Цифровые системы передачи

Более совершенным, но и более сложным, является УТС с использованием фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) генераторов тактовой частоты приемного оборудования или УТС. Эти УТС получили большое распространение в ЦСП различного вида и различной иерархии благодаря своим достоинствам и простоте реализации на основе современной элементной базы.

ОБЩИЕ  ПРИНЦИПЫ  ПОСТРОЕНИЯ  СИСТЕМЫ ЦИКЛОВОЙ 

СИНХРОНИЗАЦИЯ

Система цикловой синхронизации (СЦС) предназначена для восстановления и удержания состояния циклового синхронизма между передающей и приемной станциями ЦСП, что обеспечивает правильное распределение группового АИМ сигналов по отдельным каналам, а также синхронную работу передающего и приемного оборудования временного группообразования. Выше было отмечено, что цикловая синхронизация осуществляются с помощью циклового синхросигнала (ЦСС), вводимого в соответствующие цифровые потоки: Е1,…, Е4.

Синхросигнал, определяющий начало каждого цикла, формируется на передающей станции и вместе с информационными сигналами передается по соответствующим трактам ЦСП. Для выделения синхросигнала на приемной станции его необходимо отличить от информационного сигнала.

Первым отличительным признаком синхросигнала является его периодичность и постоянное место в  соответствующем цифровом потоке. Очевидно, что групповой ИКМ поток в силу случайного характера первичных сигналов свойством периодичности не обладает.

Синхросигнал различают по числу символов или разрядов (многоразрядные и одноразрядные), по структуре (характеру чередования импульсов и пробелов) и по распределению  символов в цикле передачи (сосредоточенные и рассредоточенные). В частном случае в качестве синхросигнала может быть использована периодическая последовательность, состоящая из одиночных или чередующихся импульсов («единиц») и пробелов («нулей»).

Установлению состояния синхронизма в ЦСП предшествует режим его поиска. Поиск состояния синхронизма - это процесс контроля импульсных позиций группового ИКМ сигнала с целью обнаружения синхросигнала. По результатам каждого контрольного испытания принимается решение о соответствии или несоответствии символов анализируемого группового ИКМ сигнала синхросигналу, и, следовательно, о необходимости продолжения или прекращения поиска. Состояние циклового синхронизма в ЦСП обычно считается достигнутым при обнаружении кодовых групп синхросигнала определенное число раз подряд, хотя возможны и другие критерии фиксации состояния синхронизма

В течение каждого тактового интервала в регистр сдвига записывается один символ принимаемого сигнала, причем с приходом очередного символа предыдущий продвигается в следующую ячейку регистра.

На первом этапе поступившая в опознаватель кодовая группа оценивается на соответствие синхрогруппе по числу символов и характеру их следования (по структуре). На втором этапе сигналы сравниваются по периоду следования и времени их появления.

Так, например, если в режиме синхронизма число импульсов ошибки, поступивших в РУ за время принятия решения, меньше определенного порогового значения, система остается в синхронизме. Таким образом, РУ обеспечивает защиту системы от сбоев синхронизации при воздействии кратковременных помех.

Если число импульсов ошибки за время принятия решения превышает пороговое значение, то РУ фиксирует сбой синхронизма и обеспечивает переход системы в режим поиска.

Решающее устройство (РУ) содержит накопитель по выходу из синхронизма, накопитель по входу в синхронизм и схему «И2» . Накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма выполнены по схеме счетчика со сбросом. Накопитель по выходу из синхронизма необходим для исключения ложного синхронизма. Обычно этот накопитель (на рис. 4.11 накопитель содержит четыре разряда). Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту приемника синхросигнала от ложного синхронизма в режиме поиска синхрогруппы, когда на вход опознавателя поступают случайные комбинации группового цифрового сигнала, совпадающие с синхросигналом. Обычно накопитель по входу в синхронизм содержит два-три разряда (на рис. 4.11 накопитель содержит три разряда).

