Общие принципы объединения цифровых потоков в PDH. Согласование скоростей.

При построении ЦСП высших порядков в принципе могут использоваться два следующих метода формирования группового сигнала: 1.Непосредственное кодирование соответствующего числа аналоговых сигналов; 2.Временное группообразование, которое предполагает формирование группового сигнала ЦСП высшего порядка путем объединения цифровых групповых сигналов, сформированных в системах более низкого порядка. Аппаратура первого типа применяется ограниченно, так как при большом числе каналов весьма высокие требования предъявляются к быстродействию и точности используемых кодеков. Аппаратура второго типа играет основную роль при создании иерархии ЦСП. Для систем высшего порядка должно выполняться условие независимости скорости передачи сигнала в линейном тракте от видов передаваемой информации, что позволяет использовать цифровой линейный тракт для взаимодействия с оконечным оборудованием разного типа. При этом скорость передачи должна быть соответствующим образом связана со скоростью передачи систем низшего уровня иерархии. Временное группообразование может быть осуществлено синхронным или асинхронным способом. Основной особенностью синхронного группообразования является необходимость использования одного высокостабильного источника хронирования, т.е. задающего генератора, частота которого соответствует тактовой частоте группового сигнала на выходе оборудования временного группообразования. Генераторное оборудование систем низшего порядка должно быть строго синхронизировано с задающим генератором, размещаемым в оборудовании временного группообразования, что на практике связано с определенными общесетевыми трудностями. Даже при наличии синхронизации, т. е. при равенстве тактовых частот сигналов объединяемых СП низшего порядка, фазы отдельных сигналов могут отличаться и изменяться во времени. Компенсация этих изменений фазы может быть осуществлена путем использования буферной памяти, емкость которой зависит от длины линейного тракта. Использование асинхронного объединения является более общим решением проблемы временного группообразования. При асинхронном группообразовании объединяемые потоки являются плезиохронными, т. е. передаются с одинаковой номинальной скоростью, но мгновенные значения скорости передачи из-за нестабильности местных задающих генераторов могут изменяться в некоторых пределах. В процессе объединения цифровых потоков осуществляется их запись в запоминающее устройство ЗУ с частотой f_з, равной тактовой частоте входного сигнала, а затем считывание с частотой f_сч, кратной тактовой частоте группового сигнала. Так как частоты записи и считывания отличаются друг от друга, то после каждого считывания временной интервал между моментами записи и считывания τ изменяется на величину Δt = T_з – T_сч. Если Tз > Tсч, то временной интервал между моментами записи и считывания постепенно уменьшается до некоторой минимальной величины (от Δt до 0), а при следующем считывании оказывается максимальным (от Tсч - Δt до Tсч). В результате в считанной последовательности произойдет положительный временной сдвиг (ВС), вследствие чего между считанными импульсами возникает интервал, равный Tсч. Если Tз < Tсч, то происходит обратный процесс: временной интервал между моментами записи и считывания увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимальной величины (от Tсч - Δt до Tсч), а при следующем считывании он оказывается минимальным (от 0 до Δt). Вследствие этого произойдет отрицательный ВС в считанной импульсной последовательности, равный периоду следования считывающих импульсов Tсч. Моменты формирования временных сдвигов в этом случае характеризуется наличием двух символов исходной последовательности, приходящихся на один символ считывания.

