3 Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии
В начале XX в. великий русский ученый В. А. Котельников доказал свою знаменитую теорему о дискретизации, показав принципиальную возможность представления непрерывного сигнала в виде последовательности отсчетов, взятых через определенный промежуток времени, и полного восстановления по этой последовательности исходного сигнала. В 1937 году французский инженер А. Ривс предложил принципы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Импульсные методы модуляции интенсивно развивались в связи с развитием радиолокации начиная с 40-х годов. Таким образом, предпосылки к созданию цифровых систем передачи были созданы еще в первой половине XX века. Тем не менее, вплоть до 60-х (в России – до 70-х) годов все системы передачи были аналоговыми. Опытная 96-канальная система с ИКМ была создана в первые годы после Второй мировой войны. Но цифровое оборудование было исключительно громоздким, поэтому цифровая связь не находила широкого применения вплоть до конца 50-х годов. Настоящее развитие импульсно-кодовые методы передачи получили лишь начиная с 1956 г., после изобретения транзистора (1948 г.) и разработки первого поколения электронных цифровых вычислительных машин. Первая коммерческая цифровая система передачи голоса, использовавшая импульсно-кодовую модуляцию и временное разделение каналов, была создана компанией Bell Systems (США) в Чикаго в 1962 г. Система позволяла организовать 24 телефонных канала и работала по медному кабелю, соединявшему офисы компании. Для организации одного телефонного канала требовался цифровой поток со скоростью 64 кбит/с. С учетом того, что 8 кбит/с требовалось для служебных целей, суммарная скорость цифрового потока составляла 1544 кбит/с. [9, 10] Этот цифровой поток впоследствии был назван каналом DS1, или T1. В США канал со скоростью 1544 кбит/с был принят в качестве первого уровня иерархии цифровых потоков. Это было уже время появления ЭВМ третьего поколения, принесших с собой концепцию каналов ввода-вывода с развитой системой мультиплексоров ввода-вывода, используемых для организации коммерческих сетей пе-
редачи данных. Также получали распространение локальные вычислительные сети для объединения компьютеров. Однако только стремительное развитие микропроцессорной техники (в частности, появление первого микропроцессора фирмы Intel) сделало возможным реальное внедрение цифровых технологий в системы связи. Результатом стало широкое распространение и развитие компьютерных сетей, что дало толчок к созданию сетей передачи голоса и данных с ИКМ. Развитие цифровых телефонных сетей шло в направлении все большего уплотнения каналов. Это достигалось, с одной стороны, за счет мультиплексирования каналов T1 в сигналы с более высокими скоростями. С другой стороны, применение более эффективных, чем традиционная ИКМ, методов кодирования речевых сигналов (например, дельта-модуляции, дифференциальной импульснокодовой модуляции, как неадаптивной, так и адаптивной) позволило уменьшить скорость цифрового потока, требуемую для организации одного телефонного канала и тем самым разместить в одном канале со скоростью 64 кбит/с не один, а несколько телефонных каналов [10]. Развитие схем мультиплексирования привело к созданию трех иерархий цифровых систем передачи – европейской, североамериканской и японской. Европейская иерархия основывается на первичном цифровом потоке E1, имеющем скорость 2048 кбит/с. При объединении четырех потоков E1 формируется поток E2, имеющий скорость 8448 кбит/с. Поток E3 (34368 кбит/с) получается мультиплексированием четырех потоков E2. Аналогично, потоком четвертого уровня (E4) является сигнал со скоростью 139264 кбит/с, а скорость потока E5 составляет 564992 кбит/с. В Северной Америке, как уже отмечалось, в качестве первичного сигнала используется поток со скоростью 1544 кбит/с. Сигналы более высоких уровней североамериканской иерархии имеют скорости 6312, 44736 и 274176 кбит/с. Японский вариант иерархии на первых двух уровнях совпадает с американским стандартом (скорости стандартных потоков составляют 1544, 6312, 32064, 97728 кбит/с) [3]. Объединение цифровых потоков производилось, в основном, побитовым способом. Требования к нестабильности генераторного оборудования были существенно ослаблены по сравнению с аналоговыми системами передачи, что порож-
