Мультиплексирование асинхронных потоков

При синхронном объединении потоков отношение T _СЧ/(Т _З- T _СЧ) является целым числом. Если же компонентные потоки синхронизированы автономными генераторами, то периоды их записи несколько различаются и, следовательно, указанное соотношение в общем случае изменяется во времени и целым числом не является. Этот случай соответствует асинхронному мультиплексированию. Поскольку отличие тактовых частот объединяемых потоков относительно невелико, их мультиплексирование часто называют плезиохронным.

Отклонение отношения T _СЧ/(Т _З- T _СЧ) от целого числа говорит о том, что временные сдвиги должны смещаться со своих позиций. Величина этого предполагаемого смещения называется временной неоднородностью, которая в общем случае может быть как положительной (временной сдвиг наступает раньше), так и отрицательной (временной сдвиг наступает позже). Однако смещение временных сдвигов недопустимо, поскольку при этом невозможно будет осуществить передачу циклового синхросигнала (его позиции во времени должны быть строго постоянны), и, следовательно, произвести разделение компонентных потоков на приеме. Чтобы временные сдвиги в агрегатном потоке не меняли своих позиций, временные неоднородности следует компенсировать. Это достигается периодическим вводом дополнительных (незначащих) позиций (вставок) в относительно медленно поступающие компонентные потоки и соответственно изъятием импульсов из потоков, поступающих с повышенной скоростью. В последнем случае эти импульсы должны быть также переданы, для чего выделяются специальные позиции на временных сдвигах.

На приеме вставки удаляются, а дополнительно переданные импульсы вставляются в компонентные потоки на соответствующие места. Эти операции осуществляются по командам, которые формируются на передаче и передаются на позициях временных сдвигов. Таким образом, на передаче осуществляется побитовая синхронизаци я компонентных потоков с агрегатным потоком, а на приеме - восстановление исходных скоростей компонентных.

Ввод вставок в относительно медленные потоки называется положительным согласованием скоростей передачи, а изъятие значащих импульсов и передача их на специальных позициях - отрицательным согласованием. Сочетание положительного и отрицательного согласования называется двусторонним согласованием скоростей передачи компонентных потоков. Сказанное поясняется диаграммами, приведенными на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Временные диаграммы асинхронного объединения потоков:

а – объединение с положительным согласованием;

б – объединение с отрицательным согласованием.

Верхний ряд диаграммы рис. 6.5,а отображает последовательность импульсов считывания компонентного потока с тактовой частотой, несколько ниже номинальной. Поэтому периоды импульсов записи Т _З’ этого потока больше номинального Т _З на величину δ _t. В результате возникает временная неоднородность Δ t = n δ _t, которая через некоторое время достигает критического значения Δ t _КР= Т _З. Нижний ряд отображает последовательность импульсов считывания, период которых равен Т _СЧ=(32/33)∙ Т _З. В запоминающем устройстве предусмотрено две ячейки памяти для получения временного сдвига, поэтому через 64 импульса считывания образуется двухпозиционный временной сдвиг АВ. Когда временная неоднородность достигает критического значения, в последовательность импульсов считывания вводится вставка, которая и компенсирует накопившуюся неоднородность. Заметим, что вставка представляет собой исключение импульса из последовательности считывания, т.е. остановку процесса считывания на время, равное Т _СЧ.

Процесс отрицательного согласования иллюстрирует рис. 6.5,б. Компонентный поток поступает со скоростью, несколько больше номинальной, поэтому периоды его импульсов записи Т _З” укорочены на величину δ _t. Из-за этого возникает отрицательная временная неоднородность Δ t =- n δ _t, которая по достижении ею критического значения Δ t _КР=- Т _З, компенсируется за счет считывания очередного импульса на позиции В ближайшего временного сдвига.

Отрицательное согласование не имеет каких-либо преимуществ перед положительным, а аппаратная реализация его заметно сложнее. Поэтому отрицательное согласование самостоятельно не применяется. Традиционно в отечественных системах плезиохронной цифровой иерархии применялось двустороннее согласование, а в европейских - одностороннее (положительное). В настоящее время двустороннее согласование широко применяется на стыках плезиохронных и синхронных телекоммуникационных систем, поскольку оно обеспечивает несложный переход от асинхронного режима работы к синхронному, который все больше получает распространение на цифровых сетях связи. При двустороннем согласовании синхронный режим соответствует посылкам нейтральных команд (нет согласования), а при одностороннем согласовании синхронный режим невозможен принципиально, поскольку скорость считывания объединяемых потоков всегда должна быть выше скорости записи.

Кроме этого оборудование временного группообразования с двусторонним согласованием скоростей более устойчиво к размножению сбоев цикловой синхронизации, т.е. к возникновению сбоев цикловой синхронизации в системах низшей ступени иерархии при сбое цикловой синхронизации на более высоком уровне. Это связано с тем, что в системах с односторонним согласованием за время сбоя синхронизации формируется достаточно большое число (до нескольких десятков) команд согласования, в то время как в системах с двусторонним согласованием обычно не более одной команды. Поэтому в системах с двухсторонним согласованием на время сбоя синхронизма приемники команд согласования можно блокировать и осуществить согласование после восстановления синхронизма.

