Плезиохронные цифровые системы передачи

Плезиохронные цифровые системы передачи

Плезиохронная иерархия цифровых систем передачи (PDH)

Опыт разработки и внедрения в производство и эксплуатацию цифровых систем передачи, накопленный в процессе создания цифровых сетей, показал, что постоянно растущие объёмы передаваемой информации, расширение номенклатуры услуг и ряд других факторов ставят задачи непрерывного увеличения пропускной способности и обеспечения совместной работы в рамках сети ряда ЦСП с различными скоростями передачи. Для местных, внутризоновых, магистральных сетей, сетей доступа, ТфОП и корпоративных сетей различного назначения требуются ЦСП с пропускной способностью, лежащей в пределах от нескольких каналов ТЧ или ПДИ до нескольких сотен, а зачастую и тысяч каналов. Кроме того, надо учитывать, что на указанных сетях работают ЦСП, не связанные единой системой синхронизации, оборудованные различными сервисными подсистемами и имеющие генераторное оборудование, допускающее определённый разброс номиналов тактовых частот. Все указанные факторы усложняют задачу организации объединения и разделения цифровых потоков. Система, объединяющая такие ЦСП, получила название плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ или PDH), то есть иерархии, использующей метод асинхронного объединения и разделения сигналов ЦСП, имеющих типовые номиналы скоростей передачи, но не охваченных единой системой синхронизации.

В настоящее время в мире существует три разновидности PDH: европейская, американская и японская. Далее в данном разделе будет рассматриваться европейский вариант иерархии ЦСП, принятый в Российской Федерации.

Плезиохронная иерархия ЦСП, стандартизованная в России, странах Европы и ряде других государств, базируется на первичной цифровой системе передачи ИКМ-30, а также на ЦЭАТС, формирующих потоки Е1 для уплотнения соединительных линий. Пропускная способность ЦСП каждой последующей ступени иерархии возрастает в 4 раза по сравнению с предыдущей ступенью. Основные технические характеристики и обозначения систем передачи PDH даны в табл.1.

Характерной особенностью ВСС РФ является широкое использование так называемых субпервичных ЦСП, то есть ЦСП, не входящих в стандартизованные МСЭ-Т иерархии. Как правило, субпервичные ЦСП имеют пропускную способность ниже, чем у первичных, и используются, в основном, на сетях сельской и пригородной связи, а также на корпоративных сетях, не требующих высокой пропускной способности.
В качестве носителей информации в упомянутых выше ЦСП используются металлические кабели различных типов, волоконно-оптические кабели, радиорелейные и спутниковые системы, каналы фиксированного и мобильного радиодоступа.

Принцип формирования групповых сигналов PDH

Как уже упоминалось выше, групповые сигналы PDH формируются путём объединения сигналов ЦСП низшей ступени иерархии. При этом используется метод побитного объединения цифровых потоков. Компонентные сигналы формируются различными, зачастую территориально разнесёнными мультиплексорами, а также различным цифровым коммутационным оборудованием (ЦЭАТС). Возможный разброс номиналов тактовых частот источников компонентных сигналов равен +5·10-6 для ЦЭАТС, ИКМ-30 и ИКМ-120, +3·10-6 для ИКМ-480, +1,5·10-6 для ИКМ-1920. Кроме того, тактовая частота каждого источника неизбежно будет флюктуировать в результате воздействия внешних дестабилизирующих факторов. Поэтому, несмотря на то, что скорости передачи ЦСП жёстко стандартизованы, синхронное объединение цифровых потоков невозможно. Необходимо обеспечить уравнивание скоростей, или стаффинг, в противном случае возможно «набегание» одной импульсной последовательности на другую и потеря части информации. Процедура мультиплексирования состоит в записи компонентных сигналов в устройство оперативной памяти (буфер), которое производится на скорости данного компонентного потока, и последующего считывания информации с повышенной скоростью, что гарантирует своевременное опорожнение буфера. Недостаток битов (неполное заполнение буфера) компенсируется битами стаффинга. Помимо информационных потоков в групповой сигнал высшей ступени вводятся сигналы цикловой синхронизации, сигналы управления и индикаторы стаффинга, предназначенные для синхронизации процедуры демультиплексирования сигнала на противоположном конце цифрового тракта. Поэтому скорость передачи группового сигнала будет превышать величину скорости компонентного сигнала, просто умноженную на 4. Например, скорость передачи группового сигнала ИКМ-120 равна 2048 кбит/с · 4 + 256 кбит/с = 8448 кбит/с.

В отличие от временного спектра Е1, цифровые потоки Е2, Е3, Е4 не имеют сверхцикловой структуры. Начало цикла маркируется сигналом цикловой синхронизации, затем следует ряд групп информационных бит (подциклов), образованных путём побитного объединения сигналов низшего уровня иерархии. Группы разделяются битами стаффинга, которые служат для уравнивания скоростей компонентных потоков.

