2017-10-25
1257
Глава 6
ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ЦИФРОВИХ МЕРЕЖ
Список скорочень
ВРК - тимчасовий поділ (мультиплексування) каналів
ІКМ - імпульсно-кодова модуляція
СТМ (STM) - синхронний транспортний модуль
AAL - рівень адаптації АТМ
РОН - маршрутний заголовок / транспортний заголовок в синхронній цифровій ієрархії
SON - секційний заголовок
ТЕХНОЛОГІЇ СИНХРОННИХ РЕЖИМІВ ПЕРЕНЕСЕННЯ
Поняття «транспортні мережі» ввели у відповідності з рекомендаціями МСЕ-Т. У спрощеному вигляді таку мережу можна представити у вигляді безлічі входів (пунктів передачі) і виходів (пунктів прийому) (рис. 6.1).
Нагадаємо, що основний принцип транспортної мережі - це «закон біт точності», який слід розуміти так: вид, кількість і послідовність цифрових сигналів на виході повинні точно відповідати їх увазі, кількістю та послідовності на вході.
Для здійснення принципу режиму переносу застосовуються різні технології поділу каналів (мультиплексування, від англ. Multiplex - «багаторазовий»).
Під мультиплексированием (зв'язківці використовують термін «ущільнення») розуміють об'єднання декількох менших за ємності вхідних каналів зв'язку в один канал великої ємності для транспортування по одному тракту без взаємного впливу. В даний час широко використовуються два види мультиплексування:
- мультиплексування з частотним поділом каналів ЧРК (частотне мультиплексування /ущільнення);
- мультиплексування з тимчасовим поділом каналів ВРК (тимчасове мультиплексування / ущільнення).
Частотне мультиплексування. При частотному мультиплексировании (рис.6.2) смуга частот вихідного каналу ділиться на п смуг (подканалов), відповідних по ширині основній смузі телефонного каналу 4 кГц. Кожен канал має фактичну смугу пропускання 3,1 кГц і захисну смугу 900 Гц. Тимчасове мультиплексування. При тимчасовому мультиплексировании (рис. 6.3) на передавальній стороні послідовно підключається кожен вхідний канал на певний часовий інтервал (його також називають тайм-слот, або цикл), необхідний для посилки вибірки сигналу в даному каналі.Сформований таким чином потік вибірок від різних каналів транспортується на приймальню бік. Схема тимчасового мультиплексування з ВРК найбільш зручна при використанні імпульсно-ко-довой модуляції (ІКМ).
При імпульсно-кодової модуляції сигнал проходить кілька етапів перетворення:
- Дискретизація - аналоговий сигнал розмовного спектра 0,3... 3,4 кГц спочатку діскретізі-руется відповідно до теореми В. А. Котельні-кова: «Будь безперервний сигнал, обмежений по спектру верхньої частотою / ь, повністю визначається послідовністю своїх дискретних відліків, взятих через проміжок часу Tд <1/2Fв»- Тоді при цифровій передачі сигналу мовлення по телефонних каналах зв'язку смуга частот обмежується діапазоном 0,3... 3,4 кГц, загальноприйнятою є частота дискретизації Fд = 8 кГц;
- Квантування амплітуд дискретних відліків сигналу за рівнем. Цей процес аналогічний процедурі округлення числа. При квантуванні число дозволених амплітудних значень сигналу обмежується кінцевим, заздалегідь встановленим кількістю рівнів квантування, яке визначається якістю переданих сигналів і приймається рівним 2 серпня = 256 «дозволених» рівнів. При передачі в якості амплітуд дискретного відліку вибирається найближчий цикл до її значення рівень квантування. Різниця між істинним значенням амплітуди дискретного сигналу і її квантованим значенням - помилка квантування е = U АІМ - u кв
- Кодування - представлення квантованих значень амплітуд дискретних відліків в цифровій формі, при цьому проводиться «нумерація» рівнів квантування, і ці номери рівнів квантування передаються в двійковому коді. Кодова комбінація, отримана в результаті кодування номери рівня квантування, має 8 позицій (один байт). Отже, для цифрової передачі стандартного телефонного сигналу методом ІКМ необхідна швидкість складе 8 біт 8 кГц = 64 кбіт / с - швидкість основного цифрового каналу. На рис. 6.4 представлений процес аналого-цифрового перетворення.
