуется для передачи СУВ всех каналов.
Скорость передачи группового ИКМ сигнала определяется тактовой частотой системы: fт, зависящей от общего числа канальных интервалов в цикле, включая канальные интервалы для передачи СУВ, ОС и других служебных сигналов. Так, для системы передачи ИКМ-30, где используется 8-разрядный код, цикл содержит 32 канальных интервала, а fд= 8 кГц получим fт= 2048 кГц. Необходимая скорость и последовательность работы передающих устройств СП обеспечиваются устройствами ГОпер.
10. УТС с пассивной фильтрацией тактовой частоты
Устройства тактовой синхронизации (УТС) обеспечивают синхронную работу ГО приемной и передающей частей ЦСП, а также устройств регенерации. Только в этом случае ГОпр будет вырабатывать управляющие сигналы, совпадающие по частоте и времени с импульсными последовательностями, поступающими в оконечную станцию ЦСП из линейного тракта, обеспечивая тем самым правильное распределение принимаемых импульсов по канальным интервалам и циклам и соответственно правильное декодирование кодовых комбинаций. Следовательно, основная задача УТС - исключить или сделать минимальным расхожение частот ГО передачи и приема.
Основным элементом системы тактовой синхронизации является устройство тактовой синхронизации — УТС.
К устройствам тактовой синхронизации ЦСП предъявляются следующие требования:
высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части;
малое время вхождения в синхронизм;
сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.
Различают две группы УТС, отличающихся методом использования синхросигналов. К первой группе относятся устройства с синхронизацией по специальному синхросигналу. Этот метод усложняет построение линейного тракта ЦСП и генераторного оборудования, к тому же точность установки фазы управляющих сигналов в большой степени связана с нелинейными искажениями и неравномерностью частотных характеристик линейного тракта. Ко второй группе относятся УТС с подстройкой фазы управляющих импульсов под основной принимаемый сигнал. Такую подстройку можно осуществить либо по специальным синхроимпульсам, либо по рабочим (информационным) импульсам (элементам кодовых комбинаций цикла). Применение специальных синхроимпульсов снижает пропускную способность системы, поэтому на практике реализуется метод тактовой синхронизации по рабочим импульсам.
Эту группу УТС можно разделить на две, отличающиеся способом выделения тактовой частоты:
1. УТС с пассивной фильтрацией тактовой частоты;
2. УТС с активной фильтрацией тактовой частоты.
В ЦСП с невысокой скоростью передачи в основном используется УТС с пассивной фильтрацией тактовой частоты (рисунок 3.4). Сущность этого метода состоит в том, что из входного цифрового сигнала с помощью полосовых фильтров, резонансных контуров, избирательных усилителей выделяется тактовая частота.
Часть УТС, обеспечивающая выполнение этих функций, называется выделителем тактовой частоты (ВТЧ).
Нелинейная схема НС обеспечивает преобразование квазитроичного двухполярного линейного сигнала в однополярный двоичный цифровой сигнал, который содержит в своем составе составляющую тактовой частоты. В большинстве случаев в качестве НС используется двухполупериодный выпрямитель. Усилитель УС1 обеспечивает необходимый уровень сигнала на входе узкополосного фильтра УФ, выделяющего составляющую тактовой частоты. УС2 обеспечивает необходимый уровень сигнала на входе формирователя синхроимпульсов ФСИ. ВТЧ обеспечивает формирование гармонического сигнала с тактовой частотой. ФСИ позволяет осуществить преобразование гармонического сигнала с частотой fт на выходе ВТЧ в последовательность прямоугольных импульсов той же частоты. Эта последовательность используется для тактовой синхронизации ГОпр.
11. УТС с активной фильтрацией тактовой частоты
Устройства тактовой синхронизации (УТС) обеспечивают синхронную работу ГО приемной и передающей частей ЦСП, а также устройств регенерации. Только в этом случае ГОпр будет вырабатывать управляющие сигналы, совпадающие по частоте и времени с импульсными последовательностями, поступающими в оконечную станцию ЦСП из линейного тракта, обеспечивая тем самым правильное распределение принимаемых импульсов по канальным интервалам и циклам и соответственно правильное декодирование кодовых комбинаций. Следовательно, основная задача УТС - исключить или сделать минимальным расхожение частот ГО передачи и приема.
Основным элементом системы тактовой синхронизации является устройство тактовой синхронизации — УТС.
К устройствам тактовой синхронизации ЦСП предъявляются следующие требования:
высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части;
малое время вхождения в синхронизм;
сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.
Различают две группы УТС, отличающихся методом использования синхросигналов. К первой группе относятся устройства с синхронизацией по специальному синхросигналу. Этот метод усложняет построение линейного тракта ЦСП и генераторного оборудования, к тому же точность установки фазы управляющих сигналов в большой степени связана с нелинейными искажениями и неравномерностью частотных характеристик линейного тракта. Ко второй группе относятся УТС с подстройкой фазы управляющих импульсов под основной принимаемый сигнал. Такую подстройку можно осуществить либо по специальным синхроимпульсам, либо по рабочим (информационным) импульсам (элементам кодовых комбинаций цикла). Применение специальных синхроимпульсов снижает пропускную способность системы, поэтому на практике реализуется метод тактовой синхронизации по рабочим импульсам.
Эту группу УТС можно разделить на две, отличающиеся способом выделения тактовой частоты:
1. УТС с пассивной фильтрацией тактовой частоты;
2. УТС с активной фильтрацией тактовой частоты.Рассмотрим подробно УТС с активной фильтрацией. Устройства активной фильтрации тактовой частоты могут быть с непосредственным воздействием на местный ЗГ тактовой частоты и с воздействием на промежуточный преобразователь (ПП) тактовой последовательности. Структурные схемы УТС с активной фильтрацией представлены на рисунке 3.5, а.
В схеме с непосредственным воздействием на ЗГ (рисунок 3.5) подстройка тактовой частоты под частоту принимаемых импульсов осуществляется по управляющему напряжению Uy снимаемому с фазового дискриминатора (ФД), значение и знак которого зависят от значений и знака разности фаз входных сигналов ФД. Так как напряжение Ц на выходе ФД имеет дискретный характер, непрерывное регулирование частоты ЗГ можно осуществить, пропуская напряжение Uy через интегратор (сглаживающую цепочку).
В схеме на рисунке 3.5, б тактовая частота изменяется за счет изменения числа импульсов, поступающих на вход делителя частоты (ДЧ) через схему убавления (СУ). Управление осуществляется сигналом с выхода ФД, прошедшим через цифровой интегратор, выполненный на основе реверсивного счетчика (PC).
12. Принцип организации цикловой синхронизации. Схема приемника СС.
Синхронизация приемной и передающей станции по циклам обеспечивает правильное декодирование кодовых групп и распределение групповою АИМ сигнала по соответствующим приемникам каналов. Для обеспечения этой синхронизации в начале каждого цикла в состав группового цифрового сигнала вводится специальный синхросигнал, который представляет собой отдельный импульс или группу импульсов определенной комбинации.
К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие основные требования:
время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;
число разрядов синхросигнала в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должно быть минимальным;
приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым, что обеспечивает большее среднее время между сбоями синхронизма.
Отметим основные отличительные признаки синхросигнала и способы ввода его в групповой сигнал. Основными, отличительными особенностями синхросигнала являются его периодичность, или повторяемость, на одних и тех же позициях в каждом цикле и постоянство кодовой комбинации.
Эти свойства используются при выделений синхросигнала на приемной станции. Групповой цифровой сигнал каналов в силу случайного характера абонентских сигналов свойствами периодичности не обладает.
По числу разрядов различают одноразрядные и многоразрядные синхросигналы. Многоразрядные синхросигналы различаются по распределению разрядов в цикле передачи: сосредоточенные, рассредоточенные. На рисунке 3.6 показаны циклы, содержащие одноразрядный и многоразрядные (с комбинацией 101) сосредоточенный и рассредоточенный синхросигналы.
