Структура первичного цифрового потока ИКМ-30 (поток Е1) 3.1. Формирование группового цифрового сигнала Формирование ГЦС (группового цифрового сигнала), позволяет организовывать большое число независимых каналов, использующихся для передачи кодовых групп от определенного числа абонентов. Это является решением наиболее эффективного использования линейных сооружений, так как затраты на линейные сооружения составляют значительную часть капитальных затрат при организации связи. В настоящее время существуют системы передачи позволяющие организовывать по одной цепи от десятков до тысяч каналов передачи. Для того чтобы первичные сигналы от N источников сообщений могли существовать одновременно и занимать одинаковые полосы частот (0.3 ÷ 3.4 кГц), необходимо чтобы после преобразования на передаче (АЦП), сигналы отличались друг от друга , т.е. находились в разных канальных интервалах, например, если использовать системы передачи (СП) с ВРК (временное разделение каналов). В этом случае удается выделить из группового сигнала канальные сигналы. После функции АЦП сигналы от группы источников объединяются и с помощью ВРК передаются по линии связи. Для этого используется аппаратура уплотнения и системы передачи, например с ИКМ (рис. 1). (на схеме условно и - устройства мультиплексирования (объединения) и демультиплексирования (разделения) каналов). а, b, c – циклы передачи рис. 1. Схема группообразования цифрового сигнала. Рассмотрим структуру и параметры СП ИКМ 30/32 (рис. 2). ИКМ 30/32 использует логическое деление ГЦС на сверхциклы. В одном сверхцикле передаются кодовые группы 16-ти циклов передачи. В каждом цикле – 32 канальных интервала с 8-ми разрядными кодовыми словами в каждом канале. Из 32 каналов – 30 речевых и 2 служебных (0-й и 16-й). Таким образом ИКМ 30/32 используется для группообразования 30-ти речевых канальных интервалов (с 1 по 15, с 17 по 31) в одном цикле передачи совместно с каналом синхронизации (0-й) и каналом сигнализации (16-й) (рис. 2). При этом частота дискретизации кГц, тактовая частота кГц Рис. 2. Структура тракта ИКМ 30/32 Формирование цифрового сигнала на передающей стороне и его распознавание на приемной происходит под управлением генератора тактовых импульсов (ГТИ), формирующего тактовые импульсы (использующиеся при дискретизации, например), необходимых для осуществления функций АЦП и ЦАП. Для того, чтобы при передаче и приеме сигнала не возникали ошибки необходимо, чтобы генераторное оборудование приемо-передающих станций работало синхронно, т.е. в такт. Кроме того, при передаче сигнала на большие расстояния также необходимо выполнять синхронизацию приемо-передающих потоков с генераторным оборудованием приемной станции. Для этих целей используются схемы синхронизации. Успехи в развитии интегральной микросхемной техники позволили объединить в корпусе одной небольшой микросхемы электронный ключ и кодер. Такая микросхема преобразует непрерывную аналоговую электрическую величину в двоичный цифровой код и называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Микросхемы АЦП выпускаются с 8-, 10- и 12- разрядными двоичными кодами. На рис. 3. представлен пример реализации ИКМ в абонентском интерфейсе. Рис. 3. Пример реализации ИКМ в абонентском интерфейсе В настоящее время на цифровых сетях широко используются СП ИКМ различных порядков. На основе СП ИКМ-30 можно, например, из четырех потоков 2048 кбит/с (2-х Мбит/с) получить второй уровень ЦСП со скоростью 8 Мбит/с. 3.2. Синхронизация по тактовой частоте Для синхронизации работы оборудования приема - передачи используют тактовую синхронизацию или синхронизацию по тактовой частоте. Для выделения тактовой частоты из приемного цифрового потока (ГЦС) можно использовать следующую цепочку преобразования сигнала (рис. 4). Рис. 4. Выделение тактовых импульсов из приемного ГЦС. Входящий цифровой сигнал поступает в приемник и одновременно на схему анализатора тактовой частоты. Для выделения тактовой частоты из входящего цифрового сигнала используют фильтр (Ф), настроенный на заданную тактовую частоту и с помощью схемы усиления (У) и ограничения (О) добиваются формирования тактовых импульсов, на которых и основывается работа ГТИ приемной станции. Таким образом, происходит подстройка работы генераторного оборудования приемной стороны на частоту работы передающей станции. Тем самым выравнивается (синхронизируется) работа приемо-передающего оборудования. Возможны ситуации, когда между приемо-передающими станциями отсутствует исходная (речевая) информация (например, глубокой ночью) либо в самом ГЦС присутствует достаточно большое количество нулей. Это приводит к тому, что информационный поток «не насыщен» единичными импульсами, а именно они несут тактовую частоту. Для исключения таки случаев используют методы вынужденного насыщения ГЦС единичными импульсами, если они на протяжении определенного времени отсутствуют в самом сигнале. Для этого применяются специальные линейные коды, например код HDB-3. 