Цифровые системы передачи

Многоуровневые коды по сравнению с двухуровневыми позволяют  получить более высокие скорости передачи двоичных сигналов в линии. При многоуровневой передаче скорость двоичных сигналов будет равняться  отношению логарифма по основанию 2 числа уровней длительности тактового интервала Т. На рис.7 показан пример 4-уровневого сигнала при таком сигнале достигается передача битов на тактовый интервал, т.е. двух битов на один бод (бод - единица измерения скорости передачи символов, при этом скорость определяется как 1/Т). Следует подчеркнуть, что скорость передачи двоичных сигналов, измеряемая в битах, только тогда равна скорости передачи символов, когда передается 1 бит на один тактовый интервал. Для примера, показанного на рис. 7, эти скорости не равны.

Рис. 6. Примеры двухуровневого кодирования двоичного сигнала в различных кодах.

 

Рис. 7. Пример четырехуровневого сигнала

 

При многоуровневом линейном кодировании 2В1Q, происходит преобразование двух двоичных символов в символ с четверичным кодовым основанием счисления.

 

5. Принципы цифрового группообразования (мультиплексирование) системы PDH:

 

Иерархия PDH

В Республике Беларусь принята европейская система  иерархии ЦСП:

• первичная ЦСП со скоростью цифрового потока 2048 кбит/с,
• вторичная ЦСП со скоростью цифрового потока 8448 кбит/с,
• третичная ЦСП со скоростью цифрового потока 34368 кбит/с,
• четверичная ЦСП со скоростью цифрового потока 139264 кбит/с.

Указанные иерархии известны под общим названием плезиохронная  цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy - РDН). Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе РDН привело к появлению систем синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH).

Скорости  передачи SDH определены стандартами Международного Союза Электросвязи ITU-T G.702, G.707:

 

• STM-1 со скоростью 155,52 Мбит/с;
• STM-4 со скоростью 622,08 Мбит/с;
• STM-16 со скоростью 2488,32 Мбит/с;
• STM-64 со скоростью 9953,28 Мбит/с.

 

Схемы плезиохронной  цифровой иерархии - PDH

 

Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий. Схемы ПЦС были разработаны в начале 80х. Всего их было три:

первая принята в  США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с  и давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

вторая принята в  Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

третья принята в  Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 - E2 - E3 - E4 - E5 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

Комитетом по стандартизации ITU - T был разработан стандарт, согласно которому:

во-первых, были стандартизированы  три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий;

во-вторых, последние  уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

Указанные иерархии, известные  под общим названием плезиохронная  цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены  в таблицу 3.1.

 

 

 

 

 

Таблица 1.3 Скорости передачи PDH

Уровень цифровой иерархии	Скорости передач, соответствующие различным схемам цифровой иерархии
	AC: 1544 кбит/с	ЯС: 1544 кбит/с	EC: 2048 кбит/с
0	64	64	64
1	1544	1544	2048
2	6312	6312	8448
3	44736	32064	34368
4	-	97728	139264

 

Примечание: АС-американская; ЯС-японская; ЕС-европейская.

 

При использовании жесткой синхронизации при приеме/передаче можно было бы применить метод мультиплексирования с чередованием октетов или байтов, как это делалось при формировании цифровых сигналов первого уровня, для того, чтобы иметь принципиальную возможность идентификации байтов или групп байтов каждого канала в общем потоке. Однако учитывая, что общая синхронизация входных последовательностей, подаваемых на мультиплексор от разных абонентов/пользователей, отсутствует, в схемах второго и более высокого уровней мультиплексирования был использован метод мультиплексирования с чередованием бит (а не байт). В этом методе мультиплексор, например, второго уровня формирует выходную цифровую последовательность (С скоростью 6 Мбит/с - АС, ЯС или 8 Мбит/с - ЕС) путем чередования бит входных последовательностей от разных каналов (для АС и ЯС это каналы Т1, а для ЕС - каналы Е1).