Наибольшее распространение в ЦСП получил способ передачи многоразрядного сосредоточенного синхросигнала. Кодовая комбинация синхросигнала должна выбираться такой, чтобы вероятность ее появления при передаче информационных символов была наименьшей.
Система цикловой синхронизации представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих синхронную работу соответствующих узлов (разрядных и канальных распределителей) ГО приемной и передающей станций. На передающей станции находится устройство формирования и ввода синхрогруппы в групповой цифровой сигнал. На приемной станции находится приемник синхросигнала, обеспечивающей установку синхронизма после включения аппаратуры в работу, контроль за состоянием синхронизма в рабочем режиме, обнаружение сбоя синхронизма и его восстановление.
Рассматривая принцип построения приемника синхросигнала, схема которого показана на рисунке 3.7, можно выделить следующие основные узлы: опознаватель, анализатор, решающее устройство.
Опознаватель синхросигнала предназначен для выделения из группового ИКМ сигнала кодовых комбинаций, совпадающих по структуре с синхросигналом. Анализатор определяет соответствие момента, временя прихода истинной синхрогруппы и контрольного сигнала с генераторного оборудования. Решающее устройство определяет состояние синхронизма, момент выхода из синхронизма, управляет работой соответствующих узлов ГО в режиме поиска синхронизма.
Опознаватель, сдвигая каждый раз момент регистрации на один такт, будет пробовать поступающие комбинации группового сигнала на их соответствие синхрогруппе. Таким образом, если за период цикла будет отсутствовать комбинация, похожая на синхрогруппу, а это маловероятно, синхросигнал будет найден в течение одного цикла или быстрее. Для подтверждения правильности выделения синхросигнала следующая проверка наличия синхросигнала будет ровно через цикл. Приемник синхронизации с таким принципом работы называется приемником со скользящим поиском и одноразрядным сдвигом.
Основными причинами, вызывающими сбой синхронизации, являются выход из синхронизма по тактовой частоте, что приводит к изменению длительности цикла, так как в цикле появятся или пропадут один или несколько канальных интервалов, и искажение символов синхросигнала в результате воздействия помех. Главным источником этих сбоев является линейный тракт.
При использовании цифровых систем для организации соеди нительных линий между АТС время восстановления синхронизма ограничивается несколькими миллисекундами. При передаче телефонных сообщений абонент практически не заметит перерыва связи в несколько десятков миллисекунд, однако при сбое синхронизации нарушается работа каналов передачи СУВ, что может привести и разъединению абонентов. Допустимое время пропадания каналов передачи СУВ которое не отражается на работе приборов АТС и определяет допустимое время восстановления синхронизма, обычно составляет около 2 мс.
Сверхцикловая синхронизация обеспечивает правильное распределение сигналов СУВ но соответствующим каналам. Работа сверхцикловой синхронизации, как и работа цикловой синхронизации, основана на передаче в групповом сигнале сверхцикловой синхрогруппы. Для этого используется один из циклов передачи. Работа приемника сверхциклового синхросигнала практически ничем не отличается от работы приемника циклового синхросигнала, только установка сверхцикловой синхронизации начинается после установки цикловой. Если произошло нарушение только сверхцикловой синхронизации, то ее поиск начинается после пропадания двух сверхцикловых синхрогрупп подряд.
13. Принцип регенерации цифровых сигналов. Общая структурная схема.
Регенерация формы цифрового сигнала. Проходя через среду распространения, цифровой сигнал ослабляется и подвергается искажению и воздействию помех, что приводит к изменению формы и длительности импульсов, изменению случайным образом временных интервалов между импульсами, уменьшению амплитуды импульсов.
Задача регенератора - восстановить амплитуду, форму, длительность каждого импульса цифрового сигнала, а также величину временных интервалов между соседними символами.
В кабельных ЦСП линейный сигнал чаще всего передается в виде комбинаций импульсов постоянного тока и пробелов, что упрощает реализацию регенераторов. В то же время регенераторы кабельных систем являются наиболее распространенным элементом современных цифровых сетей. Рассмотрим регенерацию цифрового сигнала, представляющего собой комбинацию импульсов и пробелов (единиц и нулей). Структура регенератора представлена на рисунке 4.3.
Искаженный цифровой сигнал из кабельной цепи поступает на усилитель-корректор УК, обеспечивающий частичную или полную коррекцию формы импульсов, и регистрируется решающим устройством РУ. Решающее устройство представляет собой пороговую схему. РУ срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень Uпор, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога.
Пороговое напряжение может подаваться извне или вырабатываться в схеме РУ. При поступлении импульса на выходе РУ появляется управляющий сиг нал, а в случае пробела (при поступлении 0) состояние РУ не изменяется. Форми рующее устройство ФУ обеспечивает формирование по сигналам РУ импульсов с принятыми для конкретной системы стандартными параметрами.
В приведенной выше схеме регистрация входящего сигнала и принятие решения о его значении осуществляются по каждому символу в отдельности, что значительно упрощает реализацию схемы регенератора. Однако при этом требуется введение устройства тактовой синхронизации УТС, которое долж но обеспечить принятие решений на определенных временных интервалах. Эти интервалы выбираются в пределах участков тактового интервала, на которых принимаемый импульс имеет мини мальные искажения, так как выбор момента регистрации в менее искаженной части импульса гарантирует верность принятия решения РУ.
Рассмотрим временные диаграммы, поясняющие принцип регенерации цифрового сигнала (рисунок 4.4).
Входной сигнал, пройдя регенерационный участок (рисунок 4.4, б), искажается, форма его изменяется и на входе УК (рисунок 4.4, в) она уже сильно отличается от исходной. Усилитель-корректор, устра няя амплитудно-частотные искажения цепи, корректирует форму импульсов, обеспечивая более крутые фронты, что облегчает процесс принятия решения в РУ. Форма сигнала на входе РУ представлена на рисунке 4.4, в, здесь же штриховой линией, показан пороговый уровень РУ. На рисунке 4.4, д показаны стробирующие сигналы УТС. Из рисунка видно, что сигналы УТС размещаются в центрах тактовых интервалов, на которых входные сигналы РУ имеют максимальное значение и наименее искаженную форму, т. е. обеспечивается максимальное превышение сигнала над помехой, а следовательно, и верность регистрации.
Смещение синхросигнала может привести к ошибке регенерации. Не исключается ошибочное решение и при правильном расположении тактовых синхроимпульсов. Такой случай возможен, если полярность помехи противоположна полярности импульса, а ее абсолютная величина больше порогового значения. Тогда уровень импульса, искаженного помехой, будет ниже порогового уровня, что при регенерации приведет к ошибке. Если при отсутствии импульса уровень помехи окажется выше порогового, это также при ведет к ошибке.
Регенераторы ЦСП классифицируются по методу регистрации импульсов, виду тактовой синхронизации, методам получения колебания тактовой частоты и использования синхросигнала в процессе регенерации импульсов.
14. Временное объединение цифровых потоков. Принцип построения оборудования временного группообразования.
Объединение цифровых потоков происходит при формировании группового цифрового сигнала из цифровых потоков систем более низкого порядка, а также при объединении различных сигналов, передаваемых в цифровом виде, в единый цифровой поток.
При формировании группового цифрового сигнала возможны следующие способы объединения цифровых потоков: посимвольный (поразрядный); поканальный (по кодовым группам каналов) и посистемный (по циклам потоков объединяемых систем). На рис. 5.2, а показан принцип посимвольного, а на рис. 5.2, б поканалыюго объединения цифровых потоков. В обоих случаях объеди няются четыре потока. При посимвольном объединении импульсы цифровых сигналов объединяемых систем укорачиваются и рас пределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах могли разместиться вводимые импульсы других систем. При поканальном объединении цифровых потоков сужаются и распреде ляются во времени интервалы, отводимые для кодовых групп. Сигналы цикловой синхронизации необходимы для правильного распределения цифровых потоков на приемном конце. Объедине ние цифровых потоков по циклам аналогично поканальному объ единению, только обрабатывается (сжимается) во времени и пере дается целиком цикл одного цифрового потока, а потом следую щих. Наиболее простым и широко применяемым способом являет ся способ посимвольного объединения, который и будет рассмот рен подробней.
