Цифровые системы управления связью (стр. 2 из 12)
Возможность построения цифровой сети связи. Когда параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надежностными и качественными показателями.
Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.
3.2. Кодирование в цифровых системах связи
При квантовании непрерывного сигнала формируется поток бит, который оптимален с точки зрения уменьшения ошибок квантования, но не пригоден для передачи по каналу связи по ряду причин:
- выходной цифровой поток имеет широкий спектр, что затрудняет его передачу по каналу связи с ограниченной полосой пропускания и осложняет процесс регенерации сигнала синхронизации.
- спектр сигнала имеет много низкочастотных составляющих, которые могут интерферировать (смешиваться) с составляющими передаваемого низкочастотного сигнала.
- спектр содержит большую постоянную составляющую, что усложняет процесс фильтрации.
Для оптимизации спектра сигнала, передаваемого в линию связи, используется линейное кодирование, которое должно обеспечить:
- минимальную спектральную плотность на нулевой частоте и ее ограничение на нижних частотах.
- информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала в виде дискретной составляющей, легковыделяемой на фоне непрерывной части спектра.
- непрерывный спектр должен быть узкополосным для передачи через канал связи без искажений.
- малую избыточность, для снижения относительной скорости передачи в канале связи.
- минимально возможные длины блоков повторяющихся символов («1» или «0») и диспаритетность (неравенство числа «1» и «0» в кодовых комбинациях).
Для линейного кодирования число уровней входного сигнала
, а число уровней выходного сигнала 
может быть 2 (двухуровневые), или 3 (трехуровневые). Двухуровневое кодирование может быть однополярным (+1, 0) и двухполярным (+1, -1); трехуровневые – однополярным (+2, +1, 0) и двухполярным (+1, 0, -1). Например, электрические линии связи могут использовать как однополярные, так и двухполярные сигнала, а оптические линии – только однополярные.В различных методах кодирования 1 может быть представлена положительным импульсом или переходом в центре импульса с +1 на 0 или -1. Ноль может быть представлен отсутствием импульса (0) или отрицательным импульсом (-1), а также переходом в центре импульса с -1 на 0 или +1.
Опишем такие основные виды кодов:
NRZ – notreturntozero – основополагающий двухуровневый код без возвращения к нулю. Может быть как однополярным, так и двухполярным. При этом «1» передается положительным импульсом, а «0» - либо отсутствием импульса, либо отрицательным импульсом.
RZ – returntozero– основополагающий трехуровневый код с возвращением к нулю. При этом «1» передается переходом в центре импульса с +1 на 0, а «0» - переходом в центре импульса с -1 на 0.
ADI – alternatedigitalinversion – двоичный код с инверсией полярности сигнала на каждом втором двоичном разряде независимо «1» это или «0». В результате формируется двухполярный двухуровневый код.
AMI – alternatemarkinversion – двоичный код RZ с инверсией на каждой «1». Может быть получен из кода ADI путем инверсии каждой четной «1». При нуле состояние импульса не меняется. Является двухполярным трехуровневым кодов.
CMI – codedmarkinversion – двухуровневый код без возвращения к нулю, где каждая «1» ставиться в соответствие к комбинации «11», либо «00» - инверсия четных единиц. А «0» – изменением полярности в центре каждого импульса, т.е. в соответствие ставится комбинация «01». Является разновидностью кода 1b2b.
MBNB – общее обозначение класса блочных кодов, где M – дина (в битах) блоков, на которые разбивается исходная ИКМ последовательность, а N – соответствующая им длина (в битах) блоков, составленных из кодовых символов. Наиболее известным является класс 1B2B, в котором 1 бит исходной ИКМ последовательности длительностью T кодируется комбинацией из 2 бит длительностью
(относительная скорость передачи при этом в каналах связи возрастает в 2 раза). К этому классу относится код Миллера. Код Миллера строится в соответствии с графом, где в узлах показаны комбинации кода Миллера, а переходы между узлами соответствуют изменению состояния исходного ИКМ кода.Если начальные состояние ИКМ кода «1», то в графе Миллера преобразование начинается с узла «11». Если начальное состояние «0», то – с узла «00». Если кода 110, то в соответствии с графом Миллера мы получим такие комбинации: 1 – в 11, 1 – в 10, 0 – в 00. Для указанной выше ИКМ последовательности при помощи графа Миллера мы получили такие комбинации:
3.3. Иерархии цифровых систем передачи
Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз, а именно последующий уровень строится на основе n-числа каналов предыдущего уровня.
Цифровая система передачи, соответствующая первой ступени иерархии, называется первичной; в этой ЦСП осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т.д.
В рекомендациях МСЭ-Т представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 кбит/с, называемый основным цифровым каналом (ОЦК). Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов.
3.3.1. Основы мультиплексирования
Цифровые системы передачи работают с двумя типами сигналов: непрерывные и дискретные. В первом случае, при мультиплексировании цифровыми системами необходимо предварительная дискретизация сигнала с последующим формированием группового сигнала. Принципы таких операций рассмотрены при описании работы систем импульсно-кодовой модуляции.
При обработке дискретного сигнала, системы имеют дело уже с двоичным сигналом. При мультиплексировании таких сигналов, на входе с мультиплексора имеются n двоичных входных последовательностей. Коммутатор мультиплексора может последовательно отбирать из каналов любую логически осмысленную для данной сетевой топологи, последовательность бит, составляя из них выходную последовательность. Такой процесс называется интерливингом (чередованием). Различают такие виды интерливинга:
- бит-интерливинг или чередование бит – на выход коммутируются последовательно по одному биту из каждого канала.
- байт-интерливинг или чередование байтов – на выход коммутируются последовательно по одному байту из каждого канала.
- символьный интерливинг или чередование символов – на выход коммутируются последовательно по одному символу (поле длиной 7 бит – ASC2 код – американская версия, или 8 бит – ASC2 код - международная версия) из каждого канала.
- блок-интерливинг или чередование блоков – на выход коммутируются последовательно по одному блоку из каждого канала.
На пример покажем принцип мультиплексирования с бит-интерливингом.
Из каждого канала по 64 кбит/с выходят 4-ре бита, каждый длительностью 125 мкс. Время передачи блока с одного канала 500 мкс. При формировании группового канала уменьшается длительность одного бита до 31,25 мкс. В результате в 500 мкс помещается 16 бит из 4-ех каналов. Таким образом, скорость в групповом канале составляет 256 кбит/с.
3.4. Европейская плезиохронная цифровая иерархия
Покажем характеристики европейской системы плезиохронной иерархии:
| Уровень иерархии | Европа | |
| Скорость Мбит/с | Коэффициент мультиплексирования | |
| 0 | 0,064 | - |
| 1 | 2,048 | 30 |
| 2 | 8,448 | 4 |
| 3 | 34,368 | 4 |
| 4 | 139,264 | 4 |
Где коэффициент мультиплексирования показывает, сколько каналов предыдущего уровня содержится в текущем уровне иерархии.
Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, 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 ниже. При выделении низкоскоростного потока (например, со скоростью 0,064 Мбит/с (64 кбит/с)), на промежуточной станции необходимо иметь все оборудование промежуточных уровней иерархии между выделяемым потоком и тем который используется для передачи группового потока.