Методы асинхронного объединения цифровых потоков

Различают методы объединения асинхронных цифровых потоков с од­носторонним - положительным или отрицательным и двусторонним - положительно-отрицательным - согласованием скоростей. В системах с односторонним согласованием скоростей частота считыва­ния выбирается заведомо большей или меньшей (в зависимости от знака согласования скоростей), чем частота записи При положитель­ном согласовании предполагается, что сумма максимальных скоростей компонентных (входных) потоков меньше скорости агрегатного (выход­ного) потока. При этом выполняется условие

(3.9)

В этом случае при возникновении неоднородности (см. рис. 3.6,в) в считанную последовательность вводится (путем запрета одного импульса считывания) дополнительная (неинформационная) импульсная позиция, т.е. вводится согласующий тактовый интервал. На приемную станцию передается соответствующая команда согласования, в соответствии с ко­торой указанная позиция исключается из восстанавливаемого потока.

В передающей части оборудования временного группообразования (ОВГ) или мультиплексирования, использующего метод положительного согласования скоростей, входная информация записывается в записы­вающее устройство (ЗУ) с частотой соответствующей скорости переда­чи компонентного потока. Считывание информации из ЗУ осуществляется с частотой синхронной с частотой местного задающего генератора (ЗГ). Так как то в процессе считывания существует возможность

полного освобождения (опустошения) ячеек ЗУ. Специальная схема кон­троля (временной детектор ВД) сравнивает фазы сигналов записи и счи­тывания, т.е. текущее значение (рис. 3.6,а), и тем самым контролирует состояние заполнения ячеек памяти. Когда заполнение памяти оказывает­ся ниже допустимого предела, схема контроля задерживает один импульс считывания. В результате этого в считанной последовательности возника­ет дополнительный согласующий символ, который отсутствовал во вход­ном потоке и который обеспечивает необходимое заполнение ЗУ пере­дающего оборудования. Так как для передачи согласующего символа в цикле передачи формируемого выходного потока выделена строго определенная позиция, то для устранения этого символа достаточно на прием­ную станцию передать информацию о том, что имело место согласование скоростей, т. е. команду согласования. На приемной стороне символ со­гласования устраняется из цифрового потока путем задержки записи в ЗУ на время длительности данного символа. При этом формируется поток с такой же скоростью, как у входного потока, но с дрожанием фазы в один тактовый интервал. Сглаживание фазового дрожания (ФД) осуществля­ется с помощью цепи фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

При отрицательном согласовании скоростей предполагается, что час­тота записи в ЗУ передающего оборудования больше частоты считывания, т. е. выполняется условие

(3.10)

В этом случае при возникновении неоднородности из информацион­ной последовательности в передающей части ОВГ удаляется один инфор­мационный символ, который передается на приемную станцию по допол­нительному (служебному) каналу. На приемной стороне после приема соответствующей команды согласования этот символ вводится в восста­навливаемую последовательность. Таким образом, при отрицательном согласовании скоростей на передаче существует тенденция к переполне­нию ЗУ, т. е. протекают процессы, обратные процессам при положитель­ном согласовании скоростей.

В системах с положительно-отрицательным (двусторонним) согла­сованием номинальные частоты записи и считывания информации на пе­редаче предполагаются примерно равными, т. е. в некоторый момент вре­мени может выполняться любое из условий (3.9), (3.10). В этом случае имеем следующее соотношение между частотами записи и считывания:

(3.11)

При двустороннем согласовании скоростей в зависимости от знака те­кущей разности частот записи и считывания необходимо либо вводить в считанную последовательность дополнительный символ согласования (т. е. осуществлять положительное согласование), либо передавать неко­торый информационный символ по дополнительному каналу (т. е. осуще­ствлять отрицательное согласование). При этом в передающей части ОВГ необходимо формировать информацию не только о наличии согласова­ния, но и об его знаке.

Важно отметить, что в ОВГ в качестве неоднородностей воспринима­ются только те временные сдвиги (ВС), которые вызваны разностью час­тот Сдвиги, вызванные дополнительным повышением частоты считывания на величину /_сл с целью передачи в цикле различной служеб­ной информации, не требуют передачи информации о согласовании.