Так как мультиплексор  не формирует структуры, которая  могла бы быть использована для определения  позиции бита каждого канала, а  входные скорости разных каналов могут не совпадать, то используется внутренняя побитовая синхронизация. Мультиплексор сам выравнивает скорости входных потоков путем добавления нужного числа выравнивающих бит в каналы с относительно меньшими скоростями передачи (наиболее простой вариант, хотя могут использоваться другие варианты, когда выравнивание скоростей осуществляется путем изъятия бит из каналов с большими скоростями, или сочетаются оба процесса добавления/изъятия). Благодаря этому на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая последовательность. Информация о вставленных/изъятых битах передается по служебным каналам, формируемым отдельными битами в структуре фрейма.

На последующих уровнях  мультиплексирования эта схема  повторяется, добавляя новые выравнивающие биты. Эти биты затем удаляются/добавляются при демультиплексировании на приемной стороне для восстановления исходном цифровой последовательности. Такой процесс передачи получил название плезиохронного (т.е. почти синхронного), а цифровые иерархии АС, ЯС и ЕС соответственно название плезиохронных цифровых иерархий - PDH.

Кроме синхронизации, на уровне мультиплексора второго порядка  также происходит формирование фреймов  и мультифреймов, которые позволяют  структурировать последовательность в целом. Например, для канала Т2 (6312 кбит/с) длина фрейма равна 789 бит при естественном сохранении частоты повторения фрейма 8000 Гц. Мультифрейм соответствует 12 фреймам. Для канала Е2 (8448 кбит/с) длина фрейма равна 1056 бит, и также может быть использован мультифрейм из 12 фреймов. Формирование фреймов и мультифреймов и их выравнивание особенно важно для локализации на приемной стороне каждого фрейма, что позволяет в свою очередь получить информацию о сигнализации и кодовых группах контролирующих избыточных кодов CRC и информацию служебного канала данных.

В АС используется два  уровня мультиплексирования - 1.5 → 6 и 6 → 45 плюс один возможный дополнительный 45 → 140 для сопряжения с ЕС.

В ЯС используются три  уровня мультиплексирования -1.5 → 6, 6 → 32 и 32 → 98 плюс один возможный дополнительный 32 → 140 для сопряжения с ЕС.

В ЕС используются три  уровня мультиплексирования - 2 → 8, 8 → 34 и 34 → 140.

Общая схема канала передачи с использованием технологии PDH даже в самом простом варианте топологии сети "точка - точка" на 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. Это приводит к достаточно сложной аппаратурной реализации таких систем. Однако существенное удешевление цифровой аппаратуры за последнее десятилетие и использование оптоволоконных кабелей в качестве среды передачи PDH сигнала привели к тому, что системы цифровой телефонии с использованием технологии PDH получили значительное распространение. Эти системы позволили транспортировать большое количество каналов цифровой высококачественной телефонной связи. Например, один канал 140 Мбит/с эквивалентен 1920 (30x4x4x4=1920) каналам 64 кбит/с, которые в первую очередь использовались для передачи речи, но могут быть использованы, в частности, для передачи данных.

С использованием современных  методов ИКМ (например дифференциальной ИКМ - ДИКМ) можно использовать скорость 32 кбит/с для передачи одного речевого канала, что приводит к схемам каналов Т1 или Е1, несущих 48 или 60 телефонных каналов. Современная техника сжатия данных позволила последовательно увеличить эти показатели в 2 раза (16 кбит/с на речевой канал), затем в 4 раза (8 кбит/с на канал) и, наконец, благодаря использованию техники кодирования с линейным предсказанием по кодовой книге, в 5 раз (6,4 кбит/с на канал).

Более важным результатом  этого развития, однако, с нашей  точки зрения, стало то, что PDH системами стали пользоваться для передачи данных, используя главным образом каналы 64 кбит/с с протоколом пакетной коммутации Х.25. Казалось, что от этого привлекательность новой технологии только выиграет за счет привлечения новой мощной группы пользователей. Однако этого не произошло. PDH технология продемонстрировала на этом этапе возросшего к ней интереса свою негибкость.