Объединение цифровых потоков осуществляется в оборудова нии временного группообразования, принцип построения которого показан на рис. 5.3. В состав оборудования входят: блоки цифро вого сопряжения тракта передачи и приема БЦСпер, БЦСпр; уст ройства объединения УО в тракте передачи и разделения УР в тракте приема потоков; передатчик и приемник синхросигнала Пер. СС, Пр. СС; выделитель тактовой частоты ВТЧ линейногоцифрового сигнала; генераторное оборудование ГО передающей и приемной станции.
Сигналы с выходов БЦСпер совместно с сигналами цикловой синхронизации поступают на вход схемы объединения. Временной сдвиг между импульсными последовательностями на выходах БЦСпер обеспечивается управляющими импульсами с ГО. На при еме УР распределяет импульсы группового сигнала по своим БЦСпр, а также сигналы Пр. СС.
Генераторное оборудование систем передачи более низкого по рядка может работать либо независимо от оборудования объедине ния и разделения цифровых потоков, либо должна обеспечиваться синхронизация общим задающим генератором. В зависимости от этого объединение цифровых потоков будет асинхронным или син хронным.
При синхронном объединении цифровых потоков скорость за писи в БЦС и скорость считывания этой информации из БЦС будут постоянными и кратными, так как вырабатываются одним и тем же ГО. В данном случае между командами записи и считывания должен быть установлен требуемый временной сдвиг, чтобы считы вание информации происходило после ее поступления в БЦСпер.
При асинхронном объединении цифровых потоков, когда ГО устройств объединения цифровых потоков и ГО устройств форми рования цифровых потоков низшего порядка работают независимо, возможно некоторое расхождение между скоростями записи и считывания. Для согласования этих скоростей необходимо прини мать соответствующие меры.
При объединении цифровых потоков производится запись ин формационных символов в запоминающее устройство ЗУ с частотой f3 и последующее их считывание с частотой fсч.и. При синхронном объединении цифровых потоков f 3= fCЧ.И . При асинхронном объеди нении цифровых потоков частоты записи и считывания могут изме няться в некоторых пределах и иметь значения
fЗ.Н - Δ f Зтах <= fЗ <= fЗ.Н + Δ f Зтах
fСЧ.И.Н - Δ f СЧ.Итах <= fСС.И. <= fСЧ.И.Н + Δ f СЧ.Итах
где fз.н, fсч.и.н — номинальные значения частоты записи и считыва ния информационных символов; Δ f Зтах, Δ f СЧ.Итах — максимальное отклонение частот записи и считывания от номинального значе ния, вызванное нестабильностью работы ГО. При таких ситуациях могут возникнуть моменты, когда fЗ > fСЧ.И и память ЗУ будет заполнена или когда fЗ. < fСЧ.И сч.и и память ЗУ будет пуста и в очередной момент считывать будет нечего. В обеих си туациях передача цифрового потока будет происходить с искаже ниями, так как в первом случае часть информационных символов пропадает, а во втором — появляются дополнительные временные позиции, которые в исходном цифровом потоке отсутствуют. Чтобы избежать этих нарушений, требуется обеспечить согласование ско ростей.
15. Структурная схема АЦО-30
Общие сведения. Аналого-цифровое оборудование АЦО пред назначено Для формирования 30-канального цифрового сигнала с временным разделением каналов (первичного цифрового потока ПЦП) со скоростью 2048 кбит/с и формирования 30 сигналов ТЧ на приеме из первичного цифрового потока. Кроме указанных функций АЦО обеспечивает согласование низкочастотных оконча ний каналов ТЧ с линейным оборудованием коммутационных сис тем, организацию сигнальных каналов и передачу сигналов дис кретной информации и звукового вещания в групповом цифровом потоке.
На стандартной стойке САЦО размещаются четыре комплекта АЦО и панель обслуживания ПО-1, таким образом, одна стойка САЦО обеспечивает работу четырех систем ИКМ-30. Оборудование АЦО размещается в специальном каркасе на стойке и содержит следующие блоки:
УП — устройство питающее;
СИ (СВ, СВМ) — согласующее устройство исходящее (входя щее, входящее междугородного шнура), 30 шт.;
ПП — приемопередатчик, 15 блоков;
ФЛС — формирователь линейного сигнала;
ГЗ — генератор задающий;
ДКир, ДКпер — делитель канальный (приема и передачи);
ДЧпр, ДЧпер — делитель частоты (приема и передачи);
КодЦ — кодер (цифровая часть);
КодА — кодер (аналоговая часть);
КС — блок контроля и сигнализации;
Дек — декодер;
Пр. Синхр — приемник синхросигналов;
ПКщ> — преобразователь кода приема.
Структурная схема АЦО-30 представлена на рис. 6.2. Низко частотный сигнал проходит через провода а, Ь согласующего ус тройства СУ н далее в тракт передачи блока приемопередатчика ПП канала. В тракте ПП сигнал ограничивается по спектру и после дискретизации поступает в виде импульсов АИМ-1 на вход групповой части, где объединяется с импульсами других каналов
Групповой АИМ сигнал поступает в блок Код А на устройство выборки и хранения УВХ, формирующее сигнал АИМ-2 и осущес твляющее увеличение длительности АИМ сигнала. С выхода уси лителя ввода УВв сигнал поступает на компаратор. Цифровая часть кодера Код Ц управляет включением эталонных токов блоков эталонов кодера БЭК и в целом процессом поразрядного взвеши вания. Сформированная кодовая комбинация из регистра памяти РП через устройство вывода сигнала кодера УВСК направляется в блок ФЛС на вход устройства объединения УО. Туда же посту.пают сигналы СУВ от СУ, сигналы цикловой и сверхциклоаой синхронизации, сформированные соответствующим формировате лем синхросигнала ФСС, аварийные сигналы о сбое ЦС и СЦС и ' сигналы ДИ. Таким образом, на выходе УО формируется полный ■ формат сверхцикла передачи. Двоичный цифровой поток поступа ет на преобразователь кода передачи ПКпер, формирующий квази-троичный линейный сигнал в коде ЧПИ.
В тракте приема АЦО регенерированный квазитроичный сигнал поступает из блока РС СОЛТ на блок ПКпр- Устройство регенера ции РПр обеспечивает регенерацию цифрового сигнала, искаженно го на соединительной линии СОЛТ—САЦО (затухание линии на этом участке на полутактовой частоте может достигать 6 дБ).Преобразователь кода приема обеспечивает формирование двоичного сигнала. Двоичный линейный сигнал проходит через блок Пр. Сннхр, в котором соответствующие приемники обеспечи вают выделение сигналов ЦС, СЦС, СУВ и аварийных сигналов о сбое ЦС и СЦС на противоположной станции. Выходные сигналы приемников обеспечивают синхронизацию генераторного оборудо вания и работу сигнальных каналов. Далее групповой ИКМ сигнал поступает на декодер. С выхода последнего квазианалого-вый АИМ сигнал проходит через временные селекторы приемных частей блоков ПП и после восстановления фильтрами НЧ оказы вается в СУ.