Как отмечалось выше, процесс согласования скоростей требует ис­пользования в ОВГ запоминающих устройств (ЗУ), играющих роль бу­ферной памяти (БП). Использование БП для накопления информацион­ных символов обусловлено также необходимостью введения в цикл пере­дачи группового потока ряда дополнительных импульсных позиций (для циклового синхронизма, команд согласования скоростей, служебной свя­зи и т. п.). Емкость ЗУ ОВГ должна быть такой, чтобы она могла погло­щать наибольшие изменения фазы. Обычно она не превышает восьми ячеек на каждый компонентный поток. При известной структуре цикла изменения фазы сигнала вследствие ввода синхросигнала известны: вели­чина изменения фазы определяется длительностью синхросигнала, а час­тота длительностью цикла.

Фазовые дрожания (ФД), возникающие в линейном тракте, содержат случайную и систематическую составляющие. ФД, вызванные шумами и неидеальностью регенераторов, носят случайный характер и, как правило, имеют небольшие значения. Систематические ФД, связанные со структу­рой передаваемого цифрового сигнала и линейного тракта, зависят от дли­ны линии и числа регенераторов. Спектр ФД, вызванных этими причина­ми, находится в основном в диапазоне низких частот.

Кроме того, при передаче цифровых сигналов с использованием вре­менного группообразования ФД возникают еще по двум причинам:

- за счет процесса согласования скоростей, при котором с частотой со­
гласования возникают сдвиги фазы на величину периода считывания;

- за счет того, что решение о необходимости согласования может быть
принято в любом месте цикла (в любой момент времени), а само согласо­
вание осуществляется только в определенном (заранее выделенном) месте
цикла, т. е. вследствие ожидания момента согласования.

Фазовые дрожания, обусловленные указанными причинами, имеют значительную часть составляющих в низкочастотной части спектра (до нескольких долей герца), что существенно затрудняет их подавление. Ес­ли не принимать специальных мер, то они могут привести к заметному ухудшению качества передачи.

Важным параметром ОВГ является частота формирования сигналов согласования . Если заведомое превышение частоты считывания над частотой записи при положительном согласовании скоростей и частоты записи над частотой считывания при отрицательном согласовании равно

то можно записать , Тогда в соответствии с (3.3), (3.4) и

(3.6) и с учетом того, чтс в системах с положительным согла

сованием скоростей можно получить

где Аналогично для систем с отрицательным согласованием получим

Так как в системах с двусторонним согласованием скоростей , то

Численные расчеты, проведенные по формулам (3.12) - (3.14), пока­зывают:

- частота формирования сигналов /_с при двустороннем согласовании
существенно меньше, чем при любом методе одностороннего согласования;

- частота передачи команд согласования скоростей определяется от­
носительной нестабильностью частот записи и считывания и имеет весьма
малые значения. Это позволяет выделять для передачи команд согласова­
ния скоростей 1...2% пропускной способности группового тракта. Такой
способ используется во всех ДСП, осуществляющих объединение асин­
хронных цифровых потоков: вторичных (Е2), третичных (ЕЗ) и четверич­
ных (Е4) и др.

Поскольку отрицательное согласование скоростей не имеет никаких преимуществ по сравнению с положительным согласованием, а реализу­ется с помощью более сложных устройств, то в качестве самостоятельно­го метода группообразования оно не используется.

На практике нашли применение два метода согласования скоростей: положительное (одностороннее) и положительно-отрицательное (двусто­роннее). Второй метод, на первый взгляд, имеет некоторые недостатки по сравнению с односторонним согласованием. Во-первых, он требует более сложной аппаратуры, так как обеспечивается возможность использованиясогласования любого знака. Во-вторых, фазовые дрожания, возникающие при этом согласовании, имеют очень низкую частоту (порядка долей гер­ца), что затрудняет их эффективное сглаживание в приемном оборудова­нии. Это объясняется тем, что при номинальных скоростях записи и считы­вания согласование не производится. Однако следует заметить, что указан­ный недостаток присущ способу двустороннего согласования при использо­вании трехкомандного управления, когда в процессе объединения цифро­вых потоков могут формироваться и передаваться три типа команд: отсут­ствие согласования, наличие положительного согласования и наличие отри­цательного согласования. В 1976 г. МККТТ (ныне МЭСТ) рекомендовал использовать метод двустороннего согласования скоростей с двухкоманд-ным управлением. Двухкомандное управление заключается в применении двух команд: о наличии положительного согласования (+) и о наличии от­рицательного согласования (-). Нулевая команда (отсутствие согласования) заменяется чередованием двух указанных команд согласования (+, -).

