ВОСП плезиохронной цифровой иерархии (РDН - ПЦИ)

Введение

Цифровые системы передачи информации стандартизируются по определенной иерархической структуре, основным принципом которой является кратность скоростей обработки и передачи сигналов на различных ступенях иерархии. Таким образом, число каналов тональной частоты или основных цифровых каналов (ОЦК) (64 кбит/с), которые можно организовать с использованием различных систем кратно (что упрощает разделение, объединение, транзит передаваемых сигналов), способствует рациональному построению первичной сети связи. Различают два типа цифровых иерархий: плезиохронную (ПЦИ) и синхронную (СЦИ).

Исторически первой появилась плезиохронная цифровая иерархия, которая была единственной с начала 60-х до конца 80-х гг., и поэтому свое теперешнее название она получила только с возникновением и началом использования систем передачи, основанных на принципах синхронной иерархии.

Первой системой передачи информации с ИКМ, выпущенной предприятием фирмы Белл в 1961 г., была 24-канальная система со скоростью передачи цифрового сигнала в линии 1544 кбит/с. Она послужила основой для североамериканского стандарта PDH, который получил признание международного союза телекоммуникаций (ITU) и используется по настоящее время. Однако для Европейского региона ITU принял другой стандарт иерархии (ЕС), который основывается на первичной ЦСП типа ИКМ-30 со скоростью передачи цифрового сигнала 2048 кбит/с.

В нашей стране в соответствии с этим стандартом используется аппаратура ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920.

Первичная ЦСП ИКМ-30 используется на телефонных сетях, в основном с целью организации соединительных линий между АТС, а также как каналообразующая аппаратура для аналого-цифрового преобразования в системах передачи более высоких ступеней иерархии. Основные ее параметры, установленные в соответствии с рекомендациями ITU таковы:

• количество телефонных каналов – 30 при 32 канальных интервалах;
• частота дискретизации – 8 кГц;
• число разрядов кодека – 8;
• скорость передачи 32 8 8  2048 кбит/с.

ВОСП являются цифровыми системами передачи, Они появились тогда, когда доминирующей была технология PDH – технология плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ), которая использовала в качестве среды передачи первоначально медный кабель, но с ростом скоростей передачи быстро переориентировалась на ОВ (сначала многомодовое, а затем и одномодовое), как только оно стало конкурентоспособно с медным кабелем. PDH в процессе своей эволюции и возникших противоречий в управлении потоками все большей и большей емкости (достигавшей 576 Мбит/с) переросла в новую технологию – SDH (технология синхронной цифровой иерархии). В данной технологии была предложена, а затем и стандартизована (в 1988 г.), идея транспортировки сигналов PDH путем упаковки их в стандартные контейнеры SDH, первоначальная скорость распространения которых 155 Мбит/с в настоящее время выросла до величины в 40 Гбит/с в расчете на один канал.

Хочется обратить особое внимание читателей на проблему терминологии, используемой в технической литературе по данным вопросам. В технологии PDH и SDH используется много новых терминов, не характерных для других сетевых технологий, кроме того, часто в различных литературных источниках используются разные термины для одного и того же понятия. Во избежание недоразумений ниже приводятся используемые термины и их аналоги: аварийный (тревожный) сигнал сигнал аларма (alarm); блок юнит (unit); подчиненный сигнал триб (trib); стык интерфейс (interface); уплотнение канала (группообразование) мультиплексирование (multiplexing); цикл (кадр) фрейм (frame).

Одним из направлений современного научно технического прогресса является всестороннее развитие волоконно оптических систем связи, обеспечивающих возможность доставки на значительные расстояния чрезвычайно большого объема информации с наивысшей скоростью. Уже сейчас имеются волоконно оптические линии связи (ВОЛС) большой информационной емкости с длиной регенерационных участков до 200 км и более. Однако область применения ВОСП не ограничивается передачей данных на большие расстояния для непосредственной связи, а имеет более широкий спектр, от бортовых систем до локальных (LAN Local Area Network) и глобальных (WAN Wide Area Network) волоконно оптических телекоммуникационных сетей. Весьма перспективно использование волоконно оптической техники в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности информационного обслуживания абонентов. На базе ВОЛС развивается единая интегральная сеть многоцелевого назначения для телефонной и телеграфной связи, телевидения, передачи данных и т.д. Технологии волоконно оптических линий и сетей связи помимо вопросов волоконной оптики и оптических методов передачи информации включают вопросы касающиеся электронного передающего оборудования, стандартизации оборудования, протоколов передачи, вопросы технологии линий и сетей и общие вопросы их построения. ОСП имеют следующие преимущества по сравнению с системами, использующими КЛС:

1. Высокая помехоустойчивость, так как на передаваемые сигналы не влияют внешние электронные магнитные или радиочастотные помех. Таким образом, кабели полностью не восприимчивы к помехам, вызываемыми молниями или источниками высокого напряжения. Оптическое волокно не испускает излучения, что удовлетворяет требованиям современных стандартов к компьютерным приложениям.