В реальных условиях отношение T_сч/T_з может изменяться в относительно небольших пределах, определяемых нестабильностью частот записи и считывания, для которых в общем виде можно записать , , где f_зн, f_счн – номинальные значения частот записи и считывания; δ_з, δ_сч – относительная нестабильность частот записи и считывания соответственно. При этом, если T_сч/Δt – целое число, ВС распределены в считанной последовательности равномерно через R=[T_сч/Δt] информационных символов, т. е. считанная последовательность однородна. Если же T_сч/Δt - дробная величина, то в считанной последовательности возникают неоднородности, которые приводят к изменению интервала между ВС. Чтобы возникающие при асинхронном объединении цифровых потоков неоднородности не изменяли положения ВС в цикле передачи, моменты их возникновения в передающем оборудовании необходимо компенсировать. Этого можно достичь либо введением дополнительной позиции в считанную последовательность, либо исключением одной позиции из считанной последовательности. Соответствующая информация об изменениях в считанной импульсной последовательности передается в приемное оборудование, где в соответствии с этой информацией осуществляется восстановление исходного потока. Таким образом происходит согласование скорости (стаффинг) объединяемого цифрового потока с некоторой опорной, которой в данном случае является скорость высшего порядка в пересчете на один цифровой поток системы низшего порядка. Различают три вида согласования скоростей: положительное, отрицательное, положительно-отрицательное (двустороннее). При положительном согласовании скоростей предполагается, что максимальная скорость входного потока меньше минимальной скорости составного потока, т.е. выполняется условие . В этом случае при возникновении неоднородностей в считанную последовательность вводится дополнительная импульсная позиция, т. е. согласующий тактовый интервал. На приемную станцию передается соответствующая команда согласования, в соответствии с которой указанная позиция исключается из восстанавливаемого потока. Поскольку f_сч > f_з, то в процессе считывания имеет место тенденция полного освобождения ячеек памяти ЗУ передающей части оборудования временного группообразования (ОВГ). Специальная схема контроля сравнивает фазы сигналов записи и считывания, т. е. текущее значение τ и тем самым контролирует состояние заполнения ячеек памяти. Когда заполнение памяти оказывается ниже допустимого предела, схема контроля запрещает один импульс считывания. В результате в считанной последовательности возникает дополнительный символ, которого не было во входном сигнале, но в это время обеспечивается необходимое заполнение буферной памяти передающего оборудования. На приемной стороне символ согласования устраняется из цифрового потока путем задерки записи в буферную память 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 осуществляется с помощью цепи фазовой автоподстройки. При отрицательном согласовании скоростей предполагается, что минимальное значение частоты записи в устройстве памяти передающего оборудования больше максимального значения частоты считывания, т. е. выполняется условие .В этом случае при возникновении неоднородности из информационной последовательности в передающей части ОВГ удаляется один информационный символ, который передается на приемную станцию по дополнительному, специально выделенному каналу. На приемной стороне после приема соответствующей команды согласования этот символ вводится в восстанавливаемую последовательность. Таким образом, при отрицательном согласовании имеет место тенденция к переполнению буферной памяти. Двустороннее согласование скоростей: В таких системах номинальные значения частоты записи и считывания предполагаются равными, т. е. в некоторый момент времени может выполняться любое из упомянутых выше условий. В этом случае справедливо следующее соотношение между частотами записи и считывания: .При использовании двустороннего согласования скоростей в зависимости от знака текущей разности частот записи и считывания необходимо либо вводить в считанную последовательность дополнительный символ согласования, либо передавать некоторый информационный символ по дополнительному каналу. При этом в передающей части ОВГ необходимо формировать информацию не только о наличии согласования, но и об его знаке. При использовании двустороннего согласования скоростей возможны трехкомандное и двухкомандное управление. При трехкомандном управлении формируются и передаются команды трех типов:отсутствие согласования;наличие положительного согласования (+);наличие отрицательного согласования (-). При двухкомандном управлении нулевая команда заменяется чередованием команд положительного и отрицательного согласования (+-). В России при построении ЦСП высших ступеней иерархии до последнего времени использовалось исключительно двустороннее согласование скоростей с двухкомандным управлением. В то же время в подавляющем большинстве стран применяется ОВГ, использующее исключительно положительное согласование скоростей.

 

 

Принципы синхронизации ЦСП. Основные положения ТСС. Общие положения.

В плезиохронных ЦСП правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы должны быть обеспечены следующие виды синхронизации: 1.Тактовая – обеспечивает равенство скоростей обработки сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах, 2.Цикловая – обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры, 3.Сверхцикловая- обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. Структурная схема тактовой синхронизации:

