6.3.3. Европейская плезиохронная цифровая иерархия

Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, но образуемых ЦСП, расположенными 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 европейской ПЦИ показан на Рис. 6.31. Очевидно, что оконечные станции должны иметь только половину показанного оборудования. При выделении низкоскоростного потока (например, со скоростью 2 Мбит/с, как показано на Рис. 6.31) на промежуточной станции, последняя должна иметь все оборудование, показанное на Рис. 6.31.

Рис. 6.31. Схема объединения цифровых потоков европейской 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. В настоящее время разработан и представлен на сети полный спектр аппаратуры, реализующей европейскую ПЦИ.

Принципы синхронизации ЦСП. В плезиохронных ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:

• тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой F_Т;
• цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;
• 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.)

Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.

Система тактовой синхронизации включает в себя (Рис. 6.32) задающий генератор (ЗГ), входящий в состав ГО передающего оборудования оконечной станции (Пер) и вырабатывающий импульсную последовательность тактовой частоты F_Т, и устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), устанавливаемые в том оборудовании, где осуществляется обработка сигнала с частотой F_Т: в линейных регенераторах (ЛР) и приемном оборудовании (Пр) оконечной станции.

Рис. 6.32. Структурная схема тактовой синхронизации

Наиболее распространенным методом выделения тактовой частоты является метод пассивной фильтрации, который состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота. Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность выделения тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывов связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).

Перспективным для высокоскоростных ЦСП, но более сложным, является способ тактовой синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (способ активной фильтрации).

Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), 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). Групповой цифровой сигнал в силу случайного характера информационных сигналов такими свойствами не обладает.

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.

Схемы ПСС (Рис. 6.33) обычно включают в себя блоки обнаружения СС на основе схем совпадения, счетчики обнаружения СС в данной временной позиции, счетчики-накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма.

Рис. 6.33. Структурная схема приемника синхросигнала

Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла. Принцип работы приемника СЦС аналогичен работе ПСС.

Генераторное оборудование ЦСП. Все процессы обработки сигналов в ЦСП строго регламентированы по времени. Последовательность обработки сигнала в оборудовании ЦСП задается генераторным оборудованием.

ГО обеспечивает формирование и распределение всех импульсных последовательностей, управляющих процессами преобразования сигналов в ЦСП. В ГО передающей станции импульсные последовательности получают путем деления тактовой частоты высокостабильного задающего генератора ЗГ.

Обычно предусматриваются следующие режимы работы ГО: внутренней синхронизации, при котором осуществляется работа от высокостабильного автономного ЗГ (с относительной нестабильностью ± 10^-5..10^-6); внешнего запуска, при котором осуществляется работа внешнего ЗГ; внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка частоты ЗГ с помощью ФАПЧ, управляемой внешним сигналом.

Структура ГО приемной станции отличается тем, что тактовая частота подается не от ЗГ, а от ВТЧ, а установка ГО приема по циклу и сверхциклу осуществляется с помощью сигналов, поступающих от приемников синхросигналов.

Рассмотрим структуру кадра передачи ЦСП ИКМ-30 (Рис. 6.34). Данный поток называется первичным цифровым потоком и организуется объединением 30-ти информационных ОЦК.

Рис. 6.34. Структура кадра ЦСП ИКМ-30

Канальные интервалы КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 - под передачу служебной информации. 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 данных (ДИ). В нечетных циклах интервалы P3 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 КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1 - Р4), 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, Р4, Р6 и Р7 свободны.

Принятая структура построения ЦСП ПЦИ 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 трех типов потоков: синфазно-синхронных, синхронных и асинхронных (плезиохронных).

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. Очевидно возможны два случая несоответствия скорости записи объединяемого потока и скорости считывания объединенного потока:

1) Скорость считывания превышает скорость записи. В этом случае применяется так называемый процесс положительного согласования скоростей (ПСС), представляющий собой вставку (стаффинг) дополнительного бита в объединяемый поток.

2) Скорость считывания меньше скорости записи. В этом случае применяется так называемый процесс отрицательного согласования скоростей (ОСС), представляющий собой передачу отстающего информационного бита вместо одного из служебных.

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

В большинстве случаев объединение потоков осуществляется посимвольно (побитно), т.е. считывание информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам: вначале считывается и передается разряд первого потока, затем - второго и т.д., после считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается очередной разряд первого, т.е. цикл повторяется.

Возможно объединение и по группам символов. Например в объединенном потоке можно вначале передать все символы, относящиеся к каналу или циклу передачи первого потока, затем - такую же группу символов второго и т.д. Объединение по группам символов требует увеличения объема памяти оперативных запоминающих устройств пропорционально числу объединяемых групп символов.

Структура кадра вторичной ЦСП ПЦИ (ИКМ-120) (Рис. 6.35) является типичной для всех высших уровней этой иерархии. Цикл передачи имеет длительность 125 мкс и состоит из 1056 позиций. Цикл разделен на 4 субцикла, одинаковых по длительности. Первые восемь бит первого субцикла заняты комбинацией 11100110, представляющий собой цикловой синхросигнал объединенного потока. Первые четыре бита второго субцикла заняты первыми символами команд согласования скоростей (КСС), а следующие четыре - сигналами служебной связи. Вторые и третьи символы КСС занимают первые четыре бита третьего и четвертого субциклов. Биты 5-8 третьего субцикла используются для передачи сигналов данных (два бита), аварийных сигналов и вызова по каналу служебной связи (по одному биту). В битах 5-8 четвертого субцикла передается информация объединяемых потоков при ОСС. При ПСС исключаются биты 9-12 четвертого субцикла.

Рис. 6.35. Структура кадра ЦСП ИКМ-120

Кроме основных ЦСП разработаны системы передачи, не входящие непосредственно в европейскую ПЦИ. К ним относятся:

- Субпервичная система ИКМ-15, преобразующая сигналы 15 телефонных каналов в цифровой поток со скоростью 1024 кбит/с. Цифровые потоки двух систем ИКМ-15 могут быть объединены устройством объединения "Зона-15" в первичный цифровой поток.

- Аналого-цифровое оборудование АЦО-ЧРКВ, которое преобразует сигналы типовой вторичной группы каналов (60-канальной) системы передачи с ЧРК в три первичных цифровых потока.

- Аналого-цифровое оборудование АЦО-ТВ, позволяющее преобразовывать канал телевизионного вещания и два канала звукового сопровождения (или один стерео) в три третичных цифровых потока.

Основные параметры ЦСП плезиохронной цифровой иерархии приведены в Табл. 6.2.

Табл. 6.2