Структурна схема цифрової системи передачі з ВРК представлена на рис. 6.5.
Функціонування схеми передачі пов'язані з розбиттям часу передачі на повторювані цикли тривалістю ТД. Кожен цикл розбивається на тимчасові проміжки (тайм-слоти), число яких відповідає числу каналів, організованих в лінії.
Тривалість циклу передачі складає 125 мкс, тобто в груповому сигналі за 1 с передається 8000 байтів з кожного каналу. Це дає цифровий потік зі швидкістю 8 8000 ■ 32 = 2048000 біт / с = 2 Мбіт / с. Тривалість тайм-слота складе 125: 32 = 3,9 мкс. Протягом цього часу послідовно передається 1 байт (8 біт), отже, протягом циклу передається відповідно 32 • 8 = 256 біт. Структура циклу сигналу передачі показана на рис. 6.6.
На базі ІКМ після 1970 року були розроблені і впроваджені цифрові системи передачі (ЦСП). Відповідно до прийнятих в Європі стандартів в якості базової взята 32-канальна первинна група (ІКМ-30) - 30 каналів призначені для передачі споживчої інформації, а два канали для передачі службової інформації (сигналів синхронізації і управління).
АЦП - аналого-цифрове перетворення; ІІ - джерело інформації; КЛ1 - ключ, який здійснює процес дискретизації безперервного сигналу за часом. Станом ключів управляє пристрій генераторного обладнання (ГО); КУ - кодує пристрій, в ньому сигнал піддається квантованию та кодування; ОЛП - обладнання лінійного тракту, де сигнал перетвориться у форму, зручну для передачі по лінії зв'язку; лінія зв'язку - середа, по якій передається сигнал від передавача до приймача; ДУ - декодирующее пристрій, що перетворює цифровий сигнал в дискретний; КЛ2 - здійснює тимчасову селекцію дискретов свого каналу;
ПІ - приймач інформації; ЦАП - цифро-аналогове перетворення
Наступний щабель ієрархії утворюється шляхом мультиплексування чотирьох цифрових потоків попереднього рівня, внаслідок чого швидкість зростає. Схема цифрової ієрархії представлена на рис. 6.7.
боті ЦСП, - це забезпечення синхронізації апаратури тракту передачі і прийому. Однак різні ЦСП неповністю синхронізуються за часом мультиплексування потоків зі швидкістю 2 Мбіт / с в один потік зі швидкістю 8 Мбіт / с, тому з'являється необхідність у вирівнюванні швидкостей шляхом введення спеціальних вирівнюючих бітів, які на прийомі при демультиплексировании необхідно вилучити.
Подібним чином здійснюється мультиплексування і на наступних системах перетворення, тому така система називається плезиохронной цифровий ієрархією (ПЦИ). Основний недолік ПЦИ полягає в тому, що додавання вирівнюючих бітів унеможливлює ідентифікацію і висновок цифрового потоку без повного демультиплексування з проходженням проміжних ступенів. Другий недолік цих систем - відсутність пристроїв мережевого автоматизованого контролю та управління, без чого неможливо створити систему зв'язку, що задовольняє сучасним вимогам.
Усунути недоліки ПЦИ було скрутно, тому, коли з 1990 року почали застосовувати волоконно-оптичні лінії зв'язку і вводити цифрові комутаційні станції, з'явилася можливість створення повністю цифрових синхронних мереж, почалися роботи з впровадження синхронної цифрової ієрархії. Структура первинної мережі наведена на рис. 6.8. У США була створена ієрархія синхронної оптичної мережі Зомет, а в Європі - аналогічна синхронна ієрархія СЦІ. Фізичний інтерфейс визначений для трьох різних середовищ передачі: оптичного волокна, радіорелейних систем і коаксіального кабелю.