дало необходимость предусматривать специальные механизмы для согласования скоростей компонентных (объединяемых) и агрегатного (группового) сигналов. Традиционно согласование скоростей подразделялось на положительное, отрицательное и двустороннее и достигалось либо за счет вставки балластных символов (эта процедура называлась стаффингом), либо, наоборот, путем изъятия одного символа из цифрового потока и передачи его по отдельному специально отведенному цифровому каналу. Для управления процессом в цикле группового сигнала также предусматривались биты для команд согласования скоростей [10]. Так как цифровые системы передачи были рассчитаны на синхронизацию от различных задающих генераторов и допускали некоторое расхождение частот, эта технология получила название ПЦИ – плезиохронная, т. е. почти синхронная, цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy). В СССР был принят европейский вариант иерархии. Для сельских сетей связи были разработаны системы передачи ИКМ-15 и ЗОНА-15. На городских сетях применялась система ИКМ-30. Для зоновых и местных сетей была создана аппаратура ИКМ-120. Системы более высокого уровня – ИКМ-480 и ИКМ-1920 нашли свое применение на магистральных и зоновых сетях [3]. Изначально цифровые системы передачи были разработаны для линий связи, в которых средой распространения групповых сигналов являлись либо металлический кабель, либо радиорелейные линии. В этих системах длина регенерационного участка для E1 – E2 не превышала 5 км, а для E4 – 1,5. . . 2 км. Внедрение систем передачи, работающих по оптическому волокну, позволило многократно увеличить длину регенерационного участка. В 80-х годах в Советском Союзе была разработана и производилась аппаратура волоконно-оптических систем передачи «Соната-2», предназначенная для использования на городских сетях в качестве соединительных линий между узлами связи. Эта аппаратура позволяла по одной паре многомодовых оптических волокон передавать 120 телефонных каналов со скоростью 8448 кбит/с. Для уплотнения соединительных линий также выпускалось оборудование ИКМ-120-5. Эта аппаратура выпускалась в двух вариантах: КЛТ-26 (работавший в первом окне прозрачности на длине волны 850 нм) и КЛТ-24 (во втором окне прозрачности на длине волны 1300 нм).
Для работы во внутризоновых сетях была предназначена аппаратура «Сопка-2». Данная аппаратура также обеспечивала образование потока 8448 кбит/с и по структурной схеме, устройствам телеконтроля и служебной связи мало отличалась от «Сонаты-2» и ИКМ-120-5. До 2001 года отечественной промышленностью выпускалась аппаратура для передачи по одномодовому оптическому волокну сигналов E2 – ОЛТ-025 (завод «Морион», г. Пермь) и ТО-41 (АО НПП РОТЕК). Эта аппаратура производилась на современном технологическом уровне, в ней были применены современные электронные и квантово-оптические элементы с большим ресурсом и высокой надежностью. Конструктивно аппаратура была выполнена в нескольких вариантах [11]. Для внутризоновых сетей кроме аппаратуры «Сопка-2» производилась также аппаратура «Сопка-3», предназначенная для передачи 480 телефонных каналов в двоичном цифровом потоке со скоростью 34368 кбит/с (E3). Для организации потока E4 по оптическому волокну была предназначена аппаратура «Сопка-4». Впоследствии характеристики волоконно-оптических систем передачи были улучшены. Появились системы «Сопка-2м», «Сопка-3м», «Сопка-4м». По мере развития телекоммуникационных сетей и появления новых требований к системам передачи стали проявляться недостатки плезиохронной цифровой иерархии. Использование