2. Вследствие того, что оптические сигналы не требуют наличия системы заземления, передатчик и приемник электрически изолированы друг от друга и свободны от проблем, связанных с возникновением паразитных токовых петель.

3. Безопасность работы волоконно оптической связи в детонирующих, воспламеняющихся или электронебезопасных средах и условиях. Например, при использовании ВОЛС, отсутствие сдвига потенциалов в системе заземления между двумя терминалами, исключает искрение или электрические разряды.

4. Большая ширина спектра оптического кабеля позволяет повысить емкость канала передачи. Кроме того, при использовании ВОЛС, более длинные отрезки связи требуют меньшего количества регенераторов, т.к оптический кабель (ОК) обладает чрезвычайно низкими уровнями затухания.

5. По сравнению с системами связи, использующими обычные коаксиальные кабели с равной пропускной способностью, ВОЛС имеют меньшие габариты и вес, т.к. у (ОК) меньший диаметр и вес, а это означает сравнительно более легкий монтаж, особенно в заполненных трассах. Например, 300 м одноволоконного кабеля весят около 2,5 кг, а 300 м аналогичного коаксиального кабеля весят 32 кг, то есть приблизительно в 13 раз больше.

6. Волоконно оптические системы связи обеспечивают секретность передаваемой информации, т.к. электронные методы подслушивания основаны на электромагнитном взаимодействии, к которым оптические системы не восприимчивы. Волоконно оптические системы имеют также и недостатки, к которым в основном относятся дороговизна прецизионного монтажного оборудования, относительно высокая стоимость лазерных источников излучения, и требования специальной защиты волокна. Однако преимущества от применения волоконно оптических линий связи настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях очевидны.

На рис.1.1 представлена обобщенная структурная схема волоконно оптической системы передачи. Здесь предусматриваются следующие основные процессы преобразования сигнала. Сообщение в аналоговой или цифровой форме поступает от источника сообщений на преобразователь, где формируется первичный электрический сигнал. Наиболее распространенным способом цифрового преобразования аналоговых сигналов является импульсно кодовая модуляция (ИКМ). Она используется во всех разработках аппаратуры каналообразования цифровых систем передачи (ЦСП) и обеспечивает высокое качество передачи сигналов. Затем формируется групповой цифровой сигнал из нескольких цифровых сигналов с более низкой скоростью передачи (мультиплексирование). Полученный сигнал передается в кодер канала, в котором осуществляется избыточное кодирование, необходимое для обеспечения требуемой помехоустойчивости, удобств синхронизации приемных устройств (регенераторов) и др. Далее электрический сигнал осуществляет модуляцию оптического излучения, которое обычно генерируется источником света. В качестве источников света используются лазеры или светодиоды:

полупроводниковые лазеры;

лазеры с двойной гетероструктурой;

-лазеры для одномодовых оптических волокон;

-лазеры с распределенными бреговскими отражателями;

светоизлучающие диоды;

суперлюминисцентные диоды.