Назва синхронна цифрова ієрархія походить від методу мультиплексування («синхронний» метод). Основною ідеєю СЦІ є об'єднання сигналів в блоки, звані синхронними транспортними модулями - СТМ (Synchoronous Transport module - STM). Цикли СТМ будь-якого порядку передаються синхронно з одним і тим же періодом 125 мкс.
Базовий формат лінійного сигналу СЦІ - синхронний транспортний модуль рівня 1 (СТМ-1) складається з 2430 байт, розміщених на інтервалі між двома відліками, наступними з частотою 8 кГц (Тривалість циклу - 125 мкс). Таким чином, кожен байт на певній позиції в межах циклу може переносити один телефонний канал або, що еквівалентно, цифровий канал з пропускною здатністю 64 кбіт / с.
Довжина циклу СТМ-1 становить п = 2430 -8 = 19440 біт.
Швидкість передачі модуля СТМ-1 визначається наступним чином:
У СМТ-1 = N * 1 \ T 4 = n * 8кГц = 166,520 Мбіт / с.
Сигнали СЦІ вищих порядків, що позначаються як СТМ-Л /, мають швидкість передачі в Л / разів більше, ніж в СТМ-1:
У СМТ-N = В СМТ-1 * N = 155,520 * N
де N - номер ієрархічного рівня (N = 1, 4, 16, 64, 256). Значення швидкостей передачі наведені в табл. 6.1.
Синхронні транспортні модулі розраховані на підтримку тільки тих вхідних каналів, або каналів доступу, швидкість передачі яких відповідає зазначеним швидкостям {див. табл. 6.1) і об'єднаному стандартному ряду американської та європейської ієрархії ПЦИ, а саме: 1, 5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбіт / с. Цифрові сигнали каналів доступу, швидкість передачі яких відповідає вказаному ряду, називаються трибами ПЦИ, а сигнали, швидкість передачі яких відповідає стандартному ряду швидкостей СЦІ, - трибами СЦІ.
Виділимо загальні особливості побудови синхронної ієрархії:
1. підтримка в якості вхідних сигналів каналів Доступу тільки трибов (від англ. Trib-компонентний сигнал, підлеглий сигнал або навантаження, потік навантаження) ПЦИ і СЦІ;
2. триби повинні бути упаковані в стандартні помічені контейнери, розміри яких визна деляются рівнем триба в ієрархії ПЦИ;
3. положення віртуального контейнера може визначатися за допомогою покажчиків, дозволяють усунути протиріччя між фактом синхронності обробки і можливою зміною положення контейнера всередині поля корисного навантаження;
4. кілька контейнерів одного рівня можуть бути зчеплені разом і розглядатися як один безперервний контейнер, використовуваний для розміщення нестандартної корисного навантаження;
5. передбачено формування окремого поля заголовків розміром 9 -9 = 81 байт,
У мережах синхронної цифрової ієрархії використовується принцип контейнерних транспортувань. Будь-який вихідний цифровий потік, як синхронний, так і плезіохронний, повинен бути поміщений у відповідний контейнер.
Термін контейнер описує інформаційну структуру синхронної мережі певної ємності, необхідну для передачі даного вихідного цифрового потоку. Розмір контейнера вказується в байтах. Всі байти контейнера передаються за 125 мкс. Прийняті розміри контейнерів відповідають цифровим потокам ПЦИ (табл. 6.2).
Розміщення переданих цифрових потоків в контейнери виконується за допомогою побітного і побайтного вирівнювання для плезіохронних сигналів, причому поряд з негативним використовується нульове і позитивне вирівнювання.
Контейнер містить:
-Передану навантаження (наприклад, цифровий потік ПЦИ);
-Фіксовані байти і біти вирівнювання (фіксована вставка). Ці байти (або біти) ніколи не несуть навантаження і використовуються тільки для наближеного збільшення швидкості передачі до швидкості передачі відповідного контейнера;
-Біти точного вирівнювання. У цих бітах по необхідності можуть розміщуватися біти навантаження або біти вставки;
-Біти управління вирівнюванням, які показують приймачу, що саме в даний момент розташовується в бітах точного вирівнювання - біти навантаження або біти вставки.
