Обобщенная структурная схема цифровой системы передачи.

Структурная схема ЦСП. Назначение основных блоков.

В цифровых системах с временным разделением каналов широкое применение нашла импульсно- кодовая модуляция.

Структурная схема оконечного оборудования цифровой системы передачи с временным разделением каналов представлена на рисунке:

В состав оконечной станции аппаратуры ИКМ, предназначенной для передачи аналоговых телефонных сигналов с(t), входит индивидуальное, групповое оборудование и оборудование линейного тракта. Узлы индивидуального оборудования всех N каналов однотипны. Сигнал от абонента c(t) через коммутационные приборы АТС поступает на двухпроводный вход канала и далее через дифференциальную систему (ДС) в тракт передачи. Передающая часть индивидуального оборудования каждого канала содержит усилитель низкой частоты (УНЧ_ПЕР), фильтр нижних частот (ФНЧ_ПЕР) и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ-1). В ФНЧ_ПЕР сигнал ограничивается по спектру (F_МАКС= 3.4 кГц), что необходимо перед дискретизацией сигнала. В модуляторе аналоговый сигнал дискретизируется по времени, в результате чего формируется канальный АИМ сигнал, представляющий собой последовательность канальных АИМ-1 отсчетов Канальный АИМ-1 сигналы всех каналов объединяются в групповой телефонный АИМ сигнал (АИМ_ГР-1). В групповом оборудовании тракта передачи перед кодированием групповой АИМ_ГР-1 сигнал преобразуется в групповой телефонный сигнал( АИМ_ГР-2). В кодирующем устройстве (Кодек_ПЕР) осуществляется последовательное нелинейное кодирование отсчетов группового телефонного АИМ_ГР-2 сигнала, в результате чего на выходе кодера формируется групповой цифровой телефонный сигнал с импульсно-кодовой модуляцией, представляющий собой последовательность восьмиразрядных кодовых комбинаций каналов U_ИКМгр.

В цикле передачи системы помимо информационных символов, формируемых на выходе кодера, необходимо передавать ряд дополнительных сигналов, к которым, относятся: сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС (набор номера, вызов, ответ, отбой, разъединение и другое); сигналы цикловой (ЦС) и сверхцикловой (СЦС) синхронизации; сигналы передачи дискретной информации (ДИ) и состоящие в общем случае из n_слслужебных символов. Суммарный групповой цифровой сигнал ИКМ_ГРформируется в устройстве временного объединения (УВО) путем объединения в цифровом виде восьмиразрядных кодовых комбинаций ТФ каналов, сигналов СУВ, циклового и сверхциклового синхросигналов. Сигналы СУВ от АТС поступают на вход передающей части согласующего устройства (СУВ_ПЕР), где преобразуются в цифровую форму. Для их правильного декодирования и распределения по каналам, в СУВ_ПЕРформируется также и сигнал сверхцикловой синхронизации. Для декодирования и распределения по каналам ТФ сигналов, в состав ИКМ_ГРсигнала при помощи передатчика циклового синхросигнала (Пер СС) вводится цикловой синхросигнал (ЦС).В результате на выходе УВО формируется полный групповой цифровой поток, имеющий циклическую структуру, причем его основные параметры строго регламентированы.

Скорость передачи потока Е1 равна 2048 кбит.\с

Цифровой сигнал на выходе УВО представляет собой униполярный (однополярный) цифровой поток. Однако передача такого сигнала по линии связи затруднена, поэтому униполярный двоичный код в преобразователе кода передачи (ПК_ПЕР) преобразуется в двухполярный линейный сигнал ИКМ_ЛС. С помощью линейного трансформатора (ЛТр) обеспечивается согласование аппаратуры с линией связи и подключение блока дистанционного питания (ДП) линейных регенераторов. Дистанционное питание в приведенном примере осуществляется постоянным током по искусственным цепям (с использованием средних точек ЛТр) по системе "провод – провод".

Работой всех основных узлов в тракте передачи оконечной станции управляет генераторное оборудование (ГО_ПЕР), формирующее все необходимые импульсные последовательности, следующие с различными частотами (например, с частотой дискретизации F_Д, трактовой частотой f_Ти так далее). Управляющие импульсные последовательности формируются путем последовательного деления гармонической частоты f_ЗГ вырабатываемой высокостабильным задающим генератором (ЗГ).