Рассмотрим функциональную схему оборудования второго уровня европейской ПЦИ (ИКМ-120[1]), обеспечивающего двустороннее согласование скоростей компонентных потоков. На рис. 6.6 приведены схемы передающего (а) и приемного (б) блоков асинхронного согласования скоростей (БАС пер и БАС пр). Полностью оконечное оборудование ИКМ-120 содержит четыре пары таких блоков.

Рис. 6.6. Блок асинхронного согласования скоростей:

а - передающая часть; б - приемная часть.

Работа передающей части БАС пер происходит так. Поступающий компонентный поток (КП) записывается в запоминающее устройство (ЗУ) с помощью последовательности импульсов записи, которая формируется генераторным оборудованием ГО₁. Скорость записи точно соответствует скорости компонентного потока, поскольку ГО₁ синхронизируется сигналом с тактовой частотой f_t ’ выделенным из этого же потока устройством ВТЧ (выделителем тактовой частоты). Последовательность импульсов считывания поступает от генераторного оборудования ГО₂, которое синхронизировано задающим генератором аппаратуры объединения компонентных потоков, через логические схемы «ИЛИ» и «НЕТ». Тактовая частота последовательности импульсов считывания равна (33/32) f_t ”. Тактовые частоты f_t ’ и f_t ” могут отличаться от номинальной f_t тактовой частоты компонентного потока на величину в пределах допустимой нестабильности. Как показано на рис. 6.5,а (начало диаграммы), через 64 интервала записи образуется временной сдвиг из двух интервалов АВ, на это время ГО₂ прекращает подачу импульсов считывания. Таким образом, частота записи f _З равна f_t ’ - тактовой частоте компонентного потока, а частота считывания f _СЧ - частоте f_t ”, определяемой генераторным оборудованием ГО₂ аппаратуры объединения. Цифровой фазовый детектор (ФД) сравнивает частоты импульсов записи и считывания, которые в крайнем случае могут отличаться в пределах суммы допустимых нестабильностей компонентного и агрегатного потоков. Если f _З= f _СЧ (выдерживается соотношение T _СЧ/(Т _З- T _СЧ)=32), то на выходе ФД сигнал отсутствует. Если скорость КП относительно мала, появляется положительная временная неоднородность (временной сдвиг наступает раньше), которая постепенно увеличивается (см. рис. 6.5,а). Когда величина неоднородности станет критической - равной Т _З, на положительном выходе ФД появится импульс, который будет подан на передатчик команд согласования скоростей ПЕР КСС. Последний, во-первых, через логический элемент НЕТ исключит очередной импульс считывания (осуществит вставку в агрегатный поток) и, во-вторых, сформирует команду положительного согласования. Эта команда будет передана на приемный конец в агрегатном потоке и послужит для удаления из данного компонентного потока вставки.

При относительно высокой скорости поступающего компонентного потока (см. рис. 6.5,б) временная неоднородность приобретает отрицательное значение. При достижении неоднородностью критического значения импульс появится на отрицательном выходе ФД. ПЕР КСС при этом через логический элемент ИЛИ введет в ЗУ импульс считывания на позиции дополнительного канала и сформирует команду отрицательного согласования, которая на приемном конце обеспечит ввод в компонентный поток импульса из дополнительного канала (организованного на позиции В временного сдвига).

Агрегатный поток на передаче состоит из символов четырех компонентных потоков, соответствующих этим потокам команд согласования скоростей, которые передаются на позициях временных сдвигов, и некоторых сервисных сигналов, которые также передаются на позициях временных сдвигов. К сервисным сигналам в первую очередь относится сигнал цикловой синхронизации агрегатного потока, затем сигналы извещения об аварийных состояниях и сигналы служебной связи. К сервисным сигналам условно можно отнести и символы компонентных потоков, передаваемые на позициях временных сдвигов при отрицательном согласовании скоростей.

В приемной части БАС пр (см. рис. 6.6,б) осуществляются обратные операции. Приемная часть управляется генераторным оборудованием ГО, его тактовая синхронизация осуществляется сигналом, выделяемым из агрегатного потока устройством ВТЧ. Кроме того, генераторное оборудование синхронизируется по циклам передачи посредством приемника циклового синхросигнала ПР ЦСС, что позволяет установить порядок последовательностей импульсов записи, поступающих на различные БАС пр. Импульсы компонентного потока выделяются из агрегатного посредством временного селектора, состоящего из схемы «И», на один вход которого подается агрегатный поток, а на второй - от ГО соответствующая импульсная последовательность, тактовая частота которой равна 1/4 тактовой частоты агрегатного потока. Последовательность импульсов записи формируется из подобной же последовательности, но из которой исключены такты, соответствующие временным сдвигам (формируется из последовательности, содержащей только информационные символы). Приемник команд согласования ПР КСС в случае получения положительной команды генерирует импульс на положительном выходе, который запрещает запись на позиции вставки посредством схемы «НЕТ». При получении отрицательной команды на отрицательном выходе ПР КСС формируется импульс, который позволяет записать в запоминающее устройство ЗУ информационный символ, переданный на соответствующей позиции временного сдвига.