Двустороннее согласование с двухкомандным управлением обеспечи­вает ряд существенных преимуществ по сравнению с односторонним со­гласованием:

1. В ОВГ с односторонним согласованием скоростей принципиально
невозможен синхронный режим работы (из-за заведомого превышения
частоты считывания над частотой записи), в то время как для ОВГ с дву­
сторонним согласованием скоростей синхронный режим является част­
ным случаем асинхронного режима. В ОВГ с двусторонним согласовани­
ем в синхронном режиме не вырабатываются и не передаются команды
согласования, что обеспечивает повышение пропускной способности ка­
нала передачи и помехоустойчивости из-за отсутствия возможного иска­
жения этих команд. Таким образом, системы с двусторонним согласова­
нием скоростей могут успешно использоваться на любых участках цифро­
вой сети связи.

В ОВГ с двусторонним согласованием скоростей можно обеспечить
практически неограниченное повышение помехоустойчивости команд
согласования. Это обусловлено тем, что частота следования моментов
согласования скоростей в оборудовании с двусторонним согласованием в
десятки раз меньше, чем в оборудовании с односторонним согласованием.
Следовательно, можно выбирать длительность команд сколь угодно боль­
шой. Кроме того, помехоустойчивость приема команд согласования мо­
жет быть повышена в системах с двусторонним согласованием и путем
анализа структуры команд без увеличения их длительности (при этом мо­
гут быть исправлены не только одиночные, но и сдвоенные, строенные и
т. д. искажения команд согласования)

3. ОВГ с двусторонним согласованием скоростей более устойчиво к размножению сбоев цикловой синхронизации, т. е. к возникновению сбо­ев цикловой синхронизации в системах низшей ступени иерархии при сбое цикловой синхронизации на более высоком уровне. Это связано с тем, что в системах с односторонним согласованием за время сбоя син­хронизации формируется достаточно большое число (до нескольких де­сятков) команд согласования, в то время как в системах с двусторонним согласованием обычно не более одной команды. В последнем случае за счет сбоя синхронизма можно обеспечить коррекцию согласования после восстановления синхронизма.

Кроме того, двустороннее согласование дает возможность повысить эф­фективность использования пропускной способности группового тракта, так как при одностороннем согласовании скоростей приходится выбирать большую частоту считывания.

Следует также еще раз отметить, что частота формирования команд со­гласования в ОВГ с односторонним согласованием существенно больше, чем в системах с двусторонним согласованием, т. е. требуется большая про­пускная способность соответствующего служебного канала. Минимальный интервал между моментами согласования в оборудовании формирования потока Е2 при двустороннем согласовании составляет более 100 циклов передачи, а при одностороннем - только два цикла.

Что касается отмеченных ранее недостатков ОВГ с двусторонним со­гласованием скоростей, то здесь следует сделать ряд оговорок. При иден­тичном построении циклов передачи большинство узлов (запоминающие устройства, генераторное оборудование, преобразователи кодов, устрой­ства цикловой синхронизации и др.) практически одинаковы.

Более сложными в системах с двусторонним согласованием оказыва­ются лишь формирователи и приемник команд согласования, однако эти устройства могут использоваться в групповом режиме, так как частота формирования команд согласования для каждого из компонентных пото­ков невелика.

Вносимые оборудованием с двусторонним согласованием фазовые дрожания (ФД) в принципе могут быть уменьшены до величины, состав­ляющей несколько процентов от периода считывания (при передаче ин­формации о промежуточных значениях временного интервала между мо­ментами записи и считывания), что значительно меньше ФД, вносимых оборудованием с односторонним согласованием.

При построении систем передачи ПЦИ высших ступеней применяется как двустороннее согласование с двухкомандным управлением, так и од­ностороннее положительное согласование

Рис. 3.7. Структурная схема тракта передачи ОВГ объединения асинхронных цифровых потоков

и формирование импульсных последовательностей с частотой записи равной тактовой частоте компонентных цифровых потоков. Сигналы с выхода подаются в блоки асинхронного сопряжения

предающей части. В блоке асинхронного сопряжения цифровой поток записывается в запоминающее устройство ЗУ и считыва-ется сигналом, поступающим от соответствующего выхода генераторного оборудования передающей станции.

