Общие характеристики основного цифрового канала и сетевых цифровых трактов
| № п/п | Тип канала и тракта | Номинальная скорость передачи, кбит/с | Пределы отклонения скорости передачи, кбит/с | Номинальные входные и выходные сопротивления, Ом |
| 1 | Основной цифровой канал | 64 | ± 5. 10-5 | 120 (сим) |
| 2 | Первичный цифровой сетевой тракт | 2048 | ± 5. 10-5 | 120 (сим) |
| 3 | Вторичный цифровой сетевой тракт | 8448 | ±3.10-5 | 75 (несим) |
| 4 | Третичный цифровой сетевой тракт | 34368 | ± 2 10-5 | 75 (несим) |
| 5 | Четверичный цифровой сетевой тракт | 139264 | ± 1.5. 10-5 | 75 (несим) |
STM-1
Первичным цифровым потоком СЦИ является модуль STM-1, имеющий скорость передачи 155, 52 Мбит/с.
Модуль STM-1 состоит из 2430 байт и обычно изображается в виде таблицы из 9 строк по 270 байт (рис. 2). Период повторения STM-1 составляет 125 мкс, что соответствует частоте повторения 8000 Гц. Каждый байт соответствует каналу со скоростью передачи 64 кбит/с.
Рис. 2. Представление STM-1
STM-1 содержит три основные блока (Рис. 3):
- секционный заголовок SOH (Section Overhead)
- блок нагрузки (payload)
- указатель PTR (pointer)
Рис. 3. Структура кадра STM-1
Байты STM-1 передаются, начиная с левого верхнего угла слева направо, сверху вниз.
Блок SOH размером 8 ´ 9 байт несет служебную информацию, в том числе синхросигнал, байты для обслуживания, контроля и управления. Подразделяется на заголовок регенерационной секции (RSOH - regenerator SOH) и заголовок мультиплексной секции (MSOH - multiplex SOH) (см. раздел 7).
|
|
|
Сигналы нагрузки (от 2 до 140 Мбит/с в соответствии с G.702) транспортируются в области нагрузки размером 9 ´ 261 байт. Эти сигналы объединяются в модуль STM-1 в соответствии с определенными правилами (см. разделы 3, 4, 5).
Фазовое соотношение между нагрузкой и кадром STM фиксируется в указателе PTR, что позволяет определить местоположение нагрузочных сигналов в блоке нагрузки. В результате имеется возможность доступа к одиночным каналам без необходимости полного демультиплексирования STM-1. Используются три указателя каждый длиной 3 байта (см. раздел 6).
STM-N
Высокоскоростные потоки СЦИ организуются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1 и называются синхронными транспортными модулями уровня N STM-N (рис. 4). Скорость STM-N составляет N´ 155,52 Мбит/с.
Рис. 4. Формат STM-N
В настоящее время, как отмечалось выше, стандартизированы уровни 4, 16 и 64: STM-4 4´ 155,52 Мбит/с = 622,08 Мбит/с, STM-16 16´ 155,52 Мбит/с = 2,48832 Гбит/с и STM-64 64´ 155,52 Мбит/с = 9,95328 Гбит/с.
Структура кадра STM-N соответствует структуре STM-1, с тем отличием, что передаются N´ 9´ 270 байт за 125 мкс. Байты заголовков, указателей и нагрузки объединяются в аналогичные три блока (рис. 4).
|
|
|
При мультиплексировании байты нагрузки объединяемых STM-1 объединяются побайтно в нагрузку STM-N без буферизации. Позиция STM-1 в составе STM-N может отличаться от исходной из-за возможного фазового различия между STM-1 и STM-N. Каждый индивидуальный указатель должен быть изменен в соответствии с этим фазовым различием. Данная операция называется согласованием указателей.
Как N модулей STM-1 могут быть объединены в один модуль STM-N, так и M модулей STM-N могут быть объединены в один модуль STM-M´ N. Действует следующее основное правило: если объединяются M модулей STM-N в модуль STM-M´ N, то из каждого объединяемого потока STM-N берется по N байт, т.е. применяется N-байтное мультиплексирование.
Соответственно, по одному байту от каждого STM-1 объединяются в STM-N. Аналогично объединяются по 4 байта от каждого STM-4 при образовании STM-16.
Достоинством данной процедуры является то, что высокоскоростные потоки могут быть получены последовательным мультиплексированием. Например, можно получить поток STM-16, побайтно объединяя 16 модулей STM-1. В тоже время, STM-16 может быть получен из четырех модулей STM-4 (Рис. 5).
Рис. 5. Технология мультиплексирования
Размещение данных в цикле STM-1 (mapping)
|
|
|
Как отмечалось выше, вся полезная информационная нагрузка (payload) передается при помощи контейнеров. Рассмотрим возможные типы контейнеров, их внутреннюю структуру и принципы формирования.
Определено следующее соответствие контейнеров скоростям передачи полезной информации (в кбит/с):
| Контейнер | Скорость передачи (кбит/с) |
| С11 | 1 544 |
| С12 | 2 048 |
| С2 | 6 312 |
| С3 | 44 736 или 34368 |
| С4 | 139 264 |
Этот ряд контейнеров соответствует международным рекомендациям (ITU-T G.709) и объединяет европейскую и североамериканскую схемы системы SDH (SONET). В европейский стандарт не входит контейнер С2.
На рисунке показана общая схема размещения сигналов в синхронной цифровой иерархии.
Сигнал PDH со скоростью 140 Мбит/с (139 264 кбит/с) при передаче через сеть SDH размещается в контейнерах С-4. Контейнеры С-4 следуют с периодом 125 мкс. Размер контейнера С-4 точно определен и составляет 2340 байт (9 строк по 260 байт) или 18720 бит. В то же время для размещения всех бит сигнала PDH со скоростью 140 Мбит/с требуется контейнер емкость всего 17408 бит (139 264 кбит/с : 8 кГц). Величина 8 кГц соответствует периоду повторения в 125 мкс. Таким образом, в контейнере С-4 остается еще место, которое не было заполнено сигналом PDH. Это пространство содержит:
|
|
|
· биты и байты грубого выравнивания (постоянный стаффинг) для согласования скорости плезиохронного сигнала с более высокой скоростью контейнера;
· биты точного выравнивания, используется положительный стаффинг (добавление бит);
· биты с информацией о наличии точного выравнивании;
· биты “балласта”, которые не имеют функционального назначения.
Для передачи в потоке STM-1 контейнера С-4 к нему добавляется путевой или трактовый заголовок РОН (Path OverHead) размером 9 байт. В результате этой операции образуется так называемый виртуальный контейнер VC-4, имеющий размер 2349 байт (9 строк по 261 байту).
Поскольку циклы STM-1 формируются непрерывно и синхронно по отношению ко всей сети, то для обеспечения передачи плезиохронных сигналов используют гибкую укладку виртуальных контейнеров VC-4 в потоке STM-1. Как будет показано ниже начало VC-4 размещается в одном цикле STM-1, остаток в следующем цикле.
Информация о начале виртуального контейнера VC-4, расположении его первого байта содержится в указателе PTR (Pointer). Подробнее указатели рассматриваются ниже.
В цикле STM-1 указатель PTR и Payload вместе называются административным блоком AU-4.
Указатель носит название AU-4 указатель (AU-4 PTR). Для получения полной структуры цикла STM-1 к блоку AU-4 добавляются секционные заголовки (SOH). На рисунке показана взаимосвязь между составляющими цикла STM-1 при размещении контейнера С-4.
В цикле STM-1 может быть передано 3 контейнера сигналов PDH co cкоростью 34 Мбит/с (34 368 кбит\с). Эти контейнеры носят название С-3. Если посмотреть с позиции скорости, то цикл STM-1 может передавать 4 сигнала со скоростью 34 Мбит/с, однако для совместимости с североамериканской системой SONET используется только 3 контейнера С-3.