В тракте приема искаженный цифровой линейный сигнал ИКМ_ЛС поступает в станционный регенератор (Р), в котором восстанавливаются основные параметры сигнала (амплитуда, длительность, период следования). На выходе ПК_ПР восстанавливается униполярный двоичный ИКМ_ГР (сигнал, из которого с помощью приемника синхросигнала (ПрСС) выделяются сигналы цикловой сверхцикловой синхронизации, управляющие работой генераторного оборудования приема (ГО_ПР).Из восстановленного ИКМ_ГР сигнала выделяется также тактовая частота f_Т, при помощи выделителя тактовой частоты (ВТЧ). ВТЧ выполняет функции ЗГ на приеме, тем самым обеспечивая полное равенство по времени и частоте управляющих импульсных последовательностей на передаче и приеме, вырабатываемых соответствующим генераторным оборудованием (ГО_ПЕР и ГО_ПР). При помощи приемника СУВ выделяются соответствующие сигналы и распределяются по каналам. Декодирующее устройство (Кодек_ПР) последовательно декодирует кодовые комбинации отдельных ТФ каналов содержащееся в ИКМ_ГР сигнале ,в результате чего на выходе декодера формируется групповой АИМ-2 _ГР сигнал В индивидуальной части оборудования приема с помощью временных селекторов (ВС) из последовательности отсчетов группового сигнала АИМ-2_ГРвыделяются АИМ-2_КАНотсчета соответствующего канала. С помощью ФНЧ_ПР выделяется огибающая последовательности канальных АИМ-2_КАНотсчетов, т.е. восстанавливается исходный аналоговый сигнал c(t) , который усиливается в УНЧ_ПР и через ДС поступает к абоненту.

Принципы синхронизации в ЦСП

Процессы кодирования и декодирования и правильного распределение сигналов по каналам возможны лишь в том случае, когда приходящая из линии импульсная последовательность и формируемые генераторным оборудованием приема управляющие импульсные последовательности будут строго совпадать по частоте и по фазе. То есть генераторное оборудование приема должно работать синхронно с генераторным оборудованием на передаче. Это достигается при помощи специальных устройств синхронизации.

В системах с ИКМ различают тактовую и цикловую синхронизацию. Частным случаем цикловой синхронизации можно считать сверхцикловую синхронизацию.

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скорости обработки сигналов на приемных и передающих оконечных станциях. Тактовая частота выделяется из спектра принимаемого цифрового сигнала при помощи выделителей тактовой частоты (ВТЧ). Это обеспечивает полное совпадение частот импульсных последовательностей на приеме и на передаче.

К устройствам тактовой синхронизации (УТС) предъявляются следующие требования:

Высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала в приемной части оборудования.

Малое время вхождения в синхронизм.

Сохранение синхронизации при кратковременных перерывах связи.

Цикловая синхронизация. Циклом передачи называется совокупность сигналов, передаваемых за период дискретизации (F_Д= F_ц). для правильного декодирования и распределения канальных сигналов необходимо точно определить во времени начало каждого цикла и начала каждой кодовой группы в цикле. Это достигается с помощью цикловой синхронизации для работы, которой в состав каждого цикла вводиться специальный синхросигнал. Цикловой синхросигнал (ЦСС) должен отличаться от информационной кодовой группы.

Отличие синхросигнала

Цикловой синхросигнал имеет постоянную частоту повторения, если вводиться в каждом цикле, то это частота цикла.

Цикловой синхросигнал имеет постоянную структуру. Например для ИКМ-30 он имеет вид: 0011011.

После включения системы передачи проходит какое-то время пока аппаратура передачи и приема не начнет работать синхронно. Этот интервал называется временем вхождения в синхронизм. Под воздействием помехи возможен сбой синхронизации и происходит поиск синхронизации. Допустимое время поиска синхронизма ограничено временем нарушения работы системы СУВ (сигналов управления и взаимодействия), при котором может произойти разъединения абонентов ГТС. Это время не должно превышать нескольких миллисекунд.

Система цикловой синхронизации содержит приемник и передатчик синхросигнала. Передатчик формирует в передающей части кодовую группу определенной структуры, расположенную в начале цикла передачи. В приемнике осуществляется опознавание кодовых групп, структура которых совпадает со структурой синхросигнала, и вырабатывается информация о принадлежности опознанных кодовых групп предаваемому синхросигналу.

Временное группообразование, принципы объединения и разделения цифровых потоков.

Структура первичной сети предопреде­ляет объединение и разделение ,потоков передаваемой информа­ции, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соот­ветствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз. Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной; в этой ДСП 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

В рекомендациях МККТТ представлено несколько типов иерар­хий ЦСП с ИКМ: европейская, североамериканская и японская. К 1990 г. МККТТ разработал рекомендации по единой (всемир­ной) синхронной цифровой иерархии (СЦИ), позволяющей объ­единять цифровые потоки, образованные системами передачи, входящими в любую существующую иерархию.