Процесс модуляции осуществляется модуляторами, использующими различные физические эффекты. Базовые методы модуляции будут рассмотрены в соответствующей главе. Модулированное оптическое излучение с помощью согласующих устройств вводится в волоконный световод-оптического кабеля. Передающие и приемные согласующие устройства формируют и согласовывают диаграммы направленности (диаграмма направленности это телесный угол, в котором действует максимальная интенсивность излучения) и апертурный угол между приемопередающими устройствами и кабелем. Оптические системы передачи, как правило, являются цифровыми (импульсными). Это объясняется тем, что передача аналоговых сигналов Источник излучения Приемник из лучения Источник сообщения Преобразователь Кодер канала Декодер канала Преобразователь Получатель сообщения ОК СУ СУ ОК Регене ратор8 требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в оптических системах. Через определенные расстояния (5,...., 100 км), обусловленные энергетическим потенциалом аппаратуры и величиной потерь в ОК, вдоль оптической линии располагаются регенераторы, в которых сигнал восстанавливается и усиливается до требуемого значения. В оптическом приемнике выполняются "обратные " преобразования. С помощью демодулятора, использующего приемник излучения, оптический сигнал преобразуется в электрический. В ВОСП в качестве приемника излучения используют фотодиоды (ФД). Они могут быть различных типов, наиболее просты по конструкции ФД, содержащие, как и обычный диод, p -n переход. Чтобы обеспечить высокую чувствительность к излучению такой ФД работает без внешнего напряжения, либо при обратном внешнем напряжении. К применяемым в ВОСП ФД предъявляются следующие основные требования:

высокая чувствительность;

-требуемые спектральная характеристика и широкополосность;

низкий уровень шумов;

-требуемое быстродействие;

-большой срок службы.

Установлено, что всем этим требованиям в настоящее время лучше всего удовлетворяют p i n ФД и лавинные фотодиоды. В декодере осуществляется восстановление первичного (модулирующего) сигнала, который с помощью преобразователя приобретает необходимую для получателя информации форму (печатный текст, звук, изображение и т.п.) По существу ОСП содержат функциональные узлы присущие любым радиотехническим системам связи, при формировании сигналов в оптических системах возможно использование тех же способов кодирования и видов модуляции, что и в кабельных системах. Однако особенности оптического диапазона и особенность используемой в ВОЛС элементной базы накладывают свои ограничения на реализационные возможности ОСП, и приводят к техническим решениям, отличным от традиционных в технике связи.

2. ИЕРАРХИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ПЛЕЗИОХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ

Цифровые системы передачи информации стандартизируются по определенной иерархической структуре, основным принципом которой является кратность скоростей обработки и передачи сигналов на различных ступенях иерархии. Таким образом, число каналов тональной частоты или основных цифровых каналов (ОЦК) (64 кбит/с), которых можно организовать с использованием различных систем кратно, что упрощает разделение, объединение, транзит передаваемых сигналов, способствует рациональному построению первичной сети связи. Различают два типа цифровых иерархий плезиохронную ПЦИ (Plesiochronous Digital Hierarchy PDH) и синхронную СЦИ (Synchronous Digital Hierarchy SDH).

2.1. Плезиохронная цифровая иерархия Исторически первой появилась ПЦИ, которая была единственной с начала 60 х годов до конца 80 х и, поэтому свое теперешнее название она получила только с возникновением и началом использования систем передачи, основанных на принципах синхронной иерархии [1,2,3]. Первой системой передачи информации с ИКМ, выпущенной предприятием фирмы Белл в 1961 г., была 24 канальная система со скоростью передачи цифрового сигнала в линии 1544 кбит/с. Она послужила основой для североамериканского стандарта PDH, который получил признание Международного Союза Телекоммуникаций (ITU) и используется по настоящее время. Однако для Европейского региона ITU принял другой стандарт иерархии (ЕС), который основывается на первичной ЦСП типа ИКМ 30 со скоростью передачи цифрового сигнала 2048 кбит/с. (рис. 2.1) В нашей стране в соответствии с этим стандартом используется аппаратура ИКМ 30, ИКМ 120, ИКМ 480, ИКМ 1920. Первичная ЦСП ИКМ 30 используется на телефонных сетях, в основном с целью организации соединительных линий между АТС, а также как каналообразующая аппаратура для аналого цифрового преобразования в системах передачи более высоких ступеней иерархии. Основные ее параметры, установленные в соответствии с Рекомендациями ITU таковы: – количество телефонных каналов 30 при 32 канальных интервалах, – частота дискретизации 8 кГц, – число разрядов кодека 8, – скорость передачи 32 8 8 2048 кбит/с. Два дополнительных канальных интервала предусмотрены для передачи синхросигналов и сигналов управления и взаимодействия между АТС