Контейнер С-3 имеет размер 756 байт (9 строк по 84 байта) или 6048 бит. Период следования контейнера С-3 - 125 мкс. Для передачи сигнала PDH со скоростью 34 Мбит/с требуется емкость контейнера всего 4296 бит (34 368 кбит/с : 8 кГц). Контейнер С-3 также предназначается для размещения сигнала DS-3 североамериканской иерархии (44 Мбит/с). Для этого в контейнере С-3 задействуется только 5593 бита (44 736 кбит/с : 8 кГц).
Свободные биты, оставшиеся после размещения полезной нагрузки, используются так же как в контейнере С-4. Только для точного выравнивания используется двухсторонний стаффинг (добавление и вычитание бит).
К каждому контейнеру С-3 добавляется заголовок РОН и в результате получается виртуальный контейнер VC-3, имеющий размер 765 байт (9 строк по 85 байт).
Существует два способа размещения контейнера VC-3 в цикле STM-1. При первом способе каждому виртуальному контейнеру VC-3 в цикле STM-1, точнее в его указателе PTR, соответствует отдельный 3-х байтный указатель. Совокупность контейнера VC-3 и 3-х байтного указателя образует административный блок АU-3. Указатель называется указатель АU-3 (АU-3 PTR) и показывает начало соответствующего VC-3 в цикле STM-1. В стандартах ETSI, описывающих SDH, этот способ не рекомендуется для применения.
Второй способ основан на преобразовании трех блоков VC-3 в один блок VC-4. Для этого к виртуальному контейнеру VC-3 добавляется 3-х байтный указатель, получается трибутарный блок TU-3. При добавлении к нему 6 фиксированных выравнивающих байтов получается группа трибутарного блока TUG-3.
Для передачи по сети SDH, три полученных блока TUG-3 по-байтно мультиплексируются в виртуальный контейнер VC-4. На рисунке показан этот процесс.
Заметим, что для согласования размеров контейнеров (и, следовательно, для согласования скоростей) в контейнере VC-4 после РОН размещаются две колонки фиксированных байтов выравнивания. На рисунке приводится взаимосвязь между составляющими цикла STM-1 при размещении контейнеров С-3, согласно рекомендациям ETSI.
В цикле STM-1 может быть передано 63 контейнера сигналов PDH co скоростью 2 Мбит/с (2 048 кбит\с). Контейнер для передачи этого сигнала называется С-12. Период следования этого контейнера равен 125 мкс.
Емкость контейнера 34 байта (8 строк по 4 байта плюс 1 строка в 2 байта) или 272 бита. Для передачи сигнала PDH 2 Мбит/с требуется 256 бит (2 048 кбит/с : 8 кГц).
Свободные биты, оставшиеся после размещения полезной нагрузки, используются так же как в контейнерах С-4 и С-3, применяется двухсторонний стаффинг для точного выравнивания.
Виртуальный контейнер VC-12 образуется добавлением РОН размером в 1 байт в начало контейнера. При этом в 9 строке контейнера становится 3 байта, т.е. вся информация сдвигается назад на 1 байт.
Виртуальные контейнеры VC-12 передаются в составе сверхцикла (или мультифрейма), имеющего период в 500 мкс. Отметим, что сверхцикл передается за несколько циклов STM-1. Байты РОН каждого контейнера VC-12 одного сверхцикла составляют суммарный заголовок РОН. На рисунке показан составляющие сверхцикла. Значение байтов РОН (V5, J2, Z6 и Z7) будет пояснено при описании заголовка.
Трибутарный блок TU-12 образуется за счет добавления байта указателя к контейнеру VC-12. Размер TU-12 равен 36 байт (9 строк по 4 байта). Из сверхцикла контейнеров VC-12 образуется сверхцикл TU-12 путем добавления четырех байт указателя (TU-12 PTR). Значение имеют только первые три байта указателя, четвертый в настоящее время не имеет определенных функций. Подробнее данные указатели будут описаны ниже.
Три блока TU-12 путем по-байтного мультиплексирования образуют группу TUG-2 размером 108 байт (9 строк по 12 байт). Семь групп TUG-2 таким же образом объединяются в группу TUG-3 (рис. 5.13), при этом добавляется одина колонка фиксированных байтов выравнивания.
В полученной группе TUG-3 три байта, соответствующие указателю TU-3 PTR, называются NPI (Null Pointer Indicator) - индикатор “пустого” (не имеющего значения) указателя.
Из блоков TUG-3 формируется цикл STM-1 рассмотренным выше образом.
Виды ЦТС
2. Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии.
Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение по- токов передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы пере- дачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступе- ни в целое число раз. Цифровая система передачи, соответствующая первой ступени иерархии, 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. В рекомендациях ITU-T представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 Кбит/с, называемый основным цифровым каналом (ОЦК). Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется рассмотренный ранее принцип временного разделения каналов. Появившаяся исторически первой плезиохронная цифровая иерархия имеет европейскую, североамериканскую и японскую разновидности.
| Уровень иерархии | Европа | Северная Америка | Япония | |||
| Скорость Мбит\с | Коэф. мультиплекс | Скорость Мбит\с | Коэф. мультиплекс | Скорость Мбит\с | Коэф. мультиплекс | |
| 0 | 0,064 | - | 0,064 | - | 0,064 | - |
| 1 | 1,544 | 30 | 1,544 | 24 | 1,544 | 24 |
| 2 | 8,448 | 4 | 6,312 | 4 | 6,312 | 4 |
| 3 | 34,368 | 4 | 44,736 | 7 | 32,064 | 5 |
| 4 | 139,264 | 4 | - | - | 97,728 | 3 |
Для цифровых потоков ПЦИ применяют соответствующие обозначения. Для североамериканской и японской ПЦИ применяется обозначение T (иногда DS), для европейской ПЦИ – Е. Цифровые потоки первого уровня обозначают- ся соответственно Т1 и E1, второго – Т2 и Е2 и т.д. В рекомендации ITU-T G.703 от 2001 г. была введена следующая система обозначений потоков ПЦИ:
| Скорость Мбит\с | Поток | |
| 0,064 | Е0 | |
| 1,544 | Е11 | |
| 2,048 | Е12 | |
| 6,312 | Е21 | |
| 8,448 | Е22 | |
| 32,064 | - | |
| 34,368 | Е31 | |
| 44,736 | Е32 | |
| 139,264 | Е4 | |
К использованию на сетях связи РФ принята европейская ПЦИ. Далее будут рассмотрены основные принципы европейской ПЦИ. Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, но образуемых ЦСП, расположен-ными на различных станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности частот задающих генераторов. Именно поэтому рассматриваемая иерархия ЦСП называется плезиохронной. Наличие нестабильности задающих генераторов требует принятия специальных мер при объединении потоков в поток более высокой ступени иерархии, что заметно усложняет эксплуатацию первичной сети связи в целом и снижает ее качественные показатели. Принцип объединения и разделения цифровых потоков ПЦИ показан на рис. 2.8. Очевидно, что оконечные станции должны иметь только половину показанного оборудования. При выделении низкоскоростного потока (например со скоростью 2 Мбит/с, как показано на рис. 2.8) на промежуточной станции последняя должна иметь все оборудование. ОЛТ 140 140 34 34 8 8 2 34 Мбит/с 8 Мбит/с 2 Мбит/с 8 34 2 8 ОЛТ 140 34 140 ОЛТ – оборудование линейного тракта выделение/вставка 2 Мбит/с Рис. 2.8. Схема объединения цифровых потоков ПЦИ На сети связи РФ эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго – ИКМ-120 и т.д.
Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и деко- дирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры. Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На пере- дающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вво-дится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПрСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками, в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например 0011011 в ЦСП ИКМ-30). К системе цикловой синхронизации предъявляются следующие требования: • время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным; • приемник синхросигнала должен обладать высокой помехоустойчивостью, т.е. иметь защиту от установления ложного синхронизма и от ложного выхода из синхронизма; • число символов синхросигнала и частота повторения должны быть минимально возможными. Эти требования носят противоречивый характер, поэтому приходится принимать компромиссные решения. Время восстановления синхронизма должно быть минимальным (обычно не более нескольких миллисекунд), т.к. помимо того, что сбой синхронизма приводит к потере связи, т.е. к ухудшению качества передачи, возможны нарушения работы служебных каналов, что может, например, привести к разъединению абонентов. Сокращение времени восстановления синхронизма, в частности, может быть достигнуто за счет увеличения числа символов синхросигнала и частоты его повторения, но это неизбежно приведет либо к сокращению ин- формационной части цикла передачи, либо к увеличению скорости передачи цифрового группового сигнала. Чаще всего используется многоразрядный синхросигнал, все символы которого передаются в виде единой синхрогруппы (сосредоточенный синхросигнал). Кодовая группа синхросигнала должна отличаться от других кодовых групп цифрового потока. Наиболее удачные кодовые группы для синхросигнала удаётся получить на основе понятия критических точек. Критическая точка – это точки повторяемости одинаковых чередований логического «0» и «1». На- пример, если кодовая группа имеет d символов, то:
• группа 0111 14243...1011...1 d имеет одну критическую точку – это последняя «1» перед новым «0»;
• группа 123 d 111...1 имеет d критических точек;
• группа 0101…01 имеет d/2 критических точек;
• группа 0011011 имеет одну критическую точку.
Если во всём цикле примерно <500 тактовых интервалов (позиций), то выгоднее применять коды СС с малым количеством критических точек. При большом количестве позиций в цикле выгоднее использовать кодовую группу синхросигнала с большим числом критических точек (вплоть до d штук). При этом поиск синхросигнала ведётся от цикла к циклу, поэтому при потере синхросигнала их ищут в течение нескольких циклов (от 1 до 100 в зависимости от кода синхросигнала и количества позиций в цикле). За это время может неправильно считываться информация.
Когда речь идет о помехоустойчивости приемника синхросигнала, имеется в виду защита как от установления ложного синхронизма, так и от ложного выхода из состояния синхронизма. Это обеспечивает наибольшее среднее время между сбоями синхронизации и может быть достигнуто за счет принятия того или иного решения после анализа ситуации в течение некоторого периода времени, и, следовательно, приведет к возрастанию времени восстановления синхронизма. Рассмотрим принципы работы ПСС со скользящим поиском, который выполняет следующие основные функции: установление синхронизма после включения системы в работу; контроль за синхронным состоянием системы в процессе работы; обнаружение сбоя синхронизма; восстановление состояния синхронизма после каждого сбоя.
Опознаватель содержит регистр сдвига, число разрядов в котором совпадает с числом символов в синхросигнале, и схему совпадения, сравнивающую биты синхросигнала СС с выходными данными регистра. Как только в регистре сдвига, на вход которого поступает групповой цифровой сигнал, оказывается записанной кодовая комбинация, совпадающая по структуре с принятой структурой синхросигнала, на выходе опознавателя появляется импульс (метка СС). Анализатор с помощью контрольного сигнала (временная позиция СС ГО), поступающего от ГОпр, проверяет соответствие момента появления им- пульса на выходе опознавателя ожидаемому моменту появления синхросигна- ла, т.е. осуществляется проверка по периоду следования и времени появления синхросигнала. Появление импульса на выходе схемы запрета означает отсутствие синхросигнала (сигнала с выхода схемы совпадения) в момент поступления контрольного импульса от ГОпр, а появление импульса на выходе схемы И1 означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного сигнала от ГОпр. Решающее устройство оценивает выходные сигналы анализатора по определенному критерию, принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма и управляет работой ГОпр в процессе вхождения в синхронизм. Решающее устройство содержит накопитель по выходу из синхронизма и накопитель по входу в синхронизм, представляющие собой двоичные счетчики со сбросом (счетчик по входу в синхронизм n1 и счетчик выхода из синхронизма n2). Накопитель по входу в синхронизм, вход которого соединен с выходом схемы И1, обеспечивает защиту ПрСС от ложного вхождения в синхронизм в режиме поиска синхросигнала, когда на вход опознавателя поступают случайные комбинации цифрового группового сигнала, совпадающие по структуре с синхросигналом. Обычно емкость накопителя по входу в синхронизм n1 составляет 2–3 разряда. Накопитель по выходу из синхронизма, вход которого соединен с выходом схемы запрета анализатора, обеспечивает защиту от ложного выхода из со- стояния синхронизма, когда из-за ошибок в линейном тракте или по другим причинам происходит кратковременное изменение структуры синхросигнала. Обычно емкость накопителя по выходу из синхронизма n2 составляет 4–6 раз- рядов. Рассмотрим работу приемника синхросигнала. Если система находится в режиме синхронизма, то накопитель по входу в синхронизм будет заполнен, поскольку на выходе схемы И1 регулярно появляются импульсы, подтвер- ждающие совпадение моментов поступления импульсов с выхода опознавателя и контрольных импульсов от ГОпр. Накопитель по выходу из синхронизма опустошается. Импульсы на выходе опознавателя, соответствующие случайным комбинациям со структурой, аналогичной структуре синхросигнала, не влияют на работу ПрСС, т.к. не совпадают по времени с контрольными им- пульсами от ГОпр. Если, например, в результате ошибок в одном из циклов будет искажен синхросигнал, на выходе опознавателя в нужный момент импульс не появится, в результате чего с выхода схемы запрета в накопитель по выходу из синхронизма поступит импульс. Однако схема остается в прежнем состоянии, поддер- живая ранее установленное состояние синхронизма. Только в том случае, если будут искажены n2 синхросигналов подряд, т.е. когда полностью заполнится накопитель по выходу из синхронизма, будет принято решение о выходе системы из состояния синхронизма. При этом если накопитель по входу в синхронизм будет заполнен раньше накопителя по выходу из синхронизма, то последний будет сбрасываться в исходное нулевое положение. Таким образом, обеспечивается защита от ложного выхода из синхронизма при кратковременных искажениях синхросигнала. При длительном нарушении синхронизма накопитель по выходу из синхронизма оказывается заполненным и принимается решение о действительном выходе системы из состояния синхронизма. Начинается поиск нового состояния синхронизма. В этом случае первый же импульс от опознавателя через от-крытый элемент И2 переводит ГОпр и накопитель по входу в синхронизм в исходное нулевое состояние, а накопитель по выходу из синхронизма – в состояние, соответствующее (n2 – 1)-му импульсу, т.е. уменьшает его содержимое на 1. Если в следующем цикле моменты появления импульса на выходе опознавателя и импульса от ГОпр не совпадают (это означает, что синхрогруппа оказалась ложной), то вновь заполняется накопитель по выходу из синхронизма, открывается схема И2 и очередной импульс от опознавателя вновь устанавливает ГОпр и накопители в указанное ранее состояние. Таким образом, обеспечивается защита от ложного установления синхронизма. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на выходе опознавателя не появляется импульс, соответствующий истинному синхросигналу. В этом случае через n1 циклов заполняется накопитель по входу в синхронизм, сбрасывается в нулевое состояние накопитель по входу в синхронизм, сбрасывается в нулевое состояние накопитель по выходу из синхронизма, схема И2 закрывается, т.е. устанавливается новое со- стояние синхронизма. Из анализа работы ПрСС следует, что процесс восстановления синхронизма содержит три последовательно выполняемых этапа: обнаружение выхода из синхронизма, поиск синхросигнала и подтверждение нового состояния син- хронизма. Соответственно, время восстановления синхронизма tв = tн вых + tп + tн вх, где tн вых – время заполнения накопителя по выходу из синхронизма; tп – время поиска синхросигнала; tн вх – время заполнения накопителя по входу в синхронизм. Недостатки рассмотренного способа построения ПрСС заключаются в следующем. Во-первых, поиск синхросигнала начинается только после окончания процесса заполнения накопителя по выходу из синхронизма, т.е. через tн вых, что приводит к увеличению времени восстановления синхронизма tв. Во-вторых, емкости накопителей по входу в синхронизм и выводу из синхронизма (n1 и n2) фиксированы, что не позволяет добиваться оптимальных соотношений между временем восстановления синхронизма и помехоустойчивостью. Если вероятность ошибок в линейном тракте увеличивается (по сравнению с расчетной величиной), то время удержания состояния синхронизма оказывается меньше требуемого. Однако при уменьшении вероятности ошибки возникает запас по времени удержания синхронизма, что свидетельствует о необоснованном увеличении времени восстановления синхронизма. Первый недостаток может быть устранен, если процессы накопления по выходу из синхронизма и поиска синхросигнала осуществлять параллельно. Для этого схему ПрСС, приведенную на рис. 2.12, необходимо дополнить схемой поиска синхросигнала, содержащей собственные анализатор и решающее устройство. Эта схема начинает работать при появлении первого же импульса на входе накопителя по выходу из синхронизма, т.е. не дожидаясь его заполнения, и осуществляет поиск нового состояния синхронизма. Генераторное оборудование будет сохранять предыдущее состояние до тех пор, пока не будет зафиксировано новое состояние синхронизма. Второй недостаток может быть устранен, если емкости накопителей (n1 и n2) сделать величинами переменными, зависящими от вероятности ошибок в линейном тракте. При понижении вероятности ошибок уменьшается емкость накопителя по выходу из синхронизма, а при увеличении вероятности ошибок уменьшается емкость накопителя по входу в синхронизм. Такие приемники синхросигнала называются адаптивными и широко применяются в высокоскоростных отечественных ЦСП. Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла (обычно в Ц0). Работа приемника сверх- циклового синхросигнала практически не отличается от работы приемника циклового синхросигнала. При этом приемник сверхциклового синхросигнала работает в несколько облегченном режиме, т.к. установление сверхциклового синхронизма осуществляется после установления синхронизации по циклам, т.е. когда определены границы циклов. Сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и пр.) Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла. Работа приемника СЦС практически не отличается от работы приёмника циклового синхросигнала. При этом приёмник СЦС работает в несколько облегчённом режиме, т.к. установление сверхциклового синхронизма осуществляется после установления синхронизации по циклам, т.е. когда определены границы циклов. Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.
Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) определена стандартами ITU-T G.702, G.707. Первичным цифровым потоком SDH является синхронный транспортный модуль STM-1 (Synchronous Transport Module). Скорость передачи STM-1 равна 155,52 Мбит/с. Дальнейшее увеличение скорости передачи достигается мультиплексирова-нием с коэффициентом 4. Образуются модули STM-N. В настоя- щее время стандартизированы модули с N=1,4,16,64. Для SDH характерны следующие особенности:
• Синхронность оборудования в сети, что позволило увеличить скорость передачи.
• Возможность функционирования в плезиохронном режиме. Фазовое соотношение регулируется положительным, нулевым или отрицательным побайтным выравниванием.
• Использование в качестве нагрузки существующих потоков PDH обес- печило совместимость со старыми системами передачи.
• Модульность структуры. Более высокие скорости передачи достигаются побайтным мультиплексированием нескольких STM1. Мультиплексирование выполняется таким образом, что структура результирующего модуля STM-N практически идентична структуре STM-1. Скорости передачи SDH в целое число раз выше скорости передачи 155,52 Мбит/с, а именно: STM-4 – 622,08 Мбит/с, STM-16 – 2488,32 Мбит/с, STM-64 – 9953,28 Мбит/с.
• Фазовые соотношения между кадрами и пользовательской информацией фиксируются посредством указателей. Обработка указателей обеспечивает возможность доступа к любому сигналу в высокоскоростном потоке. Принцип действия механизма указателей Два потока а и b объединяются в поток с. В результирующем потоке с положение нагрузки определяется с помощью указателя, в котором находится значение смещения нагрузки относительно синхросигнала.
Преимущества SDH заключаются в следующем:
• Впервые стандартизирована скорость передачи свыше 140 Мбит/с.
• Стандартизирован линейный оптический сигнал, что дает возможность совместимости оборудования различных производителей.
• Модульность структуры. Более высокие скорости передачи достигаются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1. Скорости передачи SDH в целое число раз выше скорости передачи 155,52 Мбит/с.
• Доступ к отдельным каналам в групповом канале возможен с исполь- зованием указателей, что весьма удобно при необходимости частого ввода/вывода отдельных каналов.
• Большое число служебных позиций дает возможность управления се- тью, что особенно важно для применения управления с помощью TMN.
• Возможна передача всех сигналов PDH, определенных рекомендацией G.702 ITU-T.
• Возможна передача широкополосных сигналов, которые могут поя- виться в будущем.
• Возможно прямое преобразование электрических сигналов в оптические без применения сложного линейного кодирования. Производится проверка на четность для обнаружения ошибок на разных уровнях структур SDH.
• Не требуется специальное линейное оборудование. В оборудовании SDH оно объединено с мультиплексорами, что повышает его эффективность. Недостатки SDH по сравнению с PDH заключаются в следующем:
• Более сложная технология из-за необходимости фиксации фазовых со- отношений между нагрузкой и заголовком.
• Реализована возможность транспортирования только трех потоков со скоростью 34 Мбит/с в модуле STM-1, хотя его емкость достаточна для транспортирования четырех таких потоков.
• Побайтное выравнивание может приводить к большему джиттеру, чем побитное.
2.1. Рассчитать число разрядов m в кодовой комбинации цифрового сигнала.
Определение разрядности кодовой комбинации необходимо для обеспече-ния защищенности от шумов квантования и выбора равномерного (линейного) или неравномерного (нелинейного) квантования.
Если во всем диапазоне значений входного сигнала от -U0 до +U0 величина шага квантования дi остается величиной постоянной, то такое квантование называется равномерным; если же величина шага квантования изменяется с изменением значения Uвх сигнала, то такое квантование называется неравномерным.
Защищенность сигнала мощностью Рс от шума квантования мощностью Ркв определяется следующими выражением:
Акв = 
Для повышения защищенности от шумов квантования слабых сигналов и уменьшения избыточной защищенности для сильных сигналов, шаг квантования делают переменным, находящимся в зависимости от величины отсчета АИМ-2, т.е. применяют неравномерное (нелинейное) квантование. При этом защищенность для слабых сигналов увеличивается, а для сильных снижается, оставаясь, однако, достаточно высокой.
Первоначально нелинейное квантование было реализовано для отсчетов аналогового сигнала путем сжатия (компрессии) динамического диапазона сигнала перед равномерным квантованием и последующего его расширения (экспандирования) после декодирования. Компрессор и экспандер, вместе взятые, образуют компандер. А процесс компрессии и экспандирования динамического диапазона сигнала называется компандированием.
Компандирование (от англ. companding — compression + expanding) — это метод уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. Основан на увеличении числа интервалов квантования в области малых значений входного сигнала и уменьшении в области максимальных значений.
Компандирование используется в цифровых системах для сжатия перед преобразованием аналогового в цифровой сигнал и обратного раскодирования сигнала после цифро-аналогового преобразования. Что является аналогом использованию нелинейного ЦАП. Так же используется в цифровых файловых форматах для улучшения соотношения сигнал/шум при низком битрейте.
Использование компандирования позволяет передавать сигналы с большим динамическим диапазоном через среду с меньшим динамическим диапазоном. Компандирование уменьшает шум и другие нежелательные эффекты на приёмнике.
Тогда как компрессия, используемая в аудио-рекордерах, зависит от усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и является примерно линейным процессом (линейный на определённых участках, но не глобально), компандирование является нелинейным. Динамический диапазон сигнала сжимается перед передачей и возвращается в исходное состояние на приёмнике.
Настройка различных узлов систем телефонии на работу друг с другом подразумевает в том числе правильную настройку законов компандирования. Ошибочная настройка, когда один передающий и принимающий узлы настроены на разные законы, может быть обнаружена, например, по существенным искажениям речи. Одним из следствий может быть нерабочая конфигурация, неспособная правильно обработать факсовые сигналы. При поднятии трубки человеку слышны сигналы, напоминающие факсовые, однако установить сеанс работы с факсом не удаётся.[1]
Компрессор представляет собой устройство с нелинейной амплитудной характеристикой Uвых к = f (Uвх к), называемой характеристикой компрессии. В Европе применяется компандирование по А-закону, его амплитудная характеристика описывается следующей формулой.