До кожного контейнеру З додається трактовий заголовок (Path Overhead). Ця сукупність називається віртуальним контейнером (Virtual Container - VС) і передається через мережу як незмінна одиниця (рис. 6.9). 
AU - адміністративний блок; AUG - група адміністративних блоків; POH - маршрутний заголовок; SOH -.. секційний заголовок; TU - трибного блок; TUG - група трібних блоків; VC - віртуальний контейнер
У РОН міститься службова інформація, що дозволяє відстежувати надійність транспортування контейнера через мережу від джерела до одержувача. Трактовий заголовок додається на початку тракту при формуванні УС і усувається в кінці тракту при розформування контейнера. Крім того, в РОІ міститься службова інформація з метою контролю і управління мережею.
Залежно від розміру віртуальний контейнер може транспортуватися в модулі STM-1 поодинці або об'єднаним в більший УС, який потім безпосередньо транспортується в STM-1
Розрізняють віртуальні контейнери вищого рівня HO (Hide Over) і нижчого рівня LO (Low order)
Всі контейнери, що передаються у складі одного «великого» контейнера, відносяться до нижнього рівня LO. Контейнерами рівня LO є VС-11, VС-12 і VС-2. 
УС-3 відносять до рівня 1.0, якщо цей контейнер передається у складі VС-4.
Контейнери, безпосередньо переносяться в модулі ЗТМ-\, ставляться до рівня АЛЕ. УС-4 - контейнер рівня ЙО. Те ж відноситься і до УС-3, якщо він передається безпосередньо.
Віртуальні контейнери вищого рівня УС-4 і УС-3 транспортуються безпосередньо в ЗТМ-1.
У цьому випадку покажчики (блок АС! _РТК) У складі ЗТМ-1 відображають фазові співвідношення між модулем і відповідним віртуальним контейнером. Та частина модуля ЗТМ-\, в межах якої може «плавати» УС, називається адміністративною групою (Administrative Unit-АU). Відповідний покажчик, званий покажчиком AU (AU_RTR), розглядається як частина Аі (див. рис. 6.9). Трехбайтовие покажчики ІУ поміщаються в перші 9 байт четвертого рядка модуля ЗТМ-1.
Розрізняють AU-4 і AU-3. У модулі ЗТМ-\ можна передавати один АС/-4 або три АС/-3.
Передача VC-3 можлива безпосередньо в STM-1 через AU-3 або через AU-4. У другому випадку передача трьох VC-3 повинна бути об'єднана в один VC-4.
Кілька AU можуть бути побайтно об'єднані в одну групу AU (AUG - AU group) (див. рис. 6.9). AUG являє собою інформаційну структуру, соответствующую STM-1 без ЗОН. Добавлением ЗОН к А116 получается 57А/-1. АС / О може складатися з одного АС1-4 або трьох АС /-ред.
За винятком VC-4, все УС можуть бути об'єднані у великі VC і транспортуватися в STM-1. «Менші» VC можуть плавати по фазі всередині «великих» (вищого рівня) VC. Для відображення фазових співвідношень між двома УС використовуються покажчики, що поміщаються у фіксованому місці УС вищого рівня. Навантажувального блоком (Tributtary Unit - TU) називається інформаційна структура, яка використовується для опису складової контейнера вищого рівня АЛЕ, всередині якої може «плавати» VC нижчого рівня LO, і відповідні покажчики (TU pointer) (див. рис. 6.9).Стандартизовані навантажувальні блоки TU-11, TU-12, TU-2, TU-3. 
Перед об'єднанням в контейнер вищого рівня кілька ГУ побайтно об'єднуються в одну групу, яка називається групою навантажувальних блоків (Tributary Unit group - TUG) (див. рис. 6.9). Визначено TGU-2 і TGU-3.
У табл. 6.3 наведені основні характеристики елементів СТМ-1, розглянутих вище.