процедуры согласования скоростей приводила к невозможности выделения компонентных потоков из агрегатного без его полного демультиплексирования. Например, для вывода потока E1 из потока E4 необходимо провести полное демультиплексирование на потоки E3, затем разделить необходимый поток E3 на потоки E2, после чего демультиплексировать поток E2 до уровня E1. Это требовало в пунктах выделения и транзита устанавливать большое количество оборудования. Другой недостаток ПЦИ заключается в том, что нарушение синхронизма в групповом сигнале ЦСП более высокого уровня приводит к нарушению синхронизма во всех компонентных потоках, а восстановление синхронизма при этом должно осуществляться последовательно от высших ступеней иерархии к низшим, что требует относительно большого времени. Наконец, плезиохронная цифровая иерархия обладает слабыми возможностями в организации служебных каналов для целей контроля и управления потоком
в сети и практически полное отсутствие средств маршрутизации потоков нижних уровней [3, 10]. Указанные недостатки были преодолены в новой технологии, получившей название SDH (Synchronous Digital Hierarchy, синхронная цифровая иерархия). Однако системы ПЦИ до сих пор существуют в большом количестве и продолжают эксплуатироваться. Фирмы-производители предлагают на рынке телекоммуникационного оборудования множество наименований изделий, работающих по этой технологии.
PDH — Plesiochronous Digital Hierarchy
Одной из первых систем, предназначенных для передачи информации в цифровом виде на большие расстояния, является PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy — плезиохронная цифровая иерархия). Первый релиз данного стандарта был разработан организацией по стандартизации ITU-T и выпущен в 1972 году под индексом G.703. Под «плезиохронной» (от греч. plesios — «близкий») понимается то, что PDH — почти синхронная система, суть этого будет разъяснена немного позже. Основой построения иерархии PDH является основной цифровой канал (ОЦК), скорость которого составляет 64 кбит/сек. Такая скорость выбрана не случайно. 64 кбит/сек как раз достаточно для передачи одного телефонного разговора, продискритизированного с частотой 4 кГц и проквантованного по 256 уровням. Общепризнано, что этого вполне достаточно для однозначного восприятия произнесенных слов и идентификации говорящего.
Скорости более высоких уровней иерархии PDH получаются путем перемножения скорости ОЦК, т.е. 64 кбит/сек на множитель. Скорость первичного цифрового канала (ПЦК) составляет 2Мбит/сек = 32хОЦК, т.е. ПЦК представляет собой 32 мультиплексированных ОЦК. Однако в исходном стандарте PDH не все 32 канала использовались для передачи в 0 слоте должен передаваться синхросигнал, а в 16 – сигнализация для всех остальных 30 разговорных таймслотов. В последствие каналы PDH получили широкое распространение при передаче не только голосовой информации, но и пакетных данных. Необходимость в использовании 0-го и 16-го таймслотов отпала и они во многих системах также стали задействоваться для передачи пользовательских данных.
Вторичный цифровой канал получается путем мультиплексирования 4-х ПЦК. В итоге получается скорость 8448 кбит/сек. Не четкая пропорциональность говорит о необходимости добавления служебной информации. Более высокие уровни иерархии получаются путем дальнейшего поэтапного мультиплексирования. Потоки, которые включаются в цифровой поток более высокого порядка называются трибутарными. Все возможные уровни представлены в таблице ниже.
Название цифрового канала и обозначение
В таблице представлены цифровые потоки и скорости принятые в Европе, в т.ч. и в России. В Северной Америке и Японии есть отличия. Обозначения для североамериканских цифровых потоков начинаются с буквы «Т», а японских «J». Также есть отличия и в числе потоков низшего уровня при образовании потока более высокого порядка. Кроме того в североамериканском варианте PDH отсутствует пятеричный цифровой канал, т.е. Т5.