Работа трактов передачи и приема осуществляется под воздей ствием управляющих сигналов, вырабатываемых генераторным оборудованием передачи и приема. Генераторное оборудование передачи содержит блоки задающего генератора ЗГ и распредели телей импульсных сигналов, называемых в системе ИКМ-30 дели телями. Генераторное оборудование приема в качестве тактового сигнала использует тактовую частоту, получаемую от ВТЧ ПКпр-Аварийные сигналы поступают в блок контроля и сигнализации КС, который обеспечивает контроль напряжений питания, состоя ния циклового и сверхциклового синхронизма, блокирующих уст ройств низкочастотных окончаний каналов и наличие аварийных сигналов в цифровом сигнале, поступающем с противоположной станции. Выходные сигналы КС включают оптическую сигнализа цию панели обслуживания ПО-1.
Устройство питания формирует питающие напряжения —5, + 5, - 12 и +12 В.
16. Схемы плезиохронных цифровых иерархий PDH
Три такие иерархии были разработаны в начале восьмидесятых годов. Они получили общее название: плезиохронные цифровые иерархии - ПЦИ (или PDH).
В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1), порожденного первым уровнем мультиплексирования, была принята скорость Т1=1544 кбит/с (т.е. коэффициент первичного мультиплексирования n = 24) и двадцать четыре ОЦК по 64 кбит/с можно было использовать для передачи голоса или данных.
Во второй, принятой в Японии, в качестве скорости ПЦК использовалась та же скорость 1544 кбит/с.
В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве скорости ПЦК была принять скорость 2048 кбит/с (те. коэффициент первичного мультиплексирования n 30) и тридцать ОЦК по 64 кбит/с использовались для передачи голоса и данных. Два дополнительных тайм-слота (0 и 16), как указывалось выше, предназначались для организации каналов по 64 кбит/с для синхронизации (0 тайм-слот) и сигнализации или управления (16 тайм-слот).
Первая иерархия была порождена скоростью DS0, давала последовательность каналов вида DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность скоростей с номинальными значениями в виде ряда: 1544 – 6312 - 44736 - 274176 кбит/с (как правило, цитируется ряд приближенных величин 1,5 – 6 – 45 - 274 Мбитiс). С учетом скорости DS0 (одинаковой для всех трех иерархий), указанный ряд скоростей соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n=24, m=4, 1=7, k=6. Эта иерархия позволяет передавать соответственно: 24, 96, 672 и 4032 канала DS0. Ее называют американской системой (АС) иерархии.
Вторая иерархия была порождена скоростью DS0, давала последовательность каналов вида: DS1 - DS2 - DJS3 - DJS4 - DJS5 или последовательность скоростей: 1544 - 6312 - 32064 - 97728 - 397200 кбит/с (ряд приближенных величин составляет 1,5 - 6 - 32 - 98 - 397 Мбит/с), что с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования: n=24, m=4, 1=5, k=3, i=4. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно: 24, 96, 480, 1440 и 5760 каналов DS0. Эту иерархию называют японской системой (ЯС) иерархии.
Третья иерархия была порождена также скоростью DS0, давала последовательность каналов вида: Е1 - Е2 - Е3 - Е4 - Е5 или последовательность скоростей 2048- 8448- 34368- 139264- 564992 кбит/с ряд приближенных величин составляет 2 - 8 -34 - 140 - 565 Мбит/с что соответствует ряду коэффициентов: n=30, m=4, 1=4, k=4. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 30, 120, 480, 1920 и 7630 каналов DS1, что отражается и в названии ИКМ систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д. Эту иерархию называют европейской систе (ЕС) иерархии.
Указанные иерархии , известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH,сведены в таблицу
Параллельное развитие трех различных систем иерархии объективно мешало развитию глобальных телекоммуникаций в мире в целом, поэтому комитетом по стандартизации IТU-T или МСЭ-Т, были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению. В результате был разработан стандарт [9] согласно которому:
- во-первых, в качестве базовых были стандартизованы три (не считая основного) первых уровня АС (DS1-DS2-DS3), четыре первых уровня ЯС (DS1-DS2-DJS3-DJS4) и четыре первых уровня ЕС (Е1-Е2-Е3-Е4); указаны схемы кросс-мультиплексирования иерархий (взаимного перехода из одной иерархии в другие), например, из ЕС иерархии в АС иерархию (с первого на второй уровень) и обратно (с третьего на четвертый уровень), а также из ЯС иерархии (с третьего уровня) в ЕС иерархию (на четвертый уровень), как показано на рисунке 1-12, где коэффициенты мультиплексирования проставлены на линиях связи блоков, представляющих скорости передачи (рисунок 5.2);
- во-вторых, последние уровни первой, второй и третьей систем иерархии (274, 397 и 565 Мбит/с соответственно) не были рекомендовны в качестве стандартных;
- в-третьих, была сохранена ветвь 32 98 Мбит/с в ЯС иерархии, т.е. уровни DJS3 и DJS4, соответствующие уровням DS3 и DS4 в АС иерархии и ЕЗ и Е4 в ЕС иерархии. Наличие стандартных скоростей передачи и фиксированных коэффициентов мультиплексирования дало возможность на практике не только по отдельности использовать три схемы мультиплексирования - АС, ЯС и ЕС (последнюю часто называют СЕРТ), но и обеспечить их взаимодействие.[10]
На верхних уровнях иерархии используется внутренняя побитовая синхронизация при которой мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков, например, путем добавления нужного числа выравнивающих бит: в каналы с относительно меньшими скоростями передачи.Это наиболее простой вариант, характерный для международных процедур стаффинга. Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность.Информация о вставленных/изъятых битах передается по каналам управления формируемым отдельными битами в структуре фрейма в рамках общего потока управления. На каждом последующем уровне мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного), а цифровые иерархии АС, ЕС и ЯС получили соответственно название плезиохронных цифровых иерархий ПЦИ (PDH).Кроме сиихронизации, на уровне мультиплексора второго порядка также происходит формирование фреймов и мультифреймов, которые позволяют структурировать последовательность в целом.
17. Синхронная цифровая иерархия SDH. Достоинства и недостатки.
SDH представляет собой протокол связи высокоскоростной передачи информации, базирующейся на стандартизированных иерархических уровнях.
Рекомендации МСЭ-Э G.707 [9]определены следующие уровни иерархии SDH и соответствующие им иерархические скорости передачи:
- первый – 155,520 Мбит/с;
- четвертый – 622,080 Мбит/с;
- шестнадцатый – 2448,320 Мбит/с;
- шестьдесят четвертый – 9953,280 Мбит/с.
Технология SDH дает возможность передавать в одном и том же цикле передачи информацию разных видов и разной пропускных способностей, обеспечивая при этом сквозное управление всеми предоставляемыми услугами.
Особенностью сети SDH является ее прозрачность, т.е. возможность осуществлять ввод/вывод отдельных цифровых потоков независимо от их структуры, ликвидировать или перестраивать их без перерыва связи благодаря использованию направленного синхронного мультиплексирования, при котором каждый цифровой поток занимает строго определенное временное положение в общем стандартном цикле передачи. Основным методом мультиплексирования в SDH является вариант схемы преобразований, принятый Европейским Институтом Стандартов Электросвязи (ETSI).
Данная схема определяет процедуру преобразования, проводимых над компонентными сигналами, соответствующими сигналами на иерархических интерфейсах (рекомендация МСЭ, G.702 [7]), методом направленного синхронного мультиплексирования в STM-1.
Преобразование в SDH осуществляется в три этапа:
1) согласование скоростей цифровых потоков РDH входящих в STM-1;
2) образование STM-1;
3) синхронное мультиплексирование STM-1 в STM-N.
Достоинства сети SDH.
Гибкое мультиплексирование позволяет вводить/выводить цифровые потоки любых стандартизированных скоростей из любого уровня (любого STM-N) иерархии. Позволяет получить дополнительный доход сдавая в аренду любые цифровые потоки. Демультиплексирование цифровых потоков при этом не требуется.
Полная автоматизация управления сетью (прозрачность сети).
Единый цифровой стандарт позволяет объединить в STM потоки европейского или американского стандарта.