Сверхцикловая синхронизация

 

При использовании цифровых систем для организации соединительных линий между автоматическими телефонными станциями по ним, кроме речевой информации, передаются сигналы управления и взаимодействия между приборами АТС (СУВ). К ним относятся сигналы занятия линии, набора номера, отбоя, блокировки приборов АТС и другие. В первичной 30-канальной группе (поток Е1) передача этих сигналов осуществляется в 16-ом канальном интервале. За один цикл передаются сигналы  СУВ двух каналов (см. структуру цифрового потока Е1). Таким образом, для передачи сигналов СУВ всех 30 каналов необходимо передать 16 циклов цифрового потока (сверхцикл). Правильное распределение сигналов СУВ в заданном канальном интервале обеспечивает сверхцикловая синхронизация (СЦС). Сигнал СЦС отличается от других сигналов структурой и частотой повторения. Он передается один раз за 16 циклов, т.е. имеет частоту повторения 500 Гц и постоянную структуру (0000) – передается в первых 4-х разрядах 16-го канального интервала нулевого цикла, а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (6-й разрядный интервал - У – Авария СЦС). Остальные три разрядных интервала свободны (х).  В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1 – Ц15) передаются сигналы управления и взаимодействия (СУВ)  приборами АТС, причем в Ц1 – Ц15 на позициях 1-го и 2-го разрядных интервалов передаются сигналы 1 – 15 каналов тональной частоты, на позициях 5-го и 6-го интервалов передаются сигналы для 17-31 каналов и т.д. Разрядные интервалы 3, 4, 7 и 8 свободны, но они могут быть использованы для организации сервисных каналов различного назначения.

Структурная схема и принцип действия формирователя и приемника сигнала сверхцикловой синхронизации аналогичны соответствующим элементам цикловой синхронизации (с учетом изменения структуры кода). Отличие приемника сверхциклового сигнала состоит в том, что поиск сверхцикловой синхронизации начинается только после установления цикловой синхронизации и после пропадания двух сверхцикловых сигналов подряд (накопитель по выходу из синхронизма имеет 2 разряда).

Тактовая сетевая синхронизация

 

Тактовая синхронизация необходима для установления равенства скоростей обработки сигналов на передающей и приемной станциях, что обеспечивается согласованностью по частоте задающих генераторов всех цифровых устройств на сети. На цифровых сетях большой протяженности может наблюдаться расхождение тактовых частот, что приводит к проскальзываниям. Проскальзывание – это исключение или повторение в цифровом сигнале одного или нескольких бит, происходящее вследствие различия в скоростях записи и считывания буферных устройств, установленных на входе коммутационного оборудования, где запись производится с тактовой частотой приходящего цифрового потока, а считывание - с тактовой частотой коммутационного оборудования. Влияние проскальзываний на качество связи:

• - Телефонная связь – щелчки
• - Факсимильная связь – смазанные строки
• - Модемная связь – разрыв соединения
• - Видеоконференции – замирание кадра
• - Передача данных – вплоть до отказа в обслуживании

Проскальзывания не оказывают заметного влияния на обычные телефонные разговоры, но они существенно влияют на передачу данных в системах с коммутацией каналов. Поэтому после создания сетей передачи данных с коммутацией каналов и интеграцией услуг повысились требования к синхронизации. Чтобы предотвратить проскальзывания, цифровое коммутационное оборудование необходимо синхронизировать, то есть согласовывать временные и частотные шкалы всех устройств синхронизации.

Сетевая синхронизация – это поддержка высоких показателей долговременной точности и стабильности тактовых сигналов в разных точках сети с целью уменьшения числа проскальзываний (сбоев) циклов, возникающих из-за расхождений частот генераторов. На рис. 1 отражены четыре режима работы задающих генераторов в сети тактовой  синхронизации, определенные Рекомендацией МСЭ-Т G/803.

 

 

Рисунок 6.27 – Режимы синхронизации

В синхронных системах синхронизация всех элементов сети осуществляется от одного задающего генератора (первичного эталонного генератора ПЭГ), имеющего очень высокую стабильность частоты (относительная нестабильность не более 1*10-11). От первичного генератора по специальной сети сигнал синхронизации передается к другим задающим генераторам и генераторному оборудованию сетевых элементов. Для этого используется самостоятельная сеть синхронизации, которая существует независимо от сети связи и имеет собственную структуру.

