Системы плезиохронной цифровой иерархии. Иерархия цсп с икм. Недостатки систем пци.

Иерархия ЦСП с ИКМ

В современных сетях и линиях связи среди разнообразных видов услуг основной вид – это телефонные услуги. Согласно требованиям Государственного Комитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации и нормам международного комитета ITU-T исходный аналоговый телефонный канал занимает полосу передаваемых частот от 400 до 3400 Гц. Однако в таком аналоговом виде он передается только от АТС к абоненту и обратно. По соединительным линиям между АТС, городским, зоновым и магистральным линиям сообщения передаются в цифровой форме. Для этого аналоговый сигнал подвергается преобразованию в цифровой поток методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Такой сигнал представляет собой последовательность импульсов, длительность и частота следования которых определяется методом кодирования. При этом амплитуда и форма (чаще всего прямоугольная, точнее, трапецеидальная) остаются постоянными. В результате преобразования аналогового сигнала в цифровой он превращается в поток информации в виде двоичных символов (бит) со скоростью передачи 64 кбит/с. Канал, в котором передается такой цифровой поток, получил название «Основной цифровой канал» (ОЦК) или по международной классификации DSO. Из сказанного выше понятно, что 64 кбит/с это скорость, соответствующая одному телефонному каналу. В существующих линиях и сетях связи предается одновременно большое количество (группа) таких каналов. Следовательно, по всем линиям, за исключением абонентского участка, передается групповой цифровой сигнал. Он формируется методом временного разделения каналов, состоящим в том, что импульсы основного цифрового потока DSO квантуются по времени на более короткие импульсы, которые затем с соответствующими временными сдвигами располагаются в один ряд, образуя новый цифровой поток (частота, с которой происходит временное квантование, называется тактовой). Для последующего выделения (разделения) каналов на приеме в этот цифровой поток на границах импульсов, соответствующих каждому основному каналу, добавляются идентификационные синхроимпульсы. Таким образом, в групповом канале скорость передачи информации возрастает в зависимости от количества основных каналов. Операция образования группового цифрового потока информации из ряда основных каналов DSO получила название мультиплексирования с временным разделением каналов.

Формирование групповых цифровых сигналов, предназначенных для передачи по линии связи, осуществляется методом линейного кодирования, для чего применяется ряд двоичных кодов. В соединительных линиях связи между АТС в настоящее время передается 30 телефонных (т.е. основных) каналов DSO. Кроме того, в групповом линейном потоке передается еще два дополнительных канала сигнализации и управления. Таким образом, фактически количество передаваемых каналов 32. Скорость основного канала – 64 кбит/с, таким образом, скорость передачи группового цифрового потока – 2048 кбит/с. Групповой цифровой канал со скоростью 2048 кбит/с называется первичным цифровым каналом ПЦК (DS1). Скорость передачи ПЦК и каждого канала последующего порядка может быть увеличена с помощью мультиплексирования с коэффициентом, кратным 4. При этом используется тот же метод временного квантования импульсных последовательностей мультиплексируемых сигналов с новой тактовой частотой (2048, 8448, 34368, 139264, 564992 кбит/с), которая может быть не синхронизированной с тактовой частотой исходных каналов ПЦК. Из приведенного ряда видно, что значения скоростей не точно кратно четырем, т.к. для идентификации групп каналов вводятся дополнительные биты. Число каналов: 30 (DSO) – 120 – 480 – 1920 – 7680. Перечисленные скорости образуют иерархический ряд или цифровые иерархии. Для стран Европы и Латинской Америки каждая цифровая иерархия получила свое обозначение:

- Первичная цифровая иерархия – ПЦИ (2048) – Е1.

- Вторичная цифровая иерархия – ВЦИ (8448) – Е2.

- Третичная цифровая иерархия – ТЦИ (34368) – Е3.

- Четвертичная цифровая иерархия – ЧЦИ (139264) – Е4.

- Пятеричная цифровая иерархия – ПЦИ (564992) – Е5.

В перечисленных иерархиях скоростей передачи тактовые частоты соседних уровней, а тем более удаленных, не обязательно должны быть синхронизированы. Кроме того, могут не совпадать тактовые частоты мультиплексируемых каналов. Вместе с тем они очень близки по значению и могут входить в полосу захвата канала синхронизации, т.е. они почти или как бы синхронные. Такие системы получили название плезиохронных (плезио – почти) цифровых систем передачи, а цифровая иерархия – плезиохронная цифровая иерархия – ПЦИ (PDH) .

Иерархия ЦСП с ИКМ предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней СП строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз. Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной; в этой ЦСП осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т.д. Таким образом, если на данной станции первичной сети необходимо установить ЦСП с ИКМ с относительно большим числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру соответствующего числа первичных, вторичных и т.д. цифровых систем передачи. Системы, построенные таким способом, называют ЦСП с временным группообразованием. Эти системы помимо обеспечения потребностей сети позволяют использовать на первой ступени групповые кодеки с приемлемыми скоростями работы.