Применение топологий кольцо и решетка позволяет увеличить возможности резервирования, управления сетью, а следовательно повысить ее надежность.
Коммутация на сети SDH автоматическая.
Недостатки: невозможность синхронизации с АТС(принят принцип ведомый-ведущий).
18. Синхронный транспортный модуль STM-1: скорость, размер, структура фрейма.
Рассмотрим логическую структуру модуля STM-1, представленную в виде цикла STM-1 с его заголовками (рисунок 6.1). Модуль STM-1 имеет скорость 155 Мбит/с. Кроме информационной нагрузки модуль STM-1 имеет избыточные сигналы, обеспечивающие автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания и вспомогательные функции. Такие избыточные сигналы называются «заголовками». Поскольку STM используется в сетевом слое секций, его заголовок называется секционным (SOH). Он подразделяется на заголовки регенерационной (RSOH) и мультиплексной (MSOH) секций.
RSOH передаётся между регенераторами, а MSOH между пунктами, в которых формируется и расформировывается STM, проходя регенераторы транзитом. RSOH – выполняет функции цикловой синхронизации, контроля ошибок, указания порядка синхронизируемого модуля, а также создаёт каналы передачи данных, служебной связи и пользователя. MSOH – выполняет функции контроля ошибок и создаёт каналы управления системой автоматического переключения на резерв, передачи данных и служебной связи.
V = 9*261(Байт)*8(бит)*8000(Гц) = 155 Мбит/с
Цикл STM имеет период повторения 125 мкс. Обычно цикл представляется в виде двумерной структуры (матрицы), формат которой: 9 строк на 270 однобайтных столбцов (9´270=2430 элементов). Каждый элемент соответствует одному байту (8 бит) информации и скорости 64 кбит/с. Весь цикл STM-1 имеет скорость передачи равную 64´2430=155520 кбит/с.
Цикл STM-1 состоит из трёх групп полей: поле секционных заголовков – регенерационной секции (RSOH) формата 3´9 байтов и мультиплексной секции (MSOH) формата 5´9 байтов; поле указателя AU-4 формата 1´9 байтов; поле полезной нагрузки формата 9´261 байтов.
Блок AU-4 служит для переноса одного виртуального контейнера VC-4, имеющего свой маршрутный (трактовый) заголовок POH (левый столбец размером 9 байтов). Основное назначение POH – обеспечить целостность на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки его разборки.
19. Структура фрейма первичного уровня ЕС-Е1: основные параметры.
ЕС-Е1 представляет собой прообраз системы ИКМ-30.
Его основные параметры стандартизированы стандартом ATUT – J704.
Основными параметрами Е1 являются:
1.Длина цикла фрейма – 32 КИ(Байта) = 256 бит.
2.Частота повторений – 125 мс = 8кГц.
3.Число КИ – тайм-слотов 32 КИ. Первый – СС, 16 – СУВ, остальные – полезная информация.
Е1 – скорость потока 2 Мбит/с, поток формируется в PDH, образуется ИКМ-30.
20. Достоинства и недостатки PDH.
Параллельное развитие трех различных систем иерархии объективно мешало развитию глобальных телекоммуникаций в мире в целом, поэтому комитетом по стандартизации IТU-T или МСЭ-Т, были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению. В результате был разработан стандарт [9] согласно которому:
в качестве базовых были стандартизованы три (не считая основного) первых уровня АС (DS1-DS2-DS3), четыре первых уровня ЯС (DS1-DS2-DJS3-DJS4) и четыре первых уровня ЕС (Е1-Е2-Е3-Е4); указаны схемы кросс-мультиплексирования иерархий (взаимного перехода из одной иерархии в другие), например, из ЕС иерархии в АС иерархию (с первого на второй уровень) и обратно (с третьего на четвертый уровень), а также из ЯС иерархии (с третьего уровня) в ЕС иерархию (на четвертый уровень), как показано на рисунке 1-12, где коэффициенты мультиплексирования проставлены на линиях связи блоков, представляющих скорости передачи (рисунок 5.2);
Информация о вставленных/изъятых битах передается по каналам управления формируемым отдельными битами в структуре фрейма в рамках общего потока управления. На каждом последующем уровне мультиплексирования эта схема повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходной цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного), а цифровые иерархии АС, ЕС и ЯС получили соответственно название плезиохронных цифровых иерархий ПЦИ (PDH).
Кроме сиихронизации, на уровне мультиплексора второго порядка также происходит формирование фреймов и мультифреймов, которые позволяют структурировать последовательность в целом.
Недостатки
Общая схема канала передачи с использованием технологии PDH для простой топологии сети “точка - точка”, при скорости 140 Мбит/с, должна включать три уровня мультиплексирования на передающей стороне (для ЕС, например, 2—>8, 8—>34 и 34—>140) и три уровня демультиплексирования на приемной стороне что приводит к достаточно сложной аппаратурной реализации таких систем. При дуплексной схеме передачи объем требуемого оборудования удваивается.
Суть одного из основных недостатков PDH в том, что добавление выравнивающих бит делает невозможным идентификацию и вывод, например, потока 64 кбит/с или даже 2 Мбит/с, “зашитого” в поток 140 Мбит/с, без полного демультиплексирования или “расшивки” этого потока и удаления выравнивающих бит. Осуществляя такой ввод/вывод, приходится проводить относительно сложную операцию трехуровневого демультиплексирования PDH сигнала с удалением/добавлением выравнивающих бит (на всех трех уровнях) и его последующего трехуровневого мультиплексирования с добавлением новых выравнивающих бит.Схема такой операции для одного пользователя (с потоком 2 Мбит/с) представлена на рисунке 5.3. При наличии многих пользователей, требующих ввода/вывода исходных потоков, для аппаратурной реализации сети требуется чрезмерно большое количество мультиплексоров, в результате чего эксплуатация сети становится экономически невыгодной.
Другой серьезный недостаток технологии PDH - слабые возможности в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации мультиплексированных потоков нижних уровней, что крайне важно для использования систем PDH в сетях передачи данных.
Вообще не предусматривает необходимые для нормальной маршрутизации заголовки. В связи с отсутствием специальных средств маршрутизации, при формировании PDH фреймов и мультифреймов увеличивается (при возрастании числа мультиплексирований и переключений потоков при маршрутизации) возможность ошибки в отслеживании “истории” текущих переключений, а значит увеличивается и вероятность “потери” сведений не только о текущем переключении, но и о его “предыстории” в целом, что приводит к нарушению схемы маршрутизации всего трафика.
21. Особенности построения SDH.
1.Входными трибами явл. Только трибы PDH и SDH, прчем трибы PDH явл. Входными при формировании STM-1, а при формировании остальных уровней – SDH. (Триб – компонентно сформированный сигнал – поток).
2. Триб должен быть упакован в стандартно помеченный контейнер, размеры которого определяются уровнем трибов иерархий PDH.
3.Положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателя.
4.Несколько контейнеров одного уровня могут быть оценены вместе для размещения нестандартной нагрузки.
5.предусмотрено формирование отдельного поля заголовков размером 9*9 (81 байт), где размещается управляющая контрольная информация.
22. Формирование модуля STM-1 из триба Е1.
Стандартная схема инкапсуляции PDH трибов в контейнеры и последующего мультиолексирования (при формировании модуля STM-N) на сегодняшний день имеет вид, представленный на рисунке 6.3, и соответствует стандарту G.708 (редакция EТSI 1992 г.)
В схеме мультиллексирования на рисунке 6.3 используются следующие обозначения: С-n - контейнеры уровня n (n =1,2,3,4); VC-n - виртуальные контейнеры уровня n (n =1,2,3,4); TU-n трибные блоки уровня n (n =1,2,3); TUG-n группы трибных блоков уровня n (n=2,3); AU-n - административные блока уровня n (n =3,4); AUG - группа административных блоков и, наконец, STM -N - синхронный транспортный модуль, используемые в SDH технологии.