(1.1)
ЗдесьА - параметр компрессии (сжатия). Первый участок характеристики А-закона компандирования линеен, а участок характеристики от (1/А х 1) может быть достаточно точно аппроксимирован линейными сегментами. Параметр сжатия А связан с числом сегментов Nc соотношением . Если Nc = 8, то А = 87,6 (типовое значение). А-закон нелинейного квантования имеет восемь сегментов для положительного и восемь - для отрицательного отсчета. Формально общее число сегментов равно 16, но четыре центральных сегмента (два положительных в первом квадранте и два отрицательных в третьем квадранте) фактически образуют один сегмент и потому принято считать, что общее число сегментов равно 13. Сегменты аппроксимации по закону А-87,6/13 для положительных значений отсчетов представлены на рис. 1.1.
Рисунок 2.1. Аппроксимация характеристики компандирования А-закона.
Защищенность от шумов квантования для двух полярного сигнала при нелинейном квантовании по А-закону рассчитывается по формуле (2.2).
(2.2)
где m - число элементов в кодовой комбинации (кодовом слове), или ее разрядность;
c среднеквадратическое значение напряжения квантуемого сигнала;
c макс - среднеквадратическое значение максимального по напряжению квантуемого сигнала;
k - пик-фактор сигнала: для речевого сигнала k = 5, для многоканального группового телефонного сигнала k = 4;
А = 87,6 параметр А - закона компандирования.
Сравнивая формулы (2.1) и (2.5) видим, что прирост защищенности при использовании нелинейного квантования по А-закону (для типового значения параметра А = 87,6) по сравнению с равномерным квантованием составляет 24 дБ. С учетом n переприемов по тональной частоте защищенность от шумов квантования снижается и становится равной:
Минимально допустимое количество элементов (разрядов) в кодовой комбинации при использовании нелинейного кодирования по А-закону компандирования для телефонного сигнала при заданной величине защищенности Акв и заданном числе п переприемов равно:
(2.3)
здесь символ ent означает округление до большего целого числа.
Определим разрядность кодовой комбинации речевого сигнала, защищенность от шумов квантования которого по заданию равна Акв = 21 дБ, а число переприемов по тональной частоте равно п = 3. Согласно (2.4) разрядность кодовой комбинации равна
(2.4).
.
Рассчитаем и построим зависимость защищенности от шумов квантования на выходе КТЧ от уровня сигнала. Определим по формуле (2.5) минимальную величину защищенности сигнала от шумов квантования в пункте приема в диапазоне уровней -36 дБ pс 0 дБ (защищенность для динамического диапазона телефонного сигнала Dс = 36 дБ, полагая, что Рmax= 0 дБ и Pmin = -36 дБ)с учетом заданного числа переприемов по тональной частоте и разрядности кодовой комбинации
(2.5)
Максимальная величина защищенности в том же диапазоне будет на 3…4 дБ больше минимальной
Построим график зависимости Акв = (рс). Для чего нанесем на график горизонтальные прямые, соответствующие найденным значениям Акв maxи Акв min (рисунок 1.2). Защищенность при рс min = -36 дБ примерно на2 дБ выше минимальной, т.е.
Значения защищенности от шумов квантования в диапазоне уровней -36 дБ рс 0 дБ лежат между этими прямыми. В диапазоне - рс -36 дБ квантование является равномерным (линейным) и поэтому Акв убывает на 1 дБ при уменьшении уровня сигнала на такую же величину. При Акв min = 24 дБ он составляет Dс = 39 дБ (определяется по графику рис. 1.2).
Рисунок 2.2. График зависимости защищенности от уровня входного сигнала
2.2. Определить шаг квантования по амплитуде.
Квантование - разбиение диапазона значений непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов. Существует также векторное квантование - разбиение пространства возможных значений векторной величины на конечное число областей. Простейшим видом квантования является деление целочисленного значения на натуральное число, называемое коэффициентом квантования.
Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть, разбивает по уровню сигнала (на графике — по вертикали). Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.
Квантование часто используется при обработке сигналов, в том числе при сжатии звука и изображений.
При оцифровке сигнала количество уровней квантования называют также глубиной дискретизации или разрядностью. Глубина дискретизации измеряется в битах и обозначает количество бит в двоичном слове, выражающих амплитуду сигнала. Чем больше глубина дискретизации и чем больше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому. В случае однородного квантования глубину дискретизации называют также динамическим диапазоном и измеряют в децибелах (1 бит ≈ 6 дБ).
Виды квантования.
Однородное (линейное) квантование — разбиение диапазона значений на отрезки равной длины. Его можно представлять как деление исходного значения на постоянную величину (шаг квантования) и взятие целой части от частного.
Квантование по уровню - представление величины отсчётов цифровыми сигналами. Для квантования в двоичном коде диапазон напряжения сигнала от до делится на интервалы. Величина получившегося интервала (шага квантования).
Каждому интервалу присваивается {\displaystyle n}- разрядный двоичный код — номер интервала, записанный двоичным числом. Каждому отсчёту сигнала присваивается код того интервала, в который попадает значение напряжения этого отсчёта. Таким образом, аналоговый сигнал представляется последовательностью двоичных чисел, соответствующих величине сигнала в определённые моменты времени, то есть цифровым сигналом. При этом каждое двоичное число представляется последовательностью импульсов высокого (1) и низкого (0) уровня.
На данный момент, в звуковой технике среднего уровня глубина дискретизации находится в пределах 10-12 бит. Но на слух заметить разницу между 10 и 12 битами не представляется возможным в связи с тем, что человеческое ухо не способно различить такие малые отклонения. Еще одной причиной бесполезности служит Коэффициент нелинейных искажений УМЗЧ и других компонентов звукового тракта, явно превышающий величину шага квантования.
Большее разрешение зачастую носит лишь маркетинговый смысл и фактически на слух не заметно.
Квантование по амплитуде – это процесс замены реальных значений амплитуды сигнала, приближенными значениями.
Значение амплитуды (напряжение в вольтах) округляется до ближайшего кванта, по порядку записанного в двоичной системе.
Рис. 2.2.1. Шум квантования.
Цифровой диапазон квантователя (АЦП) = расстояние, количество дБ от 0 дБ (старший квант) вниз до шума квантования.
Клиппинг –перегрузка сигнала на входе квантователя, динамический диапазон входного сигнала больше цифрового диапазона АЦП. Выражается в аудиопомехах, искажениях даже при малой степени клипирования.
Шум квантования – разница между входным аналоговым сигналом и преобразованным цифровым выходом. Чем выше разрядность тем меньше уровень шума квантования = шире цифровой диапазон: А (уровень шума квантования)= N (количество бит) умноженное на 6дБ.
1 бит = 2 кванта = -6дБ
8 бит = 256 квантов = -48 дБ
16 бит = 65536 квантов = -96 дБ (на практике на более -70 дБ, на низких уровнях шум прослушивается)
20 бит = 16455676 квантов = -120дБ
Обратная зависимость частоты дискретизации от уровня квантования: 16 бит – 44.1 кГц = 15 бит – 44.1кГЦ умножить на 4.
Малый уровень входного сигнала = ни все уровни квантователя используются = результат сравним с пониженной разрядностью. Входной сигнал по уровню должен максимально использовать цифровой диапазон АЦП = применение компрессии до АЦП.
Дизеринг – маскировка шума квантования.
Шум квантования – «белый шум» (с ровной АЧХ) = корреляция (взаимосвязь) – влияниешума квантование на полезный сигнал (вычитоние ВЧ составляющих полезного сигнала) = мутность.
Дизеринг – добавочный сигнал, маскирующий шум квантования, нарушающий корреляцию шума и полезного сигнала. Формовка шума (noise shaping) – моделирование шума с определенным спектров ( кривые равной громкости). Применение дизеринга должно быть обоснованно.
Транкейт – операция понижения разрядности ( с 32 бит на 16 бит). При неоднократном транкейте (часто происходит при использовании разноразпядных обработок в одном проекте) шум квантования увеличивается и становится явным => построение корректной последовательности, использование дизеринга.
Решение:
У аналогового сигнала на входе ОЦК ЦТС есть определённый диапазон изменения мгновенных значений. При этом устройство квантования входного сигнала рассчитывается на представление каждого интервала изменения напряжения входного сигнала в виде цифровой кодовой комбинации с числом разрядов m. Для определения шага квантования необходимо пересчитать динамический диапазон в интервал напряжений. Затем, определив количество интервалов квантования с помощью числа разрядов из предыдущего задания, надо разделить максимальное напряжение диапазона на количество интервалов квантования.
