Особенности построения цифровых систем передачи

p align="justify">    - по радиорелейным и спутниковым  линиям передачи.

    5. По месту ЦСП в структуре  первичных сетей Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации различают ЦСП:

    -для  местных первичных сетей;                                                                                                                                                                          

    - для внутризоновых первичных  сетей;

    - для магистральных первичных  сетей;

    - для сетей абонентского доступа;

    - для технологических сетей связи,  например, железнодорожного, воздушного  или водного транспорта, управления  нефте- и газопроводами, энергосистемами  и др.;

    - для корпоративных и ведомственных  сетей различного назначения.

    В настоящее время в нашей стране создаётся цифровая первичная сеть (ЦПС), представляющая базовую сеть типовых универсальных цифровых каналов передачи и сетевых трактов, или транспортную сеть, образованную на базе сетевых узлов (СУ), сетевых станций (СС) и соединяющих их линий передачи.

    На  основе ЦПС создаются разнообразные  цифровые вторичные сети (ЦВС). Сетевые узлы и станции представляют собой комплекс оборудования ЦСП различных сетевых технологий, предназначенный для формирования и перераспределения цифровых каналов и трактов и подключения ЦВС.

    6. По числу ОЦК различают:

    - малоканальные ЦСП с числом  каналов N ≤ 30;

    - среднеканальные ЦСП с числом  каналов N ≤ 480;

    - многоканальные ЦСП с числом  каналов N≥1920;

[ 3, стр. 4-7] 
 

                                                 Цифровые иерархии

        Международный союз электросвязи (МСЭ) рекомендует строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу. Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется каналов и тем мощнее цифровой поток или, другими словами, тем выше его скорость. Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM).

      Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

    Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

    Обычно  каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для  использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная  сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

    Современная цифровая первичная сеть может строиться  на основе трех технологий: PDH, SDH и ATM. Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

    Рассмотрим  более подробно историю построения и отличия плезиохронной и  синхронной цифровых иерархий. Схемы ПЦС были разработаны в начале 80х. Всего их было три:

    1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

    2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

    3) принята в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 - E2 - E3 - E4 - E5 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

    Комитетом по стандартизации ITU - T был разработан стандарт, согласно которому:

    - во-первых, были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий;

    - во-вторых, последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

    Указанные иерархии, известные под общим  названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ

    Но PDH обладала рядом недостатков, а  именно:

    - затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;

    - отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

    - многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени; 
Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

    Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в  США ещё одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в  Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования  на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Но из-за неудачно выбранной скорости передачи для STS-1 , было принято решение - отказаться от создания SONET, а создать на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с первого уровня ОС1 этой СЦИ. В результате OC3 SONET/SDH соответствовал STM-1 иерархии SDH.

    Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры  мультиплексирования и демультиплексирования  потоков PDH в системы SDH.

    Основным  отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс  восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии  наиболее распространено использование  потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала  провести пошаговое мультиплексирование  Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование  ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения  канала Е1. Особенности технологии SDH:

    • предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными;

    • предусматривает прямое мультиплексирование  и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода;

    • позволяет объединить системы PDH европейской  и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, MAN, HDTV и т.д.;

    • обеспечивает лучшее управление и самодиагностику  первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

    В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

    Технология ATM отличается от технологий PDH и SDH тем, что охватывает не только уровень  первичной сети, но и технологию вторичных сетей, в частности, сетей  передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями. В отличие от синхронной передачи на выходе мультиплексора ячейки от разных источников не занимают строго фиксированные позиции на временной оси. А появляются по мере их поступления от источников сообщений. Обработка ячеек в коммутаторах АТМ осуществляется аппаратным способом, что обеспечивает в сочетании с используемым АТМ асинхронным методом мультиплексирования как малые задержки сигналов, так и малый их разброс. В свою очередь, это позволяет передавать в сетях с АТМ такие чувствительные к задержке сообщения как голосовые и видео. 
 

                           Импульсно-кодовая модуляция

    По  своей природе многие сигналы (телефонные, факсимильные, телевизионные) не являются цифровыми. Это аналоговые, или непрерывные, сигналы. Замена непрерывного сигнала  последовательностью цифр, называется дискретизацией непрерывного сигнала. Отсчеты непрерывного сигнала следует брать с такой частотой (или через такой интервал времени), чтобы успевать отследить все, даже самые быстрые, изменения сигнала. Иначе при восстановлении этого сигнала по дискретным отсчетам часть информации будет потеряна, и форма восстановленного сигнала будет отличаться от формы исходного. Преобразование отсчетов непрерывного сигнала в двоичный код называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В настоящее время этот способ получения цифровых сигналов из аналоговых наиболее распространен. Системы передачи, использующие данное преобразование сигналов, называются ИКМ системами. В иностранной литературе используется аббревиатура РСМ. Квантование амплитуды по уровням и последующая передача цифрового кода, соответствующего данному уровню, повышает надёжность передачи информации, исключается возможность искажения сигнала при передачи. В случае аналоговой передачи этого добиться невозможно, поскольку в канале всегда присутствует аддитивный шум, а спектр передаваемого сигнала искажается передаточной функцией канала.

    Передача  аналоговых сигналов методом ИКМ:

    1. Первым этапом ИКМ является  дискретизация по времени через  интервалы.

    2. Полученные отсчеты мгновенных  значений квантуются. Квантование представляет собой округление мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным значениям, называют шумом квантования. Погрешность при представлении сигнала , не превышает половины шага квантования.