Контейнеры С-n служат для инкапсуляции (размещения с целью последующей передачи) соответствующих сигналов каналов доступа или трибов, питающих их входы. Слово “инкапсуляция” подчеркивает физический смысл процесса, тогда как логически происходит отображение структуры фрейма соответствующего триба на поле полезной нагрузки инкапсулирующего его контейнера.
Уровни контейнера n соответствуют уровням PDH иерархии, т.е. n=1,2,3,4, а число тапоразмеров контейнеров N должно быть равно числу членов объединенного стандартного ряда, т.е. 7(1.2, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с), так как четвертый уровень PDH по стандарту ITU-T G.702 [9] имеется только у ЕС иерархии.
Т-n, Е-n - стандартные каналы доступаили трибы уровня n (или “компонентные сигналы”) - входные потоки (или входы) SDH мультиплексора, соответствующие объединенному стандартному ряду АС и ЕС иерархий PDH, приведенному выше;
С n - контейнер уровня n, - элемент SDH, содержащий триб Т- n /Е- n, т.е. несущий в себе информационную нагрузку соответствующего уровня иерархии PDH. Контейнеры уровня n разбиваются на следующие контейнеры подуровней С-nm:
• С-1 - разбивается на контейнер С-11, инкапсулирующий триб Т1=1,5 Мбит/с, и контейнер С-12, инкапсулирующий триб Е1=2 Мбит/с;
• С-2 - разбивается на С-21, инкапсулирующий триб Т2=6 Мбит/с и С-22, инкапсулирующий триб Е2 8 Мбит/с;
• С-З - разбивается на С-31, инкапсулирующий триб Е3=34 Мбит/с и С-32, инкапсулирующий триб Т3=45 Мбит/с;
• С-4 не имеет контейнеров подуровней и инкапсулирует только триб Е4=140 Мбит/с.
Контейнеры С-n можно рассматривать в качестве первых элементов в номенклатуре элементов иерархии SDH. К контейнеру добавляется маршрутный заголовок РОН. В результате тот превращается в виртуальный контейнер VC уровня n, т.е. VC-n. В номенклатуре элементов иерархии SDH существуют следующие виртуальные контейнеры:
VC -1, VC -2 - виртуальные контейнеры нижних уровней 1 или 2 и VC-З, VC-4 - виртуальные контейнеры верхних уровней З или 4 - элементы SDH, структура или формат которых определяются формулой: РОН + PL, где РОН - маршрутный заголовок, а PL - полезная нагрузка.
Виртуальные контейнеры VC-1,2,3 уровней 1, 2, 3, также как и контейнеры С-1,2,3, разбиваются на виртуальные контейнеры подуровней nm, т.е. VC-nm.
TU-n - трибные блока уровня n (n=1,2,З) - элементы структуры мультиплексирования SDH.
Формат TU-n определяется формулой: PTR + VC, где PTR -указатель трибного блока (TU-n PTR), относящийся к соответствующему виртуальному контейнеру, например, TU-1 = (TU-1 PTR) + VC-1. Трибные блоки уровня n, как и виртуальные контейнеры, разделены на трибные блоки подуровией nm.
TUG-n - группа трибных блоков уровня n (n=2,3), формируемая в результате мультиплексирования нескольких трибных блоков.
AU-4 - административный блок уровня 4 - элемент структуры мультиплексирования SDH формата: PTR + PL не имеет подуровней. PTR - указатель AU-4 PTR (поле формата 9х1 байтов, соответствующее 4 строке поля секционных заголовков SОН фрейма STM- N определяет адрес начала поля полезной нагрузки PL формируемой либо из VC -4 (прямой вариант), либо в результате мультиплексирования другими возможными путями, а именно:
AUG - группа административный блоков - элемент структуры мультиплексирования SDH,формируется путем мультиплексирования AU-З,4 с различными коэффициентами мультиплексирования.
STM-1 – синхронный транспортный модуль - основной элемент структуры мультиплексирования SDH, имеющий формат вида: SOH + PL, где SOH – секционный заголовок - два поля в блоке заголовка. PL - полезная нагрузка, формируемая из группы AUG.
Синхронные транспортные модули STM-1 могут быть, согласно основной схеме мультиплексирования для иерархии SDH, мультиплексированы с коэффициентом N в модуль STM - N для последующей передачи по каналу связи. Детальный пример процесса формирования по указанной схеме ЕТSI представлен на рисунке 6.4 пример логической схемы формирования модуля STM-1 из потока трмбов Е1.
Следя за логической схемой формирования, нужно иметь ввиду, что фактически физическое положение отдельных элементов, например указателей, не соответствует их месту в логической схеме, кроме того используется ряд резервных, или фиксирующих, элементов, играющих роль “наполнителей”, битовое содержание которых или не играет роли или зарезервировано на будущее в схеме управления, или служит элементом выравнивания SDH фрейма.
На этом рисунке символ означает операцию конкатенации (физической или логической пристыковки) заголовка или указателя к другим элементам схемы мультиплексирования SDH, а символ треугольника означает – с соответствующим коэффициентом, указанным внутри.
Шаг 1. Формируется контейнер С-12, наполняемый из канала доступа, питаемого трибом Е1. Поток Е1 (2.048 Мбит/с) для удобства лучше представить в виде цифровой 32-байтной последовательности, циклически повторяющейся с частотой 8 кГц (часто той повторения фрейма STM-1).
К этой последовательности в процессе формирования С-12 возможно добавление выравнивающих бит, а также других фиксирующих, управляющих и упаковывающих бит (условно показанных блоком “биты”). Для последующих рассуждений размер контейнера С-12 принимается равным 34 байтам [12].
Шаг 2. К контейнеру С-12 добавляется маршрутный заголовок VC-12 РОН длиной в один байт с указанием маршрутной информации, используемой, в основном, для сбора статистики прохождения контейнера. В результате формируется виртуальный контейнер VC-12 размером 35 байт.
Шаг З. Формально добавление указателя TU-12 PTR длиной в один байт к виртуальному контейнеру VC-12, превращает его в трибный блок TU-12 длиной 36 байтов.
Шаг 4. Последовательность трибных блоков TU-12 в результате байт-мультиплексирования 3:1 превращается в группу трибных блоков TUG-2 с суммарной длиной последовательности (кадра) 108 байтов (36х3=108).
Шаг 5. Группа трибных блоков TUG-2 подвергается повторному байт-мультиплексированию 7:1, в результате которого формируется группа трибньгх блоков TUG-3 - кадр длиной 756 байтов (108х7=756), соответствующий фрейму 9х84байта.
Шаг 6. Полученная последовательность снова байт-мультнплексируется 3:1, в результате чего формируется последовательность блоков TUG-3 с суммарной длиной 2322 байта (774х3 = 2322).
Шаг 7. Происходит формирование виртуального контейнера верхнего уровня VC-4 в результате добавления к полученной последовательности (в соответствии со схемой на рис*.*) маршрутного заголовка POH длиной 9 байтов, что приводит к кадру длиной в 2331 байтов (2322+9=2331).
Шаг 8. На последнем этапе происходит формирование синхронного транспортного модуля STM-1. При этом сначала формируется AU-4 путем добавления указателя AU-4 PTR длиной 9 байтов, который располагается в SОH. Затем группа административных блоков AUG путем формального, в данном конкретном случае, мультиплексирования 1:1 административного блока AU-4.К группе AUG добавляется секционный заголовок SОН, который состоит из двух частей: заголовка регенераторной секции RSOH (формат 3х9 байтов) и заголовка мультиплексной секции (формат 5х9 байтов), что окончательно формирует синхронный транспортный модуль STM-1.Таким образом получается кадр длиной 2430 байтов, или в виде фрейма 9х270 байтов, что при частоте повторения в 8 кГц соответствует скорости передачи 155,52 Мбит/с.
23. Структура и сборка модулей STM-N.