3.3. Цикловая синхронизация Выполнив процедуру восстановления исходного цифрового сигнала по тактовой частоте необходимо правильно распознать кодовые группы каждого канального интервала. Для этих целей используется синхронизация по циклам. Для обозначения начала следования цикла используется специальная служебная кодовая комбинация, которая известна оборудованию приемной станции – цикловой синхросигнал (ЦСС) Для этого ЦСС помещают в позицию нулевого канала всех четных циклов в сверхцикле (рис. 6). Рис. 6. Назначение разрядов нулевых каналов. Приемник «выискивает» служебную комбинацию (х0011011) циклового синхросигнала из ГЦС и тем самым определяет позицию нулевого канала. Для исключения имитации ЦСС перед запуском оборудования (начальная работа) выполняют принудительную начальную синхронизацию, после которой приемник уже настроен на частоту следования цикла. Задержки же могут привести к тому, что этот ЦСС сдвинется на несколько разрядов, не более того. Схема приема ЦСС настроена таким образом, что возможно выполнение поиска ЦСС путем сдвига разрядов кодовых групп. Тем самым, после определения позиции нулевого канала, оборудование приема точно «знает» позиции всех остальных каналов в цикле. Для осуществления контроля наличия циклового синхросигнала используются нулевые каналы нечетных циклов (рис. 4.6), а именно разряд . В разряде всегда передается логическая единица, - используется для контроля уровеня остаточного затухания линии передачи 3.4. Сверхцикловая синхронизация Восстановив структуру цикла после выполнения цикловой синхронизации, необходимо перейти к процедуре сверхцикловой синхронизации (СЦС). Сверхцикловая синхронизация необходима для правильного распределения сигналов управления и взаимодействия (СУВ) соответствующих речевых каналов. Для этого используется сверхцикловой синхросигнал (СЦСС) в разрядах в 16 канале нулевого цикла в сверхцикле вида 0000. 16 канальный интервал, 0 цикл 0 0 0 0 x y x x Где y – аварийный сигнал наличия СЦСС. По сверхцикловому синхросигналу приемник определяет позицию нулевого цикла в структуре сверхцикла, т.е. определяет начало сверхцикла. После чего происходит распознавание позиций 16 канальных интервалов всех циклов (с 1 по 15), в которых находятся СУВ всех 30 речевых каналов. – для выполнения сигнализации по выделенным сигнальным каналам (ВСК) (рассмотрим позже). Где - разряды СУВ для всех 30 речевых каналов (i меняется с 1 по 15, с 17 по 31 соответственно для каждого цикла передачи). 3.5. Режимы синхронизации сети На цифровых сетях связи с использованием цифровых СП необходимо поддерживать синхронизацию между отдельными узлами коммутации. Эта синхронизация получила название сетевой синхронизации. Существуют два основных режима синхронизации сети - асинхронный (плезиохронный) и синхронный. В асинхронном режиме каждая станция имеет свой независимый высокостабильный тактовый генератор (ТГ). В этом режиме отказ любого узла сети не влияет на синхронизацию других узлов, но невозможно исключать проскальзывания и поэтому предъявляются повышенные требования к стабильности всех тактовых генераторов без исключения, не позволяется применять менее стабильные, но дешевые кварцевые генераторы. Используются цезиевые и рубидиевые генераторы со стабильностью работы . В синхронном режиме возможна принудительная и взаимная синхронизация тактовых генераторов. В первом случае главная (ведущая) станция синхронизирует подчиненные по принципу «ведущий-ведомый» (master-slave), тогда тактовые частоты остаются одинаковыми, а разность фаз постоянной. Часто предусматривается иерархическая система синхронизации с несколькими уровнями иерархии. Главный тактовый генератор первого уровня синхронизирует ведомые тактовые генераторы второго уровня, а те в свою очередь - тактовые генераторы третьего уровня и т.д. (используется как правило, не больше 6 уровней). При выходе из строя определенного генератора подчиненные ему тактовые генераторы переходят в плезиохронный режим работы и берут на себя синхронизацию тактовых генераторов низших уровней. Таким образом, при наличии только одного главного генератора требования к стабильности тактового генератора низших уровней остаются высокими. При взаимной синхронизации тактовых генераторов каждая станция синхронизируется по усредненной величине тактовых частот всех своих трактов приема («демократическая» синхронизация). Возможна и иерархическая система взаимной синхронизации, в которой более стабильные тактовые генераторы имеют большее влияние - тогда каждая станция синхронизируется по средневзвешенной частоте трактов приема.
TATU-TITU-TUIT
:✬ F A R R U X ✬ ︻┳ั芫ี┳═─┵ •••💥
Лекция 3.