Поток Е2 делится на циклы, каждый из которых состоит из 848 бит, разделённых на 4 группы по 212 бит в каждой. Первая группа начинается с цикловой комбинации 111010000, затем следуют биты индикации неисправности, биты передачи вспомогательной информации, информационные биты компонентных потоков. Вторая, третья и четвёртая группы начинаются четырьмя битами стаффинга, причём четвёртая содержит ещё 4 дополнительных бита стаффинга. Длительность цикла равна 100,38 мкс, частота следования циклов 9,962 кГц.
Поток Е3 делится также на 4 группы по 384 бита в каждой. Цикловой синхросигнал, биты стаффинга и служебной информации по количеству и порядку размещения аналогичны потоку Е2. Число бит в цикле равно 1536, длительность цикла 44,69 мкс, частота цикла 22,375 кГц.
Поток Е4 делится на 6 групп по 488 бит. Цикловой синхросигнал, биты стаффинга и служебной информации по количеству и порядку размещения в каждой группе аналогичны потокам Е2 и Е3, за исключением 1-ой группы, содержащей 3 бита передачи вспомогательной информации. Число бит в цикле равно 2928, длительность цикла 21,02 мкс, частота цикла 47,564 кГц. Структуры циклов ЦСП ИКМ-120, ИКМ-480 и ИКМ-1920 показаны на рис. 1, 2 и 3, основные параметры групповых сигналов приводятся в таблице 2.

Рис. 1: Структура циклов ЦСП ИКМ-120
Рис. 2: Структура циклов ЦСП ИКМ-480
Рис. 3: Структура циклов ЦСП ИКМ-1920

1. Биты выравнивания для 1-ого, 2-ого, 3-его и 4-ого подциклов
2. Дополнительные биты выравнивания для всех подциклов
3. Структура цикла ИКМ-120
4. Структура цикла ИКМ-480
5. Структура цикла ИКМ-1920

D - аварийная сигнализация
N - предаварийная сигнализация
FAS – сигнал цикловой синхронизации

При демультиплексировании группового сигнала производится распознавание комбинации цикловой синхронизации, распределение бит сигнала по 4-м исходящим линиям, причём на каждой из них информационные и служебные биты записываются в буферное устройство памяти, откуда считываются уже со скоростью, определённой для компонентного цифрового потока. Так как число дополнительных битов стаффинга ограничено, то при превышении заданной величины девиации скорости или при нарушении правильной работы систем цикловой синхронизации неизбежны потери передаваемой информации. Подобный недостаток присущ практически всем ЦСП, входящим в плезиохронную цифровую иерархию.

Субпервичные ЦСП

Характерной особенностью ВСС РФ является использование на сетях связи субпервичных ЦСП, то есть систем передачи с пропускной способностью, меньшей, чем у первичной. К таким системам относятся ЦСП ИКМ-15 («ИВА») и «Кедр-1024», предназначенные для работы на СТС, ЦСП ИКМ 4-4, ИКМ-8 и ряд других, которые используются в основном на сетях технологической связи. Субпервичные ЦСП не входят в иерархию ЦСП в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.702, структура их линейных и стыковых сигналов не соответствует рекомендации G.704. В настоящее время на сетях связи работает большое количество таких систем, поэтому операторам связи приходится решать проблемы организации контроля качества и ввода субпервичных цифровых потоков в первичную сеть.

Наиболее массовой субпервичной ЦСП является ИКМ-15 «ИВА» и ряд её модификаций. Скорость передачи группового сигнала равна 1024 кбит/с, пропускная способность составляет 15 каналов ТЧ, среда передачи – симметричный кабель или ствол радиорелейной системы (РРС). Для организации стыка каналообразующего оборудования и аппаратуры линейного тракта используется бинарный относительный моноимпульсный сигнал (RZ или ОМС). Алгоритм формирования этого сигнала заключается в изменении его позиции при появлении «1» в исходном бинарном сигнале и сохранении прежней позиции при появлении «0». Импульсы ОМС на станционном и линейном стыках имеют прямоугольную форму, амплитуду 3.0 В и длительность, равную длительности тактового интервала 0,98 мкс. Помехозащищённость ОМС выше, чем у рекомендуемых МСЭ-Т квазитроичных сигналов с импульсами с длительностью, равной 0,5 тактового интервала. Однако спектр такого сигнала включает в себя постоянную составляющую, что усложняет задачу его передачи по металлическому кабелю и последующей регенерации. Кроме того, ОМС не обладает избыточностью, свойственной квазитроичным сигналам. Поэтому организация оперативного контроля параметров передачи также требует нетривиального подхода. Структура сигнала ИКМ-15 не соответствует рекомендации G.704. Цикл группового сигнала включает в себя 16 канальных интервалов, каждый из которых имеет 8 тактовых интервалов (соответственно, цикл состоит из 128 бит, скорость передачи группового сигнала равна 1024 кбит/с). В КИ 0 передаются сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, СУВ и сигналы контроля, далее следуют 15 информационных КИ.

Современные модификации ЦСП ИКМ-15, а также ЦСП ИКМ-8 и другие используют в качестве стыковых сигналы МЧПИ, а линейных – сигналы ЧПИ. Структуры циклов этих сигналов так же, как и у ИКМ-15, не соответствуют рекомендации G.704.
Как уже отмечалось выше, при построении линейных трактов субпервичных ЦСП в основном в качестве среды передачи используются симметричные одночетверочные кабели и, в отдельных случаях, пары многопарных кабелей ГТС. Линейные тракты характеризуются повышенными длинами регенерационных участков. При этом большинство ЦСП данного класса не имеют эффективно действующих систем дистанционного контроля и телемеханики, что, учитывая сложные условия эксплуатации НРП и линейно-кабельных сооружений, создаёт дополнительные проблемы при организации их технического обслуживания.

Все перечисленные особенности субпервичных ЦСП обусловили необходимость разработки специфических методик их контроля и внедрению в эксплуатацию приборов, а также входящих в состав аппаратуры устройств контроля, соответствующих этим методикам.