B настоящее время эксплуатируются или разрабатываются версии SDH системы со скоростями, соответствующими окончательной версии SDH иерархии: STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, STM-256 или 155,52; 622,08; 2488,32; 9953,28 и 39813,12 Мбит/с. Три первых уровня (называемых по-старому первым, четвертым и шестнадцатым) были стандартизованы в предпоследней редакции IТU-Т Rec. G.707 [16, редакция 1993 г.], четвертый - в последней опубликованной (на начало 2000 г.) редакции [ 16,редакция 19.03.96]. Последний (пятый) уровень реализован и используется в серийно производимой аппаратуре, но пока не стандартизован.
Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как покаскадно (поэтапно): 4х4, 4х416, 4х64256 так и непосредственно по схеме N:1 N, где N = 4, 16, 64, 256. При этом для схемы непосредственного мультиплексирования используется чередование байтов.
Если при формировании модуля STM-N используется каскадное мультиплексирование, то оно осуществляется по схеме чередования групп байтов, причем число байтов в группе равно кратности мультиплексирования предыдущего каскада. Например, если формирование STM-16 происходит по двухэтапной схеме: 4хSTM-1 STM-4 и 4 х STM-4 STM-16, то на первом этапе используется мультиплексирование по схеме с байт-интерливингом, а на втором - по схеме с интерливингом по группам, состоящим из четырех байтов.
Если предположить, что на вход каждого из четырех STM-4, питающих STM-16, поступают последовательности здесь подстрочные индексы i =0, 1,2,3 - номера входов, а надстрочные индексы j = 1,2,З,4 - номера мультиплексоров STM-4), то процесс формирования можно представить схемой, представленной на рисунке 3.5.
Если формирование модуля STM-64 происходит по трехэтапной схеме: 4хSTM-1 STM-4, 4хSTM-4 STM-16, 4хSTM-16 STM-64, то на первом этапе используется мультиплексирование по схеме с байт-интерливингом, на втором - с интерливингом по группам, состоящим из четырех байтов, а на третьем - с интерливингом по группам из 16 байтов.
2 СПОСОБ – Непосредственное мультиплексирование.
24. Функциональные модули сетей SDH: типы и задачи.
Типы и задачи функциональных модулей сетей SDH
Сеть SDH, как и любая транспортная сеть, строится из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, усилителей, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:
• объединение входных потоков, поступающих через каналы доступа, в агрегатный поток, пригодный для транспортировки в сети SDH- задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ или мультиплексорам ввода/вывода - ADM;
- транспортировка агрегатных потоков по сети SDH с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортировки, решаемая мультиплексорам ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;
- концентрация (объединение) нескольких однотипных частично заполненных потоков в аналогичный, но более полно (или полностью) заполненный поток в узле-концентраторе (или хабе) - задача концентрации, решаемая концентраторами;
- усиление амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача усиления, решаемая с помощью усилителей;
- восстановление (регенерация) формы, амплитуды и исходных параметров сигнала для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в ЛВС;
Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор. Этот термин используется как для собственно мультиплексоров, служащих для объединения/сборки (мультиплексирования) низкоскоростных потоков в высокоскоростной, так и для демультиплексоров, служащих для разборка (демультиплексирования) высокоскоростного потока с целью выделения низкоскоростных потоков.
Терминальный мультиплексор (ТМ) является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующими трибам РDH и SDH иерархий (рисунок 6.6). Терминальный мультиплексор может или вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать их с линейного входа на выход трибного интерфейса. Он может также осуществлять локальную коммутацию входа одного трибного интерфейса на выход другого трибиого интерфейса. Как правило, эта коммутация ограничена трибами 1,5 и 2 Мбит/с.
Термины “восточный” и “западный” применительно к сетям SDH используются достаточно широко для указания на два прямо противоположных пути распространения сигнала в кольцевой топологии: один - по кольцу влево - “западный”, другой - по кольцу вправо “восточный”. Они не обязательно являются синонимами терминов “основной” и “резервный”. Если резервирование не используется (так называемый незащищенный режим), достаточно только одного выхода (одного канала приема/передачи).
Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 6.7). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации мультиплексор ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях. ADM также позволяет осуществлять замыкание канала приема на канал передачи на обоих сторонах (восточной и западной ) в случи выхода из строя одного из направлений.
Концентратор (иногда называемый “хабом”, так как используется в топологических схемах типа “звезда”), представляет собой мультиплексор, объединяющий несколько, как правило, однотипных (со стороны входных портов) потоков данных, поступающих от удаленных узлов сети в один распределительный узел сети SDH, связанный с основной транспортной сетью.
Концентратор позволяет уменьшить общее число каналов, подключенных непосредственно к основной транспортной сети SDH. Мультиплексор распределительного узла в порте ответвления позволяет локально коммутировать подключенные к нему каналы, давая возможность удаленным узлам обмениваться через него между собой, не загружая трафик основной транспортной сети.
Регенераторы и усилители представляют собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал - как правило оптический триб STM- N и один или два (при использовании схемы защиты 1+1) агрегатных выхода (рисунок 6.8).
Задача регенератора - увеличить допустимое расстояние между терминальными узлами сети SDH за счет регенерации оптических сигналов полезной нагрузки. Регенерация оптического сигнала не сводится только к усилению сигнала, амплитуда которого уменьшилась до критического уровня в результате затухания сигнала при прохождении по волокну на длине регенерационной секции. Необходимо также восстановить к исходной форме все параметры оптического сигнала, например: его форму, крутизну фронтов, ширину на уровне половинной амплитуды и отношение сигнал/шум.
Регенерация сигнала вплоть до настоящего времени может проводится только в электрической форме. В результате оптический сигнал в регенераторе сначала преобразуется а электрическую форму, потом регенерируется, а затем преобразуется в оптическую форму. Это достаточно сложно, если учесть частотный диапазон работы электронных устройств, регенерирующих сигналы, распространяющиеся со скоростями 2,5-40 Гбит/с в режиме реального времени.
Коммутатор в синхронной сети позволяет установить связи между различными каналами (маршрутами потоков данных, виртуальными контейнерами), ассоциированными с определенными пользователями сети, путем организации полупостоянной перекрестной связи, или кросс-коммутации, между ними.
Все это говорит о возможности распределенного управления процессом коммутации в узлах сети SDH. Однако эти возможности в большинстве своем ограничены как по числу коммутируемых каналов, так и по типу виртуальных контейнеров VC, доступных для коммутации.
25. Топология и архитектура сетей SDH.
Особенности построения сети связи на аппаратуре SDH определяется новыми возможностями, представляемыми данной аппаратурой.
В общем случае различают следующие типы сетей SDH:
цепь;кольцо;звезда;решетчатая.
Топология цепь представляет собой простейший вариант, при котором все аппараты выстроены в линию (рисунок 6.11.), на концах которой находятся терминальные мультиплексоры (ТМ), а промежуточные аппараты, в зависимости от необходимости выделения, подразделяются на мультиплексоры вставки/выделения (ADM) и регенераторы (Reg). Терминальный мультиплексор (ТМ) обеспечивает объединение компонентных сигналов, формирует линейный сигнал. Он устанавливается на оконечных станциях. Регенератор (Reg) восстанавливает линейный сигнал, прошедший регенерационный участок. Мультиплексор вставки/выделения (ADM) устанавливается на промежуточной станции и позволяет выделять/вводить некоторое количество компонентных сигналов.
Достоинство топологии цепь - это ее простота, а недостаток - низкая надежность.
Топология звезда представляет собой объединение нескольких цепей в единую сеть с помощью концентратора, представляющего собой цифровой кросс-коннектор (DXC), который устанавливается в центральном узле и обеспечивает доступ из одной цепи в другую (рисунок 6.12.).