На ЖДТ применяется иерархическая многоуровневая система (рис. 6.28.в). В этом варианте сигналы ПЭГ (первый уровень иерархии) распределяются по синхронизируемым элементам дерева синхронизации до второго уровня иерархии, где они управляют вторичными источниками – ВЗГ, которые через цепочки сетевых элементов (СЭ) управляют локальными источниками синхронизации третьего уровня иерархии. Эта схема называется схемой типа ведущий – ведомый. В качестве синхросети может быть использован тракт SDH, в качестве резерва могут использоваться радиоканалы. В основу положен принцип “ведущий-ведомый” типа от точки к точке или “ведущий-ведомый” типа дерево. По первому принципу синхронизации работают как мультиплексоры потоков Е1, так и цифровые коммутационные станции.

Синхронная сеть “ведущий-ведомый”, построенная по типу дерева, предусматривает наличие основного тактового генератора (первичный эталонный генератор – ПЭГ) высокой стабильности, который обеспечивает работу всех устройств формирования информационных структур и их обратные преобразования.

В качестве ПЭИ могут использоваться цезиевые генераторы или водородные стандарты частоты, а также приемники спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. В России разрешается использование спутниковых синхросигналов только в качестве резервных.

 

 

 

 

 

 

Рис.6.28. Основные варианты построения сетей синхронизации

 

В случае 1 класса присоединения синхросигнал с выхода ПЭГ подается на сеть оператора связи, при этом возможно включение в сети до 60 мультиплексоров SDH (ГСЭ) и 10 ВЗГ.

Тип источника синхронизации имеет некоторую условность:

- QL = 2 – обычно обозначает, что синхросигнал гарантированно поступает от эталонного источника или просто является самым лучшим для данной сети ТСС;

- QL = 4 – синхросигнал может не соответствовать сигналу эталонного источника, но его характеристики приемлемы для синхронизации сети. Сигнал с таким качеством может быть резервным источником синхронизации;

- QL = 8 – сигнал от резервного источника, который может использоваться на сети ограниченное время (на период устранения аварий);

- QL = 11 – источником сигнала синхронизации является генератор сетевого элемента с низким качеством;

- QL = 15 – запрещает использовать этот сигнал для синхронизации.

Качество сигналов синхронизации, формируемых любым источником синхросигнала, определяют с помощью SSM-бит, передаваемых в составе сигнала  STM-N (первый байт девятой строки) в виде четырехзначного кода (табл. 6.8).

 

Таблица 6.8

Характеристики качества источников синхронизации

Тип источника синхронизации	SSM- код	Обозначение качества QL	Дополнительные  указания
ПЭГ (PRC)	0010	QL =2   Наивысшее	Рекомендация G.811
ВЗГ (SSU - 1)	0100	QL = 4  Высокое	Рекомендация G.812 тип 1
МЗГ (SSU-B)	1000	QL = 8  Среднее	Соответствует стандарту ETSI
ГСЭ (SEC)	1011	QL =11  Низкое	Рекомендация G.813
DNU	1111	QL  = 15	Для синхронизации использовать нельзя

 

Так, сигнал, полученный из STM-N, имеет условное обозначение Т1, Т2 – из Е1, Т3 – из внешнего сигнала  синхронизации.

Для предотвращения поступления синхросигнал сформированного ГСЭ, на генераторы более высокого уровня иерархии, вместе с сигналами STM-N в байте S1 заголовка мультиплексной секции  STM-N. передаются SSM-биты, определяющие иерархию генератора.

Линейные коды

 

Линейный цифровой сигнал (ЛЦС), формируемый на основе линейного кода должен отвечать следующим требованиям:

1. Энергетический спектр ЛЦС должен быть сосредоточен в относительно узкой полосе частот, не содержать постоянную составляющую и содержать значительно ослабленные низкочастотные и высокочастотные составляющие. Выполнение этих условий позволит уменьшить межсимвольные искажения, обусловленные ограничением полосы частот линейного спектра, как в области верхних частот, так и в области нижних частот.

2. Структура ЛЦС должна быть такой, чтобы можно было просто и    надежно выделить тактовую частоту в каждом линейном регенераторе и на оконечной станции.

3. Должна быть обеспечена возможность постоянного и достаточно простого контроля  ошибок в линейном тракте без перерыва связи.