Процессом записи управляет импульсная последовательность с часто­той а процессом считывания управляет импульсная последовательность с частотой Сигналы считывания и управления записью поступают на вход временного детектора (ВД), в котором определяются моменты воз­никновения и вид (знак) неоднородности. По сигналу о наличии неодно­родности того или иного вида, когда изменение временного интервала между импульсными последовательностями записи и считывания дости­гает периода считывания, вырабатывается соответствующая команда о наличии вставок, т.е. согласования скоростей. При этом положительное-согласование скоростей осуществляется запретом с помощью логического элемента НЕТ одного импульса считывания, а отрицательное - дополни­тельным считыванием, которое производится с помощью логического элемента Далее сигналы с выхода ЗУ поступают на логический

элемент ИЛИ₂, на второй вход которого поступают сигналы с передатчика команд согласования скоростей (Пер. КСС). Сигналы с выходов БАС _nepi - БАС _nepq и передатчика синхросигнала через формирователь группового сигнала (ФГС) поступают в передающий преобразователь ко-Да(ПК_пер).

Рассмотрим с помощью временной диаграммы характер процессов, происходящих в передающей части, для случая, когда частота считывания

превосходит частоту записи

На рис. 3.8,а показано изменение временного интервала между импульс­ными последовательностями записи и считывания для случая, когда согласо­вание скоростей происходит в моменты достижения временным интервалом величины, равной периоду считывания Однако

в реальных системах согласование скоростей может производиться только строго в определенные моменты времени, соответствующие сигналам с выхода генераторного оборудования Очевидно, что должно выполняться условие

В результате того, что моменты, в которые происходит согласование, детерминированы, имеет место время ожидания момента согласования скоростей после того, как изменение временного интервала (ВИ) пре­взошло период считывания. Это время ожидания?₀ равно длительности

Рис. 3.8. Временные диаграммы работы передающей части ОВГ

импульсов, изображенных на рис. 3.8,в. Торможение процесса считыва­ния производится в моменты, показанные на рис. 3.8,г. Изменение ВИ между моментами считывания и записи с учетом ожидания имеет вид, показанный на рис. 3.8 Д

В тракте приема (рис. 3.9) импульсные последовательности с выходов открывают поочередно логические элементы распредели-

теля группового сигнала (РГС), обеспечивая правильное распределение группового сигнала с выхода между приемными блоками асинхронно­го сопряжения цифровых потоко] ,...,, в которых восстанав­ливается первоначальная скорость компонентных цифровых потоков.

Восстановление производится путем записи цифрового потока в ЗУ и считывания с частотой, равной средней частоте записи, вырабатываемой устройством фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которое содержит генератор, управляемый напряжением (ГУН), схему управления (СУ) и временной детектор (ВД), на выходе которого формируется сигнал, соот­ветствующий текущему значению временного интервала между момента­ми записи и считывания.

Процессом записи управляет импульсная последовательность с соот­ветствующего выхода По сигналу о необходимости положительного согласования скоростей осуществляется запрет записи информации в ЗУ. Временное положение сигнала запрета соответствует моменту согласова­ния скоростей в передающем устройстве.

К приемникам команд согласования

Рис. 3.9. Структурная схема тракта приема ОВГ объединения асинхронных

цифровых потоков

По сигналу о необходимости отрицательного согласования скоростей с помощью логического элемента открывается логический элемент И распределителя группового сигнала (РГС) и в передаваемый сигнал вво­дится дополнительный символ. Одновременно дополнительный импульс через логический элемент ИЛИ₂ вводится в сигнал управления записью. Частотой ГУН управляет напряжение, соответствующее постоянной со­ставляющей сигнала на выходе ВД. Характер изменения сигнала на выхо­де ВД показан на рис. Переменные составляющие сигнала, управ­ляющего работой ГУН, вызывают временные флуктуации считываемой

последовательности, а следовательно, и выходного сигнала. Поэтому сте­пень подавления переменных составляющих в управляющем напряжении влияет на значение временных флуктуации выходного сигнала.