Топология кольцо показана на рисунке *.* является наиболее распространенной при построении сетей SDH, и имеющей наибольшее количество вариантов. Различные варианты построения топологии кольцо дают возможность обеспечивать резервирование по многим параметрам. В простейшем варианте топология кольцо реализуется с помощью мультиплексоров вставки/выделения. Резервирование обеспечивается с помощью дополнительных связей по линейному стыку и резервному трафику при однонаправленном или двунаправленном режиме.
Однонаправленный режим резервирования (по основному пути одно направление, по резервному - противоположное). Основной путь - активное волокно, а по второму (резервному) пути передается либо пустой STM-N в противоположном направлении, либо дублируется основной STM-N, либо этот путь используется для трафика с низким приоритетом, который может быть прерван при создании аварийной ситуации на основном трафике.
Двунаправленный режим (основной трафик передается по обоим волокнам, т.е. разбит по частям), половина трафика используется для организации резервного пути, по которым как при однонаправленном режиме может передаваться пустой STM-N, дублированный основной STM-N, или трафик с низким приоритетом.
Архитектура реальных сетей SDH.
Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве ее отдельных сегментов. Учитывая возможность и автономного использования отдельных элементарных топологий, ниже рассматриваюцца только сети, комбинирующие рассмотренные элементарные топологии.
Наиболее часто используется сочетание кольцевой и радиальной топологий, где в качестве радиальной выступает топология последовательной линейной цепи.
Пример радиально-кольцевой архитектуры сети SDH приведен на рисунке 6.15. В этой сети вместо последовательной линейной цепи в радиальной части может быть использована и более простая топология “точка-точка”. Число радиальных ветвей ограничивается только из соображений допустимой нагрузки (общего числа каналов доступа) на мультиплексор доступа (ввода/вывода), установленный на кольце.
Архитектура типа “ кольцо-кльцо” другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение. Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рисунке 6.16 показана схема соединения двух колец одного уровня (STM-4) с помощью интерфейсных карт STM-1 через каналы доступа.
На рисунке 6.17 показан другой вариант соединения колец - каскадная схема соединения трех колец различного (по нарастающей) уровня - STM-1, STM-4, STM -16. При таком соединении можно использовать в качестве оптических трибов, агрегатные потоки предыдущего иерархического уровня при переходе от одного уровня иерархии к другому. Например, оптический триб STM -1 при переходе на кольцо STM -4 и триб STM -4 при переходе на кольцо STM -16.
Указанные выше схемы соединения колец использовали для связи по одному мультиплексорному узлу в кольце. При требовании обеспечить большую надежность этого может оказаться недостаточно. В этом случае используют два мультиплексорных узла в каждом из взаимодействующих колец. В этом случае связь между кольцами не будет потеряна даже при выходе из строя одного из мультмптлексорных узлов связи.
26. Элементы мультиплексирования в SDH
Мультиплексирование в сети SDH
Синхронный транспортный модуль уровня 1 (STM1), имеющий скорость передачи 155,520 Мбит/c, обеспечивает базовую скорость потока для SDH [3]. Все менее скоростные полезные нагрузки, такие как DS1, E1 или DS3 упаковываются в STM1 [4]. Более скоростные сигналы формируются путем мультиплексирования N транспортных модулей STM1 в STMN. Никаких дополнительных заголовков или дополнительной обработки при этом не требуется. Сигнал STM1 состоит либо из сигналов трех административных блоков уровня 3 (AU3), либо из сигнала одного блока AU4. Полезные нагрузки могут быть упакованы в SDH несколькими способами, как показано на рисунке 1. Сигналы DS1 или E1 сначала упаковываются в виртуальный контейнер (VC11, VC12, соответственно). Этот виртуальный контейнер VC содержит полезную нагрузку и информацию заголовка. VC11 или VC12 затем упаковываются в более скоростной виртуальный контейнер VC, такой как VC3, который может быть также использован для переноса сигналов DS3. Сигнал VC3 имеет дополнительную информацию заголовка. Более скоростной сигнал VC затем упаковывается в сигнал AU3 или AU4, которые входят в состав STM1.
27. Система ТСС SDH: задачи, принцип построения.
Одним из показателей качества передачи цифровых сигналов является наличие проскальзывания (SLIP).
Под проскальзыванием понимают исключение или повторение одного или группы передаваемых по сети двоичных символов, происходящие в следствии различия скорости записи и считывания буферных устройств в мультиплексоре. Это приводит к потере или неверной передаче части информации. Основной причиной появления проскальзываний в цифровом сигнале явл. Наличие большого кол-ва оборудования временного группообразования.
ОВГ подстраивает тактовую частоту входных цифровых потоков под частоту своего внутреннего ЗГ.
Большое кол-во таких подстроек и нестабильность частоты ЗГ ОВГ приводит к искажению инфлормации. Для устранения этих недостатков исп след методы:
-стаффинг
- расширение буферов памяти
-синхронизация внутр ЗГ ОВГ.
Система тактовой синхронизации сети SDH предн для синхронизации внутренних задающих генераторов SDH. Задача ТСС – устранить искажения в передаваемой информации вследствии различия частот передачи и обработки потоков в различных узлах сети.
ТСС строятся по строго иерархическому принципу принудительной синхронизации и парами ведущий – ведомый.
В ТСС используются хранирующие источники (таймеры) –это высокостабильные ЗГ, которые вырабатывают тактовые импульсные последовательности и размещаются в узлах синхронной сети SDH.
Верхний уровень иерархии занимает первичный эталонный ЗГ PRC, который вырабатывает сигналы синхронизации высокого качества. Нестабильность частоты составляет 10-11, что определяет рекомендацией ITU-T G.811. В качестве PRC использ цезиевый стандарт частоты.
Второй уровень иерархии занимают ведомые ведущие ЗГ SSU, которые синхронизируются о генератора более высокого порядка. Относительная нестабильность частоты 10-9.
Третий уровень иерархии – ЗГ оборудования SDH (SEC). Устанавл во всез элементах сети и подстраивается под ведущий ЗГ относит нестабильность 10-8,7,5.
28.Классификация цифровых сетей связи. Режимы работы сетей синхронизации SDH
В соотв с рекомендациями ITU-T.G.803 все цифровые сети связи делятся на:
1-Синхронные-отсутств.относительное проскальзывание в цифровых последовательностях.
2-Псевдосинхронные-низкий уровеньпроскальзывания(1 проскальз за 70 суток)
3-плезиахронные-средний уровень проск(1 за 17 часов)
4-асинхронные-высокий уровень проскальзавания(1 за 7 сек)
Режимы работы:
1----синхронный режим-нормальный режим работы сети SDH. Использ-ся в пределах районов синхронизации,границы которых совпадают с границами национальных циф сетей государств средних размеров(РБ)
2----псевдосинхронный- использ-ся на ц. сети связи,где независимо др от друга работают 2 или несколько PRS. Такой режим возник при соедин двух независимы синхронных нац. сетей или районов синхронизации одной нац сети(РФ)
3----плезиахронный- возникает,когда задающий генератор ведомого узла полностью теряет возможность внешней принудит синхронизации в следствие отказа как основных,так и всех резервных путей синхронизации. ЗГ переходит в режим удержания, при кот запоминается частота ЗГ принудительной синхронизации. Длительность работы в этом режиме должна быть жёстко огранич во времени!
4----асинхронный(для сети PDH) и предполагает независимую работу ЗГ оборудования PDH со значительн расхождением частот и относительной нестабильностью (10 в степени -5). В SDH такой режим работы не применяется. Использ-ся только в качестве аварийного.
Режимы работы хранирующих источников (ЗГ) сети SDH:
- режим первичного эталонного ЗГ PRS- мастер узел (ведущий)
- режим ведомого ЗГ SSU - (ведомый) режим принудительной синхронизации используется для транзитного или местного узла.
- режим удержания – использ для транзитного 10-10 или местного 10-8 узла.
- сводный режим – транзитные и местные узлы 10-6