Решение:
Пересчёт динамического диапазона в интервал напряжений:
(2.2.1)
Количество интервалов квантования:
(2.2.2)
Шаг квантования по амплитуде:
(2.2.3)
Ответ:
2.3. Разработать схему временного спектра ЦТС.
Эта система передачи предназначена для получения лучков соединительных линий между городскими АТС, городскими и пригородными АТС, между АМТС и АТС путем организации 30 каналов ТЧ на парах низкочастотных кабелей с 'бумажной (типа Т) или полиэтиленовой, (типа ТПП) изоляцией с жилами диаметром 0,5; 0,6 и 0,7 мм. Кроме того, ИКМ-30 используется в качестве каналообразующего оборудования для ЦСП более высоких порядков.
Система может быть построена как двух -, так и однокабельн0й. При использовании одного кабеля регенераторы противоположных направлений передачи подключаются к разным парам одного кабеля, а двух кабелей — к парам разных кабелей. Необходимо иметь в виду, что в первом случае осуществляется специальный отбор пар по величине переходного затухания. При двух кабельной системе цифровые линейные тракты могут быть организованы практические на всех парах кабеля, что равноценно увеличению емкости кабелей примерно в 13—14 раз; при однокабельной системе, когда используется только 1/3 емкости кабеля, примерно в 10 раз.
Аппаратура ИКМ-30 может работать совместно с аппаратурой цифрового вещания (АЦВ). При использовании аппаратуры АЦВ в линейном тракте ИКМ-30 может быть организовано четыре канала звукового вещания высшего класса.
Схема организации связи с помощью СП ИКМ-30 показана на рис. 3.1. Аналого-цифровое оборудование (АЦО) предназначено для аналого-цифрового (на передаче) и цифро-аналогового (на приеме) преобразования 30 телефонных сигналов, формирования и распределения группового цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с в соответствии с принятой структурой цикла передачи ввода и вывода дискретной информации, а также для сопряжения с помощью согласующих устройств с оборудованием АТС. Оборудование линейного тракта (ОЛТ) - предназначено для формирования и приема линейного цифрового сигнала, организации дистанционного питания и телеконтроля НРП, а также организации служебной связи.
Рис 3.1. Схема организации связи с помощью СП ИКМ-30
Дистанционное питание осуществляется по схеме «провод — провод» с использованием фантомных цепей, образованных через средние точки симметрирующих трансформаторов в линейных регенераторах. Приемники ДП в линейных регенераторах включены в цепь дистанционного питания последовательно.
Система телеконтроля аппаратуры ИКМ-30 обеспечивает возможность локализации с обслуживаемой станции неисправного регенератора, участка регенерации, на котором произошел обрыв кабеля, а также НРП с пониженным давлением. Номер НРП с пониженным давлением и неисправный регенератор определяются с помощью специально выделенной пары телеконтроля, причем контроль регенераторов осуществляется с перерывом связи. Для определения места обрыва кабеля дополнительные пары не используются.
Служебная связь организуется по специально выделенным парам кабеля и позволяет вести служебные переговоры между обслуживаемыми станциями, между обслуживаемой станцией и НРП, а также между двумя любыми НРП.
В зависимости от типа кабеля и диаметра его жил длина участка регенерации составляет 1,5... 2,7 км, а протяженность пароприёмного участка по ТЧ — 50 ... 86 км. Максимальное расстояние между обслуживаемыми регенерационными пунктами, определяемое возможностями ДП НРП, в зависимости от типа кабеля составляет 25 ... 43 км.
Кроме 30 каналов ТЧ ИКМ-30 позволяет организовать девять каналов передачи дискретной информации со скоростью 8 кБит/с, причем восемь из них взамен одного канала ТЧ, два канала передачи СУВ на каждый канал ТЧ и канал вещания второго класса вместо четырех каналов ТЧ.
Тактовая частота равна 2048 кГц, частота дискретизации при передаче телефонных сигналов и сигналов дискретной информации составляет 8 кГц, при передаче сигналов звукового вещания — 32 кГц и СУВ — 0,5 кГц.
Временной спектр линейного сигнала или цикл передачи ИКМ-30 (рис. 3.3) состоит из последовательно следующих друг за другом сверхциклов, каждый из которых содержит 16 циклов. Циклы, в свою очередь, разделяются на 32 канальных интервала, каждый, из которых содержит восемь разрядов. Длительность цикла равна 125 мкс, что соответствует частоте дискретизации 8 кГц, длительность сверхцикла соответственно равна 2 мс, длительность канального интервала 3,9 мкс, а разряда 0,488 мкс.
Циклы в сверхцикле нумеруются следующим образом; 
. Отсчет циклов в сверхцикле начинается с 
в котором передается сверхцикловой синхросигнал (СЦС) в виде комбинации 0000 в разрядах 
16-го канального интервала (KHi6). Символы остальных разрядов 
в 
имеют вид: 
а 
используется для передачи сигнала о нарушении сверхциклового синхронизма на противоположную станцию.
Организация сверхциклов связана с тем, что передача СУВ для каждого телефонного канала (ТК) осуществляется не в каждом цикле передачи, а один раз в сверхцикле. При этом в каждом цикле в KHie передаются СУВ для двух телефонных каналов, каждому из которых соответствуют два одноразрядных канала СУВ. Они располагаются в КИ16 следующим образом: 
(Р|иР2); 
(Pi иР2),...,СУВ 
(Pi и Р2), 
(Р5и Р6), 
(Р5 и Р6),... СУВ 
(Ps и Р6). Символы 
имеют значение О,а символы Р4 и ps 
Канальные интервалы в каждом цикле нумеруются следующим образом: 
Отсчет КИ в цикле начинается с КИо, содержащего цикловой синхросигнал вида 0011011, передаваемый в Р2... ps четных циклов сверхцикла. Разряд pi в 
всех циклов используется для передачи дискретной информации со скоростью 8 кБит. Символ разряда Р3 в КИ0 нечетных циклов используется для передачи сигнала о нарушении циклового синхронизма на противоположную станцию:. Р2 имеет значение 0, а Р3 используется для передачи сигнала автоматического контроля остаточного затухания канала (по ТК23). Использование символов Р4, Р5,Р7 и Р8 в КИ0 нечетных циклов не регламентируется и на их местах формируется 1.Таким образом, канальные интервалы КИ0 и КИ16 используются для передачи синхросигналов и СУВ, а канальные интервалы КИ1…КИ15 и КИ17… КИ31 — для организации 30 телефонных каналов.
Рассмотрим структурную схему оконечной станции СП ИКМ-30 (рис. 3.2). Телефонные сигналы и СУВ от АТС поступают на согласующие устройства (СУ). Квазиэлектронные согласующие устройства обеспечивают работу аппаратуры ИКМ-30 с оборудованием декадно-шаговых и координатных АТС. Из исходящего СУ в сторону входящего СУ осуществляется передача следующих сигналов управления и взаимодействия: занятие, набор номера, отбой вызывающего абонента и др. В обратном направлении передаются сигналы контроля исходного состояния, ответа абонента, отбой вызываемого абонента и др. Кроме того, согласующие устройства формируют сигналы к приемопередатчикам для организации четырехпроводного транзита. Затем информационные сигналы поступают в приемопередатчик, который обеспечивает двух и четырехпроводное окончание канала ТЧ. В приемопередатчике после ограничения частотного диапазона осуществляется АИ модуляция сигнала, т. е. дискретизация сигнала по времени. Управление работой ключей АИМ модуляторов осуществляется импульсными последовательностями, поступающими от канальных делителей ГО передачи. С выхода всех 30 приемопередатчиков АИМ сигналы, сдвинутые относительно друг друга, объединяются и поступают на вход кодирующего устройства.
В кодере происходит преобразование группового АИМ-сигнала в цифровой. Кодирование осуществляется восьмиразрядным кодом с использованием квазилогарифмического закона Л-87,6/13.