Структура первичного цифрового потока
ИКМ-30 (поток Е1)
3.1. Формирование группового цифрового сигнала
Формирование ГЦС (группового цифрового сигнала), позволяет организовывать большое число независимых каналов, использующихся для передачи кодовых групп от определенного числа абонентов. Это является решением наиболее эффективного использования линейных сооружений, так как затраты на линейные сооружения составляют значительную часть капитальных затрат при организации связи.
В настоящее время существуют системы передачи позволяющие организовывать по одной цепи от десятков до тысяч каналов передачи.
Для того чтобы первичные сигналы от N источников сообщений могли существовать одновременно и занимать одинаковые полосы частот (0.3 ÷ 3.4 кГц), необходимо чтобы после преобразования на передаче (АЦП), сигналы отличались друг от друга , т.е. находились в разных канальных интервалах, например, если использовать системы передачи (СП) с ВРК (временное разделение каналов).
В этом случае удается выделить из группового сигнала канальные сигналы.
После функции АЦП сигналы от группы источников объединяются и с помощью ВРК передаются по линии связи. Для этого используется аппаратура уплотнения и системы передачи, например с ИКМ (рис. 1).
(на схеме условно и - устройства мультиплексирования (объединения) и демультиплексирования (разделения) каналов).
а, b, c – циклы передачи
рис. 1. Схема группообразования цифрового сигнала.
Рассмотрим структуру и параметры СП ИКМ 30/32 (рис. 2).
ИКМ 30/32 использует логическое деление ГЦС на сверхциклы. В одном сверхцикле передаются кодовые группы 16-ти циклов передачи. В каждом цикле – 32 канальных интервала с 8-ми разрядными кодовыми словами в каждом канале. Из 32 каналов – 30 речевых и 2 служебных (0-й и 16-й). Таким образом ИКМ 30/32 используется для группообразования 30-ти речевых канальных интервалов (с 1 по 15, с 17 по 31) в одном цикле передачи совместно с каналом синхронизации (0-й) и каналом сигнализации (16-й) (рис. 2). При этом частота дискретизации кГц, тактовая частота кГц
Рис. 2. Структура тракта ИКМ 30/32
Формирование цифрового сигнала на передающей стороне и его распознавание на приемной происходит под управлением генератора тактовых импульсов (ГТИ), формирующего тактовые импульсы (использующиеся при дискретизации, например), необходимых для осуществления функций АЦП и ЦАП. Для того, чтобы при передаче и приеме сигнала не возникали ошибки необходимо, чтобы генераторное оборудование приемо-передающих станций работало синхронно, т.е. в такт. Кроме того, при передаче сигнала на большие расстояния также необходимо выполнять синхронизацию приемо-передающих потоков с генераторным оборудованием приемной станции. Для этих целей используются схемы синхронизации.
Успехи в развитии интегральной микросхемной техники позволили объединить в корпусе одной небольшой микросхемы электронный ключ и кодер. Такая микросхема преобразует непрерывную аналоговую электрическую величину в двоичный цифровой код и называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Микросхемы АЦП выпускаются
с 8-, 10- и 12- разрядными двоичными кодами.
На рис. 3. представлен пример реализации ИКМ в абонентском интерфейсе.
Рис. 3. Пример реализации ИКМ в абонентском интерфейсе
В настоящее время на цифровых сетях широко используются СП ИКМ различных порядков. На основе СП ИКМ-30 можно, например, из четырех потоков 2048 кбит/с (2-х Мбит/с) получить второй уровень ЦСП со скоростью 8 Мбит/с.
3.2. Синхронизация по тактовой частоте
Для синхронизации работы оборудования приема - передачи используют тактовую синхронизацию или синхронизацию по тактовой частоте.
Для выделения тактовой частоты из приемного цифрового потока (ГЦС) можно использовать следующую цепочку преобразования сигнала (рис. 4).
Рис. 4. Выделение тактовых импульсов из приемного ГЦС.
Входящий цифровой сигнал поступает в приемник и одновременно на схему анализатора тактовой частоты. Для выделения тактовой частоты из входящего цифрового сигнала используют фильтр (Ф), настроенный на заданную тактовую частоту и с помощью схемы усиления (У) и ограничения (О) добиваются формирования тактовых импульсов, на которых и основывается работа ГТИ приемной станции. Таким образом, происходит подстройка работы генераторного оборудования приемной стороны на частоту работы передающей станции. Тем самым выравнивается (синхронизируется) работа приемо-передающего оборудования.
Возможны ситуации, когда между приемо-передающими станциями отсутствует исходная (речевая) информация (например, глубокой ночью) либо в самом ГЦС присутствует достаточно большое количество нулей. Это приводит к тому, что информационный поток «не насыщен» единичными импульсами, а именно они несут тактовую частоту. Для исключения таки случаев используют методы вынужденного насыщения ГЦС единичными импульсами, если они на протяжении определенного времени отсутствуют в самом сигнале. Для этого применяются специальные линейные коды, например код HDB-3.