Таблица не случайно ограничивается пятеричным цифровым каналом и скоростью 564992 кбит/сек. Это связано с существенным недостатком PDH – его плезиохронностью, т.е «почти» синхронностью. Дело в том, что потоки образуют уровни более высокого порядка последовательным мультиплексированием, соответственно, для извлечения нужно проделать обратную процедуру – демультиплексирования. Таким образом для выделения на промежуточном пункте потока Е1 из Е4, например, необходимо будет выполнить 3 процедуры демультиплексирования, а затем 3 процедуры мультиплексрования для дальнейшей передачи. Подобная процедура потребует значительных производительных затрат, а также вызовет временную задержку для всех передаваемых данных. Кроме того, на каждом пункте, где потребуется извлечение хотя бы одного потока низшего уровня потребуется установка дорогостоящего оборудования. Поэтому применение цифровых потоков высоких уровней иерархии оказывается нецелесообразным. Полностью решить данную проблему удалось с появлением технологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
Пример сети PDH с промежуточным извлечением потока Е1 из основного потока Е3
В сотовой связи PDH активно использовался при развертывании систем всех поколений. Особенно востребованным оказался поток ПЦК или Е1, который в настоящее время является практически эталоном измерения пропускной способности любого канала связи. Особенно часто Е1 используется на низкоскоростных соединениях, например,BTS – BSC, NodeB – RNC и т.п.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
—С автором сайта можно связаться по e-mail: ipleto@gmail.com
PDH (Плезиохронная цифровая иерархия)
В условиях существующей инфраструктуры PDH зачастую представляется гораздо более разумным, с точки зрения как прибылей, так и эксплуатационных расходов, в течение максимально долгого времени предоставлять максимальное количество услуг, продолжая использовать зарекомендовавшую себя технологию. Безусловно, любая технология, в конечном счете, устаревает, но ее замена происходит лишь тогда, когда более новая технология позволяет предоставлять услуги с меньшими издержками и такой же или меньшей степенью риска. Это значит, что PDH , как и многие другие зрелые технологии, еще долго будет применяться в сетях связи, сосуществуя с более новыми технологиями, внедряемыми в настоящее время.
Обзор технологии PDH
Плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ (PDH). PDH это принцип построения цифровых систем передачи, которые используют групповой мультиплексированный ИКМ-сигнал, состоящий из цифровых 30-канальных потоков (2,048 Мбит/сек) и требующий синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования. Под термином «плезиохронные» (то есть «почти синхронные») понимается то, что скорости входных 30-канальных групп немного отличаются друг от друга вследствие допустимой нестабильности задающего генератора каналообразующего оборудования этих потоков. Поэтому прежде чем приступить к объединению этих потоков в 2,048 Мбит/сек, их нужно привести к одной скорости передачи путем добавления специальных синхронизирующих битов выравнивания скоростей. Биты выравнивания должны распознаваться на приемной стороне, когда происходит разделение (демультиплексирование) потоков из группового и выделение первоначального сигнала. Такой групповой сигнал, состоящий из нескольких элементарных плезиохронных 30-канальных групп, называется плезиохронной цифровой иерархией ПЦИ (Plesiochronous Digital Hierarchy -PDH). Базовой системой передачи для построения более высоких уровней PDH является система передачи ИКМ-30.
В соответствии с принятыми в Европе стандартами при построении Цифровых Систем Передачи (ЦСП) объединяются 32 канала по 64 кбит/с. Из них 30 каналов предназначены для передачи пользовательской информации, а два являются служебными и используются для передачи сигналов синхронизации и управления. При этом поочередно из каждого канала передается по одному байту. Длительность цикла составляет 125 мкс, т.е. в групповом сигнале в течение 1 с передаются по 8 000 байт из каждого канала. Это дает цифровой поток, имеющий скорость 8 × 8000 х 32=2048000 бит/с = 2 Мбит/с (далее скорости округляются).
Примером ЦСП с такой скоростью может служить распространенная в нашей стране ИКМ-30.
Следующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех цифровых потоков предыдущего уровня, что приводит к скоростям 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с. При этом объединение компонентных потоков в агрегатный осуществляется уже не побайтно, а побитно.
В Северной Америке и Японии были приняты другие стандарты ПЦИ, в соответствии с которыми в ЦСП первого уровня объединяются 24 канала по 64 кбит/с, что приводит к скорости 1,5 Мбит/с. При переходе ко второму уровню происходит мультиплексирование четырех потоков, а к третьему семи, в результате чего возникают потоки со скоростями 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно.
Обе системы ПЦИ приведены в табл. 1.1. Различия между ними делает весьма затруднительным их взаимодействие между собой.
Таблица 1.1.
| Уровень иерархии | Европа | Северная Америка, Япония |
| 0 | 64 кбит/с | 64 кбит/с |
| 1 | 2 Мбит/с | 1,5 Мбит/с |
| 2 | 8 Мбит/с | 6 Мбит/с |
| 3 | 34 Мбит/с | 45 Мбит/с |
| 4 | 140 Мбит/с | — |
Технология PDH (Плезиохронная цифровая иерархия)
Технология PDH, несмотря на свой солидный, по современным меркам, возраст, продолжает активно использоваться при развертывании новых сетей и расширении существующих. Безусловно, на данный момент технология PDH не является образцом передовой технической мысли, но ее надежность в совокупности с экономичностью позволяют ей на равных конкурировать с более современными технологиями.
Обзор технологии PDH
Технология PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy, плезиохронная цифровая иерархия) — это способ организации цифровых систем передачи, использующих мультиплексированный ИКМ сигнал, собранный из 30-канальных цифровых потоков. Передаваемые потоки называются плизиохронными, т. е. в дословном переводе «почти синхронными» из-за небольших допустимых различий в их скорости. Эти различия устраняются добавлением синхронизирующих битов, которые должны быть распознаны на принимающей стороне.
В Европе действует отличный от остальных стран стандарт технологии PDH, согласно европейскому стандарту для передачи объединяется 32 канала по 64 кбит/с. 30 из этих каналов используются для передачи данных, 2 служебных канала используются для передачи сигналов управления и сигнализации. В России данный стандарт также называется ИКМ-30. Скорость передачи данных в суммарном потоке составляет 2048 Кбит/c ( 2048000 бит/с).
Последующие уровни иерархии образуются мультиплексированием четырех потоков предыдущего уровня. Таким образом, скорость передачи на следующих уровнях составляет 8 Мбит/с, 34 Мбит/с и 140 Мбит/с. На более высоких уровнях агрегация потоков происходит побитно, а не побайтно, как на первом уровне.
Япония и Северная Америка использует другие стандарты технологии PDH, отличающиеся количеством объединямых потоков. По этому стандарту на первом уровне объединяется 24 канала по 64 кбит/с. Соответственно на втором и третьем уровне цифровые потоки передаются на скоростях 6 Мбит/с и 45 Мбит/с соответственно.
Таблица 1.1.
| Уровень иерархии | Европа | Северная Америка, Япония |
| 0 | 64 кбит/с | 64 кбит/с |
| 1 | 2 Мбит/с | 1,5 Мбит/с |
| 2 | 8 Мбит/с | 6 Мбит/с |
| 3 | 34 Мбит/с | 45 Мбит/с |
| 4 | 140 Мбит/с | — |
Такая разница в стандартах серьезно затрудняет подключение сетей, работающих с разными его версиями.
Обзор решений для диагностики стыка E1, знакомство с технологией ISDN, решения для анализа сетей ISDN:
Смотрите также:
- Инструменты для монтажа волоконно-оптического кабеля
- Технология ВОЛС
- Технология PON
- Технология GEPON
- Технология Ethernet
- Технология CWDM
- Технология Pseudo-Wire
- Технология SHDSL
- Технология VOIP