С выхода кодера цифровой сигнал поступает на схему формирования линейного сигнала (ФЛС), где происходит объединение выходного сигнала кодера, импульсных сигналов СУВ, поступающих после преобразования из согласующих устройств, сверхциклового и циклового синхросигналов, а также сигналов дискретной информации (ДИ). Временное объединение указанных сигналов происходит в соответствии со структурой цикла передачи, показанной на рис. 3.3.
С выхода ФЛС групповой ИКМ-сигнал поступает на преобразователь кода (ПК), где осуществляется преобразование симметричного двоичного кода в квазитроичный код с чередованием импульсов (ЧПИ). Далее сигнал посту-пает на вход передающей части станционного регенератора (СР), где форми-руется линейный сигнал с заданными параметрами (амплитуда импульсов ±3 В, длительность — 0,244 икс), а затем через линейный трансформатор поступает в кабель. Через среднюю точку этого трансформатора подается дистанционное питание.
В приемном оборудовании пришедший цифровой сигнал через линейный трансформатор поступает в приемную часть станционного регенератора (СР), где осуществляется восстановление его параметров. Восстановленный ИКМ-сигнал поступает на вход преобразователя кода (ПК) приема, где квазитроичный сигнал преобразуется в двоичный, а также происходит выделение тактовой частоты, которая подается в ГОпр.
С выхода преобразователя кода групповой ИКМ-сигнал поступает на вход декодера и приемника синхросигнала (ПС). В декодере цифровой ИКМ-сигнал преобразуется в групповой АИМ-сигнал, который поступает на входы приемной части приемопередатчиков. В каждом приемопередатчике с по-мощью временного селектора выделяется индивидуальный АИМ-сигнал, из спектра которого фильтр НЧ выделяет разговорный сигнал, который через согласующие устройства поступает к АТС.
Управление работой временных селекторов приемопередатчиков осущест-вляется импульсными последовательностями, поступающими от канального делителя 
В приемнике синхросигнала (ПС) из группового ИКМ-сигнала выделяются цикловой и сверхцикловой синхросигналы, которые управляют запуском делителей 
В ПС также выделяются СУВ, поступающие затем в прием-ную часть согласующих устройств, где они преобразуются в сигналы соответствующего вида и подаются в оборудование АТС.
Генераторное оборудование формирует управляющие импульсные последовательности, с помощью которых обеспечивается необходимый порядок и последовательность работы индивидуальных и групповых устройств аппаратуры.
Структурная схема генераторного оборудования ИКМ-30 показана на рис. 3.4. Устройство тактовой синхронизации (УТС) вырабатывает импульсную последовательность 
=2048 кГц. В 
таким устройством является высокостабильный генератор, а в 
— выделитель тактовой частоты.
Делитель разрядный (ДР) формирует восемь импульсных последовательностей, следующих с частотой следования кодовых групп и соответствующих временному положению отдельных разрядов 
Делитель канальный (ДК) вырабатывает 32 импульсные последовательности с частотой следования циклов. Эти последовательности соответствуют канальным интервалам 
в цикле передачи.
Делитель цикловой (ДЦ) формирует 16 импульсных последовательностей, соответствующих циклам 
в сверхцикле и следующих с частотой сверхцикла.
Для обеспечения синхронизации ГОПр по циклам и сверхциклам осуществляется принудительная установка всех делителей с помощью сигналов «Установка по циклу» и «Установка >по сверхциклу», поступающих от приемника синхросигнала.
На крупных оконечных станциях ИКМ-30 размещается на стойках аналого-цифрового преобразования (САЦО) и оборудования линейного тракта (СОЛТ). На САЦО устанавливается оборудование для четырех 30-канальных комплектов АЦО.
Рис.3.2. Структурная схема оконечной станции СП ИКМ-30.
Рис.3.3. Временной спектр линейного сигнала или цикл передачи ИКМ-30
Рис 3.4. Структурная схема генераторного оборудования ИКМ-30.
На СОЛТ размещается оборудование для организации 30 линейных трактов; оно может также использоваться на обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП).
На небольших оконечных станциях устанавливается стойка оконечного оборудования (СОО), на которой размещается аналого-цифровое и линейное оборудование трех систем передачи ИКМ-30.
Необслуживаемые регенерационные пункты (НРП) предназначены для установки в смотровых колодцах ГТС, подъездах и нишах домов и рассчитаны на размещение до 12 двухсторонних линейных регенераторов.
Следует отметить, что СП ИКМ-30 постоянно совершенствуется. В последних модификациях аппаратуры ИКМ-30 в результате использования нового поколения элементов микроэлектронной техники мощность, потребляемая оконечным оборудованием, уменьшена примерно в 1,5 раза, улучшены частотная и фазовая характеристики каналов, повышена надежность аппаратуры. Кроме того, разработаны блоки линейных переключений и сервисного обслуживания, позволяющие отыскать место неисправностей и обеспечить совместную работу ИКМ-30 и автоматизированной системы обслуживания, создаваемой на ГТС. В новой модификации ИКМ-30-предусматривается возможность установки согласующих устройств отдельно от оконечной станции. Все это позволяет улучшить эксплуатационные характеристики аппаратуры.
Для сельских телефонных сетей была разработана модификация системы передача, получившая название ИКМ-ЗОС. В качестве направляющей среды используются кабели типа КСПП-1Х4Х1,2 или КСПП-1Х4ХО,9. Эта СП строится как однокабельная и позволяет организовать 30 каналов ТЧ, которые используются в качестве либо абонентских, либо соединительных линий между станциями, до трех сигнальных каналов на каждый канал, канал вещания второго класса вместо четырех каналов ТЧ, канал ПДИ и общий канал сигнализации со скоростью 64 кбит/с.
При использовании каналов ИКМ-ЗОС в качестве соединительных линий между АТС для согласования этих каналов с оборудованием станций предусмотрена установка комплектов низкочастотных окончаний каналов (КНО), а для организации абонентских линий вместо КНО устанавливаются комплекты прямых абонентов.
Возможны несколько вариантов построения сети с использованием трех СР. Одна система позволяет установить связь центральной станции (ЦС) с семью пунктами путем распределения 30 каналов между ними с помощью СР. На станциях разветвления устанавливается стойка, содержащая оборудование цифрового разветвления (ОРЦ), обеспечивающее организацию каналов между любыми оконечными станциями. На рис.3.5 показаны некоторые возможные варианты организации сети с использованием СР, а на рис. 3.6,а— схема перераспределения каналов, приходящих с четырех направлений О, 1, 2 и 3 (режим «квадрат»). Стрелками показаны связи между различными направлениями, а буквами k, тип обозначено число каналов, организуемых между соответствующими направлениями. Очевидно, должно выполняться условие & + m + n = 30. Оборудование цифрового разветвления может быть включено в режиме «треугольник» (рис. 3.6,6), когда происходит перераспределение 15-канальных групп между различными направлениями. При этом с целью согласования временных спектров предусмотрен сдвиг 16-канальной группы одного направления на половину цикла.
На оконечных станциях обычно устанавливается стойка линейного и каналообразующего оборудования (СОЛК), на которой размещается оборудование для двух систем.
Каждая из станций ОС, ЦС или СР может быть питающей. Расстояние между ними может достигать 90 км (для кабеля с жилами диаметром 0,9 мм) или 110 км (для кабеля с жилами диаметром 1,2 мм). Число НРП в секции не должно превышать 28.
Временной спектр системы ИКМ-ЗОС аналогичен временному спектру ИКМ-30, что обеспечивает возможность их совместной работы.
Рис 3.5. Организация сети с использованием СР.
Рис 3.6. Схема перераспределения каналов (а-режим «Квадрат», б- режим «Треугольник»).
За основу можно взять временной спектр ЦСП ИКМ-30.
Линейный сигнал системы ЦСП ИКМ-30 построен на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов, как это показано на рис. 3.7 (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала).
Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передается один отсчет каждого из 60 сигнальных каналов (СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой синхронизации).
Рис. 3.7. Временной спектр ЦСП ИКМ-30
Длительность СЦ Tсц==2 мс.
Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц0 по Ц15).