3.3. Цикловая синхронизация
Выполнив процедуру восстановления исходного цифрового сигнала по тактовой частоте необходимо правильно распознать кодовые группы каждого канального интервала. Для этих целей используется синхронизация по циклам.
Для обозначения начала следования цикла используется специальная служебная кодовая комбинация, которая известна оборудованию приемной станции – цикловой синхросигнал (ЦСС)
Для этого ЦСС помещают в позицию нулевого канала всех четных циклов в сверхцикле (рис. 6).
Рис. 6. Назначение разрядов нулевых каналов.
Приемник «выискивает» служебную комбинацию (х0011011) циклового синхросигнала из ГЦС и тем самым определяет позицию нулевого канала. Для исключения имитации ЦСС перед запуском оборудования (начальная работа) выполняют принудительную начальную синхронизацию, после которой приемник уже настроен на частоту следования цикла. Задержки же могут привести к тому, что этот ЦСС сдвинется на несколько разрядов, не более того. Схема приема ЦСС настроена таким образом, что возможно выполнение поиска ЦСС путем сдвига разрядов кодовых групп.
Тем самым, после определения позиции нулевого канала, оборудование приема точно «знает» позиции всех остальных каналов в цикле.
Для осуществления контроля наличия циклового синхросигнала используются нулевые каналы нечетных циклов (рис. 4.6), а именно разряд . В разряде всегда передается логическая единица, - используется для контроля уровеня остаточного затухания линии передачи
3.4. Сверхцикловая синхронизация
Восстановив структуру цикла после выполнения цикловой синхронизации, необходимо перейти к процедуре сверхцикловой синхронизации (СЦС). Сверхцикловая синхронизация необходима для правильного распределения сигналов управления и взаимодействия (СУВ) соответствующих речевых каналов. Для этого используется сверхцикловой синхросигнал (СЦСС) в разрядах в 16 канале нулевого цикла в сверхцикле вида 0000.
16 канальный интервал, 0 цикл
0 0 0 0 x y x x
Где y – аварийный сигнал наличия СЦСС.
По сверхцикловому синхросигналу приемник определяет позицию нулевого цикла в структуре сверхцикла, т.е. определяет начало сверхцикла. После чего происходит распознавание позиций 16 канальных интервалов всех циклов (с 1 по 15), в которых находятся СУВ всех 30 речевых каналов. – для выполнения сигнализации по выделенным сигнальным каналам (ВСК) (рассмотрим позже).
Где - разряды СУВ для всех 30 речевых каналов (i меняется с 1 по 15, с 17 по 31 соответственно для каждого цикла передачи).
3.5. Режимы синхронизации сети
На цифровых сетях связи с использованием цифровых СП необходимо поддерживать синхронизацию между отдельными узлами коммутации. Эта синхронизация получила название сетевой синхронизации.
Существуют два основных режима синхронизации сети - асинхронный (плезиохронный) и синхронный.
В асинхронном режиме каждая станция имеет свой независимый высокостабильный тактовый генератор (ТГ). В этом режиме отказ любого узла сети не влияет на синхронизацию других узлов, но невозможно исключать проскальзывания и поэтому предъявляются повышенные требования к стабильности всех тактовых генераторов без исключения, не позволяется применять менее стабильные, но дешевые кварцевые генераторы. Используются цезиевые и рубидиевые генераторы со стабильностью работы .
В синхронном режиме возможна принудительная и взаимная синхронизация тактовых генераторов.
В первом случае главная (ведущая) станция синхронизирует подчиненные по принципу «ведущий-ведомый» (master-slave), тогда тактовые частоты остаются одинаковыми, а разность фаз постоянной. Часто предусматривается иерархическая система синхронизации с несколькими уровнями иерархии. Главный тактовый генератор первого уровня синхронизирует ведомые тактовые генераторы второго уровня, а те в свою очередь - тактовые генераторы третьего уровня и т.д. (используется как правило, не больше 6 уровней).
При выходе из строя определенного генератора подчиненные ему тактовые генераторы переходят в плезиохронный режим работы и берут на себя синхронизацию тактовых генераторов низших уровней. Таким образом, при наличии только одного главного генератора требования к стабильности тактового генератора низших уровней остаются высокими.
При взаимной синхронизации тактовых генераторов каждая станция синхронизируется по усредненной величине тактовых частот всех своих трактов приема («демократическая» синхронизация). Возможна и иерархическая система взаимной синхронизации, в которой более стабильные тактовые генераторы имеют большее влияние - тогда каждая станция синхронизируется по средневзвешенной частоте трактов приема.