Наиболее распространенным способом выделения тактовой частоты является метод пассивной фильтрации который состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, выделяется тактовая частота. Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность ВТЧ зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывов связи затрудняется процесс ВТЧ). Для высокоскоростных ЦСП более перспективным, но более сложным является способ тактовой синхронизации с применением устройств тактовой синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования. Основные положения по организации тактовой сетевой синхронизации цифровых сетей: На каждой цифровой коммутационной станции скорость обработки сигналов задается одним станционным генератором. Последовательный переприем сигналов синхронизации недопустим. Все ее функции выполняются с помощью устройств внутриаппаратной синхронизации, входящих в состав устройств передачи и коммутации. Схема соединений должна иметь вид «звезды» с расходящимися лучами. Проблема тактовой сетевой синхронизации (ТСС) возникает, когда цифровые системы передачи интегрируются с электронными системами коммутации в единую цифровую сеть. Для выравнивания скоростей передачи на стыках включаются устройства буферной памяти (БП) так, что запись входной информации происходит на скорости приходящего сигнала, а считывание – на скорости местного генератора. На цифровых электронных АТС в качестве устройств буферной памяти применяются цикловые выравниватели, которые включаются в приемные тракты Е1. При цифровом транзите ОЦК также используются выравниватели временных интервалов. В этом случае устройства БП работают на скорости 64 кбит/с и осуществляют исключение или повторение информации объемом в один октет. Несинхронность работы локальных хронирующих источников, синхронизируемых различным способом, приводит к тому, что частоты входных цифровых последовательностей и тактовой синхронизации в местах стыка границ участков, обслуживаемых различными хронирующими источниками, отличаются друг от друга. Это приводит к появлению небольшой разностной скорости, или относительному движению, или проскальзыванию, или «слипу» (slip) одной последовательности относительно другой. Накапливаясь за определенный промежуток времени, оно (движение) приводит к временному срыву синхронизации. Определенное влияние на этот процесс оказывает влияние как дрожание фазы (jitter), так и медленный дрейф фазы (wander) указанных последовательностей. Влияние слипов на различные виды услуг зависит от структуры передаваемых и коммутируемых сигналов. В речевых сообщениях они проявляются в виде щелчков различной интенсивности, в факсимильных сообщениях – в искажении или потерь строк при приеме, во время передачи данных через модемы – создают пакеты ошибок длительностью до 1.5 сек. При высокой частоте проскальзываний из-за повторений передачи искаженных данных существенно снижается пропускная способность. Появление слипа при видеотелефонной связи приводит к пропаданию изображения и необходимости повторного установления соединения, а при передаче шифрованных данных – к потере ключа. В результате нарушается связь, необходимо затрачивать время на распознавание ошибки, передачу ключа и установление нового соединения.

Основная задача ТСС – обеспечение равенства частот генераторов с заданной погрешностью с целью устранения проскальзываний или уменьшения их количества до допустимой величины. Все операции по обработке сигналов в цифровых системах передачи и системах коммутации должны выполняться в строгой последовательности во времени и синхронно. Во всех системах передачи с ВРК приемное оборудование всегда должно работать синхронно с передающим. Только в этом случае переданные сигналы попадут на приемной стороне на отведенные им временные позиции и в свои каналы. Цель синхронизации – получить наилучший возможный синхронирующий источник или генератор тактовых импульсов или таймер для всех узлов сети. Для этого необходимо иметь высокоточный синхронирующий источник, но и надежную систему передачи сигнала синхронизации на все узлы сети. Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, где находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов (ПЭГ, PRC), или первичный таймер, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники – вторичный или ведомый эталонный генератор тактовых импульсов SRC (ВЭГ), или вторичный таймер, реализуемый либо в виде таймера транзитного узла TNC, либо таймера локального (местного) узла LNC.

Для SDH цепь передачи сигналов синхронизации определена в рекомендации G.803. Высокостабильный генератор первичных эталонных часов (PRC) находится на вершине цепи синхронизации, которая содержит два типа подчиненных часов: Часы, соответствующие рекомендации G.812, обычно называемые элементами синхронного обеспечения (SSU). Часы, соответствующие рекомендации G.81s, как правило, называемые часами синхронного оборудования (SEK).

В рекомендации G.812 определены две категории часов: локальные и транзитные, но разница между этими категориями часов в сети SDH при работе в режиме удержания не существенна, так как синхронная иерархия не чувствительна к характеристикам долговременной стабильности. Элементы синхронного обеспечения SSU обладают узкой полосой пропускания фильтра не более 0,1 Гц. Фильтр с такой характеристикой позволяет SSU отфильтровывать дрожание и отклонение фазы и частоты, накопленное устройствами синхронизации. По сравнению с часами G.81s часы G.812 обладают высокой частотной стабильностью в режиме удержания, что способствует уменьшению частотного сдвига во время перебоев в хронировании. В рекомендации G.81s указывается, что механизм указателя в SDH не чувствителен к фазовым вариациям в промежутке от 0,1 до 1000 с, а оборудование SDH чувствительно к фазовым вариациям в этом диапазоне. Поэтому в указанном промежутке требуются более строгие спецификации часов. Кратковременная стабильность часов G.81s определяется в рамках максимальной ошибки временного интервала (MОВИ). Согласно рекомендации MОВИ линейно повышается примерно от 20 нс в начале периода наблюдения до 40 нс через 0,03 с. После этого МОВИ остается неизменной. Данное значение кратковременной стабильности применимо при отсутствии повреждений эталонного генератора или когда часы находятся в режиме удержания. G.81s определяет спецификации, касающиеся фазовых вариаций на выходе часов в случае коротких (до 10 с) сбоев в передаче сигналов синхронизации. Примером кратковременных сбоев может служить переключение к альтернативному источнику синхронизации.