Основные  недостатки PDH:

• затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;
• отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;
• многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени;
• Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

 

6. Вторичная  цифровая система передачи ИКМ120.

 

Вторичной ЦСП  с ИКМ, отвечающей рекомендациям  МККТТ по европейской иерархии, является серийная система ИКМ-120. Она предназначена для организации каналов на местных и зоновых участках первичной сети по кабелям типов ЗКНАП и МКС. Основным узлом системы ИКМ-120 является устройство образования типового вторичного цифрового потока со скоростью передачи 8448 кбит/с из четырех первичных со скоростями передачи 2048 кбит/с (рис 8). При использовании четырех комплектов АЦО-30 первичной ЦСП можно получить 120 каналов ТЧ, при этом, как и в первичных ЦСП, сохраняются все варианты организации вместо каналов ТЧ каналов ПДИ, ЗВ и т. д.

Рис 8. Структура ЦСП ИКМ-120

 

 

Рис. 9. Временной спектр ЦСП ИКМ-120

 

Таблица 1.4. Временной спектр ЦСП ИКМ-120.

Наименование	Позиции	Номер цикла
1. Синхронизации	1-8	1
2. Информации	9-264	1
3. Команды согласования скоростей	1-4	2
4. Служебная информация	5-8	2
5. Команды согласования скоростей	1-4	3
6. Дискретная информация	5-8	3
7. Команды согласования скоростей	1-8	4

 

Линейный  тракт организуется по двухкабельной  схеме, но на местных участках сети допускается и однокабельная. Номинальная схема кабельного участка l_уч=5 км, максимальная длина секции дистанционного питания l_дптах⁼200 км. Максимальная длина переприемного участка ТЧ L_max=600 км, что соответствует и максимальной протяженности зонового участка первичной сети.

Цифровой  поток в точке сетевого стыка  СС₂ между ВВГ и ОЛТ системы ИКМ-120 имеет параметры, соответствующие рекомендациям МККТТ, и потому может использоваться для организации связи посредством типовой аппаратуры по РРЛ и ВОЛС.

Вторичный цифровой поток разделяется на циклы длительностью  Т_ц=125мкс, состоящие из 1056 разрядных интервалов. Цикл подразделяется на четыре одинаковых по длительности субцикла (рис. 7.6). Первые восемь позиций I субцикла заняты синхросигналом объединенного потока (111001100), а остальные 256 позиций (с 9-й по 264-ю включительно) - информацией посимвольно объединенных исходных (четырех) потоков. На рисунке на соответствующих позициях отмечены номера символов исходных потоков. Первые четыре позиции II cубцикла заняты первыми символами команд согласования скоростей (КСС), а следующие четыре позиции - сигналами СС. Вторые и третьи символы КСС (команда положительного  согласования  имеет вид 111, а отрицательного - 000) занимают первые четыре позиции III и IV субциклов.

Распределение символов КСС позволяет защитить команды от воздействия пакетов импульсных помех. Позиции 5,...,8 субцикла III используются для передачи сигналов ДИ (две позиции), аварийных сигналов (одна позиция) и вызова служебной связи (одна позиция). В IV субцикле на позициях 5,..., 8 передаётся  информация объединяемых потоков при отрицательном согласовании скоростей. При положительном согласовании скоростей исключается передача информации на позициях 9,..., 12 IV субцикла. Таким образом, общее число информационных символов в цикле 1024+4. Поскольку операция согласования скоростей производится не чаще чем через 78 циклов, позиции 5,...,8 субцикла IV занимаются очень редко, и поэтому их используют для передачи информации о промежуточных значениях и характере изменения скоростей объединяемых потоков.

 

7. Третичная  цифровая система передачи ИКМ480.

 

Рекомендациями  МККТТ на третичные ЦСП европейской  иерархии отвечают 480-канальные системы (ИКМ-480), которые предназначаются  для использования на внутризоновых и магистральных участках первичной сети. С помощью комплекса аппаратуры ИКМ-480 организуются пучки каналов по кабелям типа МКТ-4 с коаксиальными парами малого диаметра (1,2/4,6мм).