Недостатки систем ПЦИ

Системы ПЦИ были разработаны для работы с коаксиальным кабелем либо с радиорелейными линиями. В этих линиях длина регенерационного участка для Е1-Е2 не превышала 5км, для Е4 – 1,5-2км. Малая длина регенерационного участка – не единственная причина того, что Е4 и Е5 не получили широкого распространения в кабельных линиях на основе медных кабелей. Вторая причина связана с особенностями плезиохронных систем передачи. Отсутствие общей жесткой синхронизации тактовых частот различных уровней Е1 – Е5, а также добавление (или изъятие) вставок (стаффингов) в виде дополнительных бит в соответствующий код для выравнивания кодовых комбинаций приводят к невозможности выделения на каком-либо промежуточном пункте зоновой или магистральной линии канала DSO или, скажем, DS1 из потока, например, уровня Е3 или Е4 без полного демультиплексирования группового информационного потока. И если для уровня Е2 эта процедура не является сложной задачей и стоимость аппаратуры, осуществляющей эту операцию, повышается незначительно, то для уровня Е3 стоимость аналогичных устройств существенно возрастает, а для уровней Е4 и Е5 в связи с необходимостью резкого повышения быстродействия электронных устройств эта стоимость возрастает до неприемлемых величин.

Развитие альтернативной среды распространения сигналов, переносящих информацию – оптического волокна, в котором носителем информации является не электрический ток, оптическое излучение (поток фотонов) позволило многократно увеличить длину регенерационных участков (для иерархии ПЦИ 100 км). При этом из-за многократного уменьшения числа ретрансляторов стоимость плезиохронных систем передачи для уровней Е1 – Е4 весьма существенно снизились, благодаря чему такие системы для ВОЛС получили широкое распространение.

Системы синхронной цифровой иерархии. Иерархия систем СЦИ (SDH). Состав сети SDH. Топология и архитектура

Иерархия систем СЦИ (SDH)

Недостатки плезиохронных систем передачи и прогресс в технологиях волоконно-оптических систем, имеющих по сравнению с электрическими кабельными системами практически неограниченную полосу пропускания и другие преимущества ВОСП, стимулировали разработку и внедрение новых цифровых систем передачи информации. Этому также способствовала актуальность проблемы создания глобальной интегрированной информационной сети.

На основе SDH в различных странах были разработаны системы передач, в США и Канаде – это система SONET (Синхронная оптическая сеть – Synchronous OpticalNetwork), в Европе – SDH (Synchronous Digital Hierarchy). При принятии нового стандарта цифровой связи – SDH, одним из требований к новой системе было обеспечение совместимости с системами PDH. Это относилось прежде всего к цифровому потоку уровня Е4 PDH (140 Мбит/с). Для решения этой задачи в цифровой поток Е4 была введена избыточность в виде дополнительных бит, вследствие чего скорость передачи нового уровня возросла до 155,52 Мбит/с). Такая скорость была принята для основного формата синхронного сигнала, получившего название синхронный транспортный модуль – STM-1. В результате международных соглашений были установлены скорости передачи в виде синхронной цифровой иерархии (СЦИ–SDH), регламентируемые рекомендациями ITU-T (MKKTT) G.707, структура сигнала в интерфейсе сетевого узла –G.708, структура синхронного группообразования – G.709.

Таким образом, была принята следующая градация скоростей для иерархий синхронных сигналов (SDH):

 STM-1 – 155,520 Мбит/с,

 STM-4 – 622,08 Мбит/с,

 STM-16 – 2488,32 Мбит/с (2,488 Гбит/с),

 STM-64 – 9,953 Гбит/с,

 в перспективе – STM-256 – 39,812 Гбит/с.

Необходимо отметить, что за исключением STM-1, скорости STM-4, STM-16 и т.д. применяются исключительно в волоконно–оптических системах передачи.

В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных задающих генераторов синхронна с точностью не хуже 10^-9. Жесткая синхронизация на всех уровнях СЦИ дает возможность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преимуществ синхронных сетей:

- возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков более низкого уровня до Е1 без полного демультиплексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой);

- упрощение общей структурной схемы оборудования СЦИ благодаря тому, что все функции ввода–вывода выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток Е1 PDH из потока (фрейма) STM-1;

- возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их более гибкими в плане конфигурирования;

- скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадает необходимость применения дополнительного преобразователя стыкового кода и линейной.

Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оптическими системами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных модулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию цифровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети занимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяет оптимально использовать емкости каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых потоков и резервных линий.