Количество ячеек памяти ЗУ определяется следующими факторами:

· числом символов во временном сдвиге (одна ячейка на каждый символ);

· числом видов согласования (одна ячейка на каждый вид);

· относительным временем ожидания момента согласования[2] (менее 0,5 ячейки);

· относительными фазовыми флуктуациями записываемых потоков (на передаче менее 0,03, на приеме -до 1,5 ячеек);

· устранением взаимного перекрытия импульсов записи и считывания (до одной ячейки).

Таким образом, ЗУ БАС пер в нашем случае должна содержать около 5÷6 ячеек, а БАС пр - 6÷8 ячеек.

Импульсы записи в БАС пр следуют неравномерно, но считываемый компонентный поток должен иметь постоянную скорость (частота последовательности импульсов считывания должна соответствовать усредненной скорости последовательности импульсов записи). Это достигается применением системы ФАПЧ, состоящей из генератора, управляемого напряжением, ГУН, схемы управления СУ и аналогового фазового детектора ФД. Система ФАПЧ поддерживает равенство частоты считывания f _СЧ усредненному значению частоты записи f _{З СР}. Если частота f _{З СР} изменяется, например, из-за ввода вставки, на выходе ФД появляется сигнал, который поступает на систему управления СУ. Система управления содержит фильтр нижних частот ФНЧ, который интегрирует поступающие сигналы. Напряжение с выхода СУ воздействует на ГУН и заставляет его изменить частоту f _СЧ в нужную сторону.

Спектр сигнала на входе СУ состоит их трех слагаемых: первое представляет собой постоянную составляющую, соответствующую случаю идеального усреднения, т.е. наличию в считываемом потоке только временных сдвигов, второе обусловлено наличием разности частот записи и считывания в передающем устройстве, а третье - наличием времени ожидания. Следовательно, подавление составляющих сигнала на входе СУ, определяемых двумя последними слагаемыми, обеспечивает идеальное восстановление первоначальной скорости цифрового потока. Для выполнения данного условия в схеме управления необходимо использовать ФНЧ с бесконечно малой полосой пропускания. Однако при этом не обеспечивается необходимая полоса захвата устройства ФАПЧ, которая не может быть меньше максимального расхождения частоты записи в передающем устройстве f _{З ПЕР} и частоты считывания в приемном устройстве f _{СЧ ПР}, иначе неизбежен срыв работы ГУН, ведущий к перерыву связи. Составляющие сигнала с входа СУ, попадающие в полосу пропускания ФНЧ, проходят на вход ГУН, что приводит к фазовым флуктуациям выделенного компонентного потока (вандеру и джиттеру), снижающим качество передачи.

Системы с односторонним согласованием скоростей характеризуются относительно быстрым накоплением временной неоднородности (скорость считывания в передающем устройстве заведомо должна превосходить скорость записи). Поэтому составляющие, обусловленные наличием разности частот записи и считывания, являются достаточно высокочастотными и могут быть подавлены ФНЧ, а составляющие, обусловленные наличием времени ожидания, могут быть сколь угодно низкочастотными. Последнее объясняется тем, что в системах с односторонним согласованием команды согласования посылаются относительно часто и время ожидания поэтому изменяется мало.

Системы с двусторонним согласованием скоростей характеризуются относительно медленным накоплением временной неоднородности (скорость считывания в приемном устройстве может приближаться к скорости записи). Поэтому составляющие, обусловленные наличием разности частот записи и считывания, оказываются весьма низкочастотными и не могут быть подавлены ФНЧ, в то время как составляющие, обусловленные наличием времени ожидания оказываются незначительными.

Таким образом, в системах с односторонним согласованием скоростей основным источником низкочастотных составляющих управляющего сигнала (а следовательно, и флуктуации сигнала на выходе аппаратуры сопряжения) является время ожидания, а в системах с двусторонним согласованием - разность частот записи и считывания.

Низкочастотные составляющие на выходе ГУН могут быть подавлены способами, к которым можно отнести метод компенсации и метод передачи промежуточных значений временной неоднородности. В первом случае в петлю ФАПЧ вводится компенсирующий сигнал, сформированный из последовательности импульсов, соответствующих моментам согласования. Во втором случае в петлю ФАПЧ вводится компенсирующий сигнал, сформированный на основе информации о промежуточных значениях временной неоднородности, полученной по специальному каналу (на позициях временных сдвигов) от БАС пер. Эти способы относительно сложны и рассматриваются в специальной литературе.

Дата добавления: 2015-05-09