Параметры цифровых потоков, получаемых на тех или иных ступенях иерархии, должны соответствовать рекомендациям МККТТ. Это позволяет унифицировать оборудование первичной сети и облегчает организацию международных связей.

Скорости цифровых потоков одной и той же ступени иерархии, образуемых ЦСП, расположенными на различных станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах до­пустимой нестабильности задающих генераторов. Это 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. Системы иерархии, где объединяются потоки с неболь­шими расхождениями скоростей, называют плезиохронными (ПЦИ) или PDH.

Принципы объединения и разделения цифровых потоков. При­нятая структура построения ЦСП с временным группообразованием реализуется посредством объединения и разделения тем или иным способом типовых цифровых потоков. Сущность любого спо­соба объединения заключается в том, что информация, содержа­щаяся в поступающих потоках, записывается в запоминающие устройства, а затем поочередно считывается в моменты, отводи­мые ей в объединенном потоке. Различают объединение синфазно-синхронных, синхронных и асинхронных (плезиохронных) потоков.

В первом случае совпадают не только ско­рости объединяемых потоков, но и начала их отсчетов.

Во втором случае скорости потоков совпадают, но их начала отсчетов произвольно смещены друг относительно друга. Это заставляет вводить в объединенный поток специальный синхросигнал, указывающий порядок объединения: после синхросигнала передается информация первого объединяемо­го потока, затем— второго и т. Д.

В наиболее общем случае объ­единения асинхронных (плезиохронных) потоков в объединенный поток помимо синхросигнала, указывающего порядок объединения, вводится служебная информация, обеспечивающая необходимое согласование скоростей объединяемых потоков.

Операции разделения потоков являются обратными операциям объединения: информация объединенного потока записывается в запоминающие устройства, соответствующие исходным потокам, а затем считывается со скоростями, равными скоростям объединяе­мых потоков.

Системы передачи PDH.

Первыми возникли системы PDH, их основой стали системы с временным разделением каналов (ВРК) и ИКМ-кодированием. В силу исторических причин появилось два типа плезиохронной иерархии - североамериканская, используемая в основном в США, Канаде и Японии, и европейская, применяемая в большинстве стран.
Базовой скоростью или нулевым уровнем в обоих типах иерархии (PDH и SDH) является скорость 64 кбит/с, под которой понимается один стандартный телефонных канал.
Следующей ступенькой в плезиохронных иерархиях являются первичные цифровые системы передачи. Рекомендация ITU-T G.732 описывает европейскую системы (ИКМ30), а G.733 - североамериканскую (ИКМ24).
Кадр или цикл системы ИКМ30 имеет продолжительность 125 мкс и состоит из 32 байт, каждый из которых относится к определенному каналу системы.

На рисунке приводится структура цикла. Нулевой канал предназначен для передачи служебных сигналов и сигналов синхронизации. Каналы с 1 по 15 и с 17 по 31 является информационными или телефонными. В каждом цикле передается 32 * 8 = 256 бит, что в итоге дает скорость 2048 кбит/с.
Канал под номером 16 называется каналом сигнализации.

Цикл ИКМ24 так же имеет продолжительность 125 мкс, но состоит из 24 байт и одного дополнительного бита. Каждый байт относится к определенному каналу системы.

На рисунке приводится структура цикла. За один цикл передается 24 * 8 + 1 = 193 бита, что дает скорость 1544 кбит/с.

Благодаря цикловой и сверхцикловой синхронизации поддерживаются требования плезиохронного режима работы в первичных цифровых системах. Для синхронизации ведомых генераторов в европейской иерархии используется тактовая частота 2048 кгц, выделяемая из цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с.

Последующие ступеньки североамериканской и европейской плезиохронных цифровых иерархий базируются на своих первичных цифровых системах. В таблицах представлено соотношение числа каналов и скоростей.

Европейская плезиохронная цифровая иерархия

Североамериканская плезиохронная цифровая иерархия

Главными недостатками плезиохронной цифровой иерархии (PDH) являются невозможность прямого доступа к каналам, без процедур демультиплексирования/мультиплексирования всего линейного сигнала, и практическое отсутствие средств сетевого мониторинга и управления. Потребность в более высоких скоростях работы цифровых систем передачи, повышение требований к качеству привели к созданию систем синхронной цифровой иерархии (SDH).