Современная терминология, все чаще вместо ИКМ 30 применяет понятие первичный мультиплексор, т. к. назначением первого этапа иерархического преобразования сигналов является мультиплексирование различных сигналов, поступающих на вход мультиплексора в первичный цифровой канал (ПЦК) Е1 2048 кбит/с на передаче, демультиплексирование и обратное преобразование на приеме. При этом объединяемые сигналы могут быть как аналоговые, так и цифровые, а в качестве аналого цифрового преобразования может использоваться не только ИКМ. Оборудование второй ступени PDH предназначено для объединения четырех первичных цифровых каналов (ПЦК) с пропускной способностью 2048 кбит/с в один групповой вторичный цифровой канал (ВЦК) с пропускной способностью 8448 кбит/с. Основным оборудованием ИКМ 120 является оборудование вторичного временного группообразования (ВВГ), в котором на последующих ступенях PDH, используется посимвольный метод объединения цифровых сигналов. Третичные ЦСП рассчитаны на объединение сигналов четырех вторичных систем и, в случае использования стандартного ИКМ преобразования, на первой ступени иерархии могут обеспечить передачу до 480 телефонных каналов. Пропускная способность третичного цифрового канала (ТЦК) 34 368 кбит/с.

Четвертичные ЦСП, осуществляющие объединение сигналов четырех третичных систем, позволяют организовать 1 920 телефонных каналов. В четвертичном цифровом канале с пропускной способностью 139 264 кбит/с можно обеспечить высококачественную передачу телевизионных сигналов и сигналов других широкополосных систем. Представляет интерес сравнение действующих в настоящее время уровней цифровой иерархии в Европе, Северной Америки и Японии (табл. 2.1)

Дальнейшее объединение цифровых потоков четырех систем передачи можно получить более мощные пятеричные, шестеричные цифровые системы. Пятеричные системы передачи не нашли широкого применения, так как не выдержали конкуренции с новыми принципами организации ЦСП синхронной цифровой иерархии. Традиционно оборудование цифровых систем передачи состоит из оборудования формирования (приема) цифрового сигнала и оборудования линейного тракта (рис.2.2) В состав оборудования формирования (приема) цифрового сигнала входит: аппаратура цифрового каналообразования АЦК, которое осуществляет преобразование аналоговых сигналов основного цифрового канала ОЦК (64 кбит/с) из аналоговых сигналов и формирование группового первичного потока; оборудование временного группообразования (вторичное, третичное и т.д.), предназначенное для объединения нескольких цифровых потоков

В состав линейного оборудования входит оборудование линейного тракта ОЛТ на оконечных станциях, назначение которого согласование линейного тракта с ОВГ или АЦК, дистанционное питание регенераторов, обеспечение телеконтроля тракта и служебной связи. Оборудование линейного тракта соединяется между собой линиями связи (кабельными, радиорелейными, волоконно оптическими и т.д.) с включенными обслуживаемыми (ОРП) и необслуживаемыми (НРП) усилительными пунктами. Аппаратура ЦСП выпускается в стоечном исполнении (САЦК, СВВГ, СТВГ, СОЛТ). Кроме оборудования оконечных станций и линейного тракта имеется дополнительное оборудование аппаратура выделения (АВ) цифровых потоков и каналов для вторичных и третичных цифровых трактов. Для реализации функций выделения ввода используются мультиплексоры типа "add/drop мультиплексоры" или мультиплексоры с функцией "drop/insert". Для переключения каналов между различными цифровыми трактами используется аппаратура кроссовой коммутации кроссконекты.

Для управления данными устройствами (мультиплексорами и кроссконектами) оборудование линейного тракта оснащается специальной системой сетевого управления NM (Network Management). Кроме того, современные цифровые сети PDH не могут нормально функционировать без обеспечения равенства скоростей обработки сигналов во всех узлах и оконечных устройствах, поэтому важной составной частью первичной сети стала система единой тактовой синхронизации. Таким образом, комплекс оборудования первичной сети связи ПЦИ это совокупность: первичных мультиплексоров, для АЦ преобразования и объединения низкоскоростных цифровых сигналов в первичный цифровой сигнал 2048 кбит/с; гибких мультиплексоров, осуществляющих временное групппообразование вторичных, третичных и четверичных трактов, а также в случае необходимости, их выделение ввод на промежуточных или узловых станциях; оборудования линейного тракта, кроссконнектов; системы управления и системы сетевой тактовой синхронизации. В качестве аппаратуры АЦК в настоящее время используют аппаратуру ИКМ 30 и в аппаратуре "Сопка" используются стойки аналого цифрового каналообразования (САЦК 1). Для вторичного группообразования может использоваться аппаратура ИКМ 120, или стойка вторичного временного группообразования (СВВГ 1У).

Дата добавления: 2015-05-09