Длительность цикла Tц=125 мкс и соответствует интервалу дискретизации сигнала ТЧ с частотой 8 кГц.
Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала длительностью Tки=3,906 мкс.
Из них 30 интервалов отводятся под передачу сигналов ТЧ (КИ1—КИ15, КИ17—КИ32, а два—под передачу служебной информации (КИ0 и КИ16). Каждый канальный интервал состоит из восьми интервалов разрядов(P1—Р8) длительностью по Tр= 488нс. Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом длительностью Tи=244 нс при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля импульс в разрядном интервале отсутствует).
Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего интервалы Р2—Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи дискретной информации (ПДИ). В нечетных циклах интервалы Р3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение(Ост. зат). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты. В интервале КИ16нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (P1-P4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6—Авар. СЦС). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1—Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2—для 2-го и 17-го и т. д. Интервалы Р3, P4, P6 и Р7 свободны, но в ЦСП ИКМ-30С, где для каждого канала ТЧ требуется большее число СК, они используются.
Линейный сигнал – это групповой сигнал, преобразованный из основных групповых спектров к виду, удобному для передачи по среде распространения.
Линейный сигнал аналоговой системы передачи характеризуется линейным спектром, включающим в себя канальные сигналы и вспомогательные сигналы, обеспечивающие эксплуатацию системы передачи (служебная связь, контрольные частоты системы АРУ, сигналы телеконтроля и др.). Среда распространения для проводных многоканальных систем передачи называется направляющей системой, вдоль которой распространяется энергия передаваемого многоканального сигнала. К проводным направляющим системам относятся: симметричные кабельные линии, коаксиальные, воздушные и волоконно-оптические линии связи.
2.4 Разработать укрупнённую структурную схему ЦТС, состоящую из оборудования временного группообразования, оборудования линейного тракта оконечной станции и промежуточных станций линейного тракта.
Рис. 4.1. Структурная схема ЦСП ИКМ-10
Цифровая система передачи ИКМ-10 позволяет организовывать по парам низкочастотных кабелей с бумажной и полиэтиленовой изоляцией 10 каналов тональной частоты (ТЧ). В аппаратуре ИКМ-10 для каждого канала ТЧ организуется по два выделенных сигнальных канала (СК1 и СК2) для передачи сигналов управления и взаимодействия, необходимых для функционирования устройств коммутации сети (сигналов тонального набора номера). В системе предусмотрена возможность организации канала звукового вещания второго класса вместо четырех каналов ТЧ, а также восьми каналов передачи дискретной информации (ПДИ) со скоростью 8 кбит/с вместо одного канала ТЧ. Еще один такой же канал ПДИ организуется непосредственно в групповом тракте аппаратуры ИКМ-10.
На рис. 4.1 приняты следующие обозначения: СУ—согласующие устройства, обеспечивающие подключение входов каналов ТЧ ЦСП к городским АТС; АЦО—аналого-цифровое оборудование, формирующее из аналоговых сигналов ТЧ и сигналов управления и вызова (СУВ) типовой первичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с и преобразующее этот поток на приеме в соответствующие сигналы ТЧ и СУВ; ОЛТ—оборудование линейного тракта, обеспечивающее регенерацию принимаемых цифровых сигналов, ввод в кабель тока дистанционного питания необслуживаемых регенерационных пунктов, телеконтроль линейного тракта, контроль ошибок в линейном сигнале, защиту станционных устройств от опасных напряжений, возникающих в кабеле, и организацию служебной связи (СС); НРП—необслуживаемые регенерационные пункты, восстанавливающие линейные сигналы после прохождения ими соответствующих кабельных участков и располагающиеся в кабельных колодцах; ОРП—обслуживаемый регенерационный пункт, функции которого практически совпадают с ОЛТ оконечных станций.
На передаче в АЦО осуществляется амплитудно-импульсная модуляция аналоговых сигналов ТЧ, после чего они объединяются в групповой АИМ сигнал. Последний кодируется в групповом кодере с нелинейным квантованием (амплитудная характеристика кодера построена по квазилогарифмическому закону А-86,7/13) в восьмиразрядные кодовые комбинации, которые объединяются с сигналами управления и взаимодействия и сервисными сигналами (обеспечивающими работоспособность данной ЦСП) в типовой первичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с. Параметры этого потока в точке TC1, называемой точкой стыка (сетевым стыком), отвечают рекомендациям МСЭ, что позволяет использовать данную ЦСП не только для построения ЦСП следующих ступеней иерархии, но и для совместной работы с другим типовым оборудованием, например оборудованием радиорелейных и волоконно-оптических линейных трактов. К точкам стыка вместо АЦО может подключаться типовая аппаратура цифрового вещания (АЦВ), которая позволяет организовывать или четыре канала звукового вещания (3В) высшего класса, или два стереоканала 3В, или восемь репортерских каналов (вместо 10 каналов ТЧ).
В точке стыка ТС1 принят код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).
Рис. 4.2. Код ЧПИ
|
Код с чередующейся полярностью импульсов (ЧПИ). Этот код получил в настоящее время широкое распространение. Алгоритм перехода от двоичного сигнала к коду ЧПИ (рис.4.2) состоит в том, что символу 0 в обоих случаях соответствует пауза, а символу 1 в коде ЧПИ соответствуют импульсы положительной или отрицательной полярности. Строгое чередование полярности импульсов, позволяет резко уменьшить линейные искажения второго рода и частично ослабить линейные искажения первого рода. На рис. 4.3 изображен код ЧПИ, искаженный за счет линейных искажений второго рода. Видно, что длительные переходные процессы, связанные с искажениями этого типа, взаимно компенсируются и расположение импульсов относительно оси абсцисс не изменяется. На рис. 4.3,в изображен код ЧПИ, подверженный влиянию линейных искажений первого рода. Около паузы, действующей на любых тактовых интервалах, всегда располагаются импульсы разной полярности (например, на рис. 4.3,в пауза имеет место на третьем тактовом интервале). В результате происходит взаимная компенсация фронта и спада этих импульсов, так что в коде ЧПИ паузу легче обнаружить, чем в двоичном сигнале. Работа РУ регенератора кода ЧПИ состоит в сравнении напряжений U1, U2, U3 ,... с двумя пороговыми напряжениями ±UП, после чего вырабатываются импульсы соответствующей полярности или паузы в зависимости от результата сравнения величин Ui с пороговыми значениями.
Важным достоинством кода ЧПИ является чрезвычайная простота обратного перехода к двоичному сигналу, что происходит в ПКпр. Для этого достаточно осуществить двух полупериодное выпрямление сигналов кода ЧПИ.
Поскольку линейный сигнал аппаратуры ИКМ-10 имеет такой же код, оборудование линейного тракта относительно просто, поскольку не содержит преобразователей кодов.
Взяв за основу выполненные ранее задания, можно составить структурную укрупнённую схему ЦСП.
Оборудование временного группообразования (ОВ)или временного мультиплексирования тракта передачи осуществляет формирование вторичного цифрового потока (ВЦП) на основе объединенияпервичных цифровых потоков, далее - формированиетретичного цифрового потока (ТЦП) на основе объединения вторичных цифровых потоков и т.д.
Оборудование линейного тракта оконечной станции(ОЛТ-ОС) осуществляет формирование с помощью преобразователя кода передачи (ПКлер) линейного цифрового сигнала, энергетические параметры которого максимально согласованы с параметрами передачи линии связи: электрического или оптического кабеля, радиорелейной или спутниковой линии передачи. В ОЛТ-ОС осуществляется не только преобразование кода группового ИКМ сигнала на выходеОВ в код линейного цифрового сигнала, но с помощью станционного регенератора передачи (С) импульсам линейного цифрового сигнала придается форма, обеспечивающая их минимальные межсимвольные искажения.
Оборудование линейного тракта оконечной станции(ОЛТ-ОС) тракта приема осуществляет:
1. с помощью станционного регенератора приема (С) полное восстановление-регенерацию линейного цифрового сигнала и преобразование формы его импульсов в прямоугольную;
2. преобразование кода линейного цифрового сигнала с помощью преобразователя кода приема (П) в код группового цифрового ИКМ сигнала.
[1]
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 3861; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!