Характеристика иерархий мультиплексированных цифровых потоков

Виды иерархий	Уровни иерархий	Характеристики ветвей иерархии
		Европейская		Американская			Японская
		Цифровой поток	Скорость, Мбит/с	Цифровой поток		Скорость, Мбит/с	Цифровой поток	Скорость, Мбит/с
PDH	1	E1	2,048	Т1		1,544	DS1	1,544
	2	E2	8,448	Т2		6,312	DS2	6,312
	3	E3	34,368	Т3		44,76	DSJ3	32,064
	4	E4	139,264	Т4		276,176	DSJ4	97,728
	5	E5	564,998	-		-	DSJ5	400,352
SDH	0	STM-0	5 1,84
	1	STM-1	155,52
	4	STM-4	622,08
	16	STM-16	2448,32
	64	STM-64	9793,2 8
	256	STM-256	39173,12

Объединяемые в процессе группообразования посылки связывают со ступенями иерархии, номера которых называются уровнями иерархии. Различают три ветви (американская, японская и европейская) плезиохронной иерархии PDH и синхронную (на более высоких уровнях) иерархию SDH, параметры которых представлены табл. 6.2. Ветви и уровни характеризуются скоростью передачи результирующего цифрового потока различных ступеней, кадрами цифровых потоков и символикой их обозначений

Российские телекоммуникационные операторы используют в первичных сетях в основном европейскую иерархию скоростей PDH, которая дает последовательность E1 – E2 – E3 – E4 – E5. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно информацию от 30, 120, 480, 1920 и 7680 источников, что отражается в названии систем, работающих с использованием технологии импульсно-кодовой модуляции сигнала: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т.д.

6.2. Стандартные последовательные цифровые коды

Кодирование информационных сигналов осуществляется с учетом максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. При разных типах кодов предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода прямо зависят также сложность приемо-передающей аппаратуры и надежность передачи информации. Некоторые коды, используемые в АСКУЭ, показаны на рис. 6.6.

Р и с. 6.6. Наиболее распространенные коды передачи информации

Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой последовательный цифровой сигнал. Достоинства: простая реализация, минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Например, при скорости передачи с=10 Мбит/с (длительность одного бита _б=100 нс) частота изменения сигнала и, соответственно, требуемая пропускная способность линии составит f_п=1/Т₀=1/200 нс = 5 МГц (рис. 6.7).

Р и с. 6.7. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ

Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – трехуровневый код, у которого после значащего уровня сигнала в первой половине передаваемого бита информации следует возврат к некоему «нулевому» уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого бита. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала. В центре каждого бита всегда есть положительный или отрицательный переход, из которого формируется синхроимпульс (строб), поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ, так как на один бит у него приходится два изменения уровня напряжения. Например, при с=10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ. Код RZ применяется в электрических кабелях и в оптоволоконных линиях связи. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используются три уровня: отсутствие света, «средний» свет («0»), «сильный» свет («1»). Даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 6.8).

Р и с. 6.8. Использование кода RZ в оптоволоконных линиях

Код Манчестер-II, или манчестерский код, получил наибольшее распространение в аппаратуре передачи информации. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а всего только два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре бита (т.е. первая половина битового интервала – низкий уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре бита (или наоборот). Обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику кода Манчестер-II легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал, что дает возможность передавать информацию сколь угодно большими пакетами без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать величины 25%. Пропускная способность линии соответствует коду RZ. Код Манчестер-II используется как в электрических, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой – наличию света). Достоинство манчестерского кода – отсутствие постоянной составляющей в сигнале, так как в посылке половину времени сигнал положительный, другую половину – отрицательный. Это дает возможность применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две гармоники. При скорости передачи 10 Мбит/с – это 10 МГц для передаваемой цепочки из одних нулей или из одних единиц и 5 МГц для последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010... . Поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты (помехи, наводки, шумы).

Все известные коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух– или трехуровневых прямоугольных импульсов. Однако иногда используется и другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала. Такое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи. К тому же при прохождении по каналу связи синусоидального сигнала не искажается форма огибающей, а только уменьшается ее амплитуда.

К самым простым видам аналогового кодирования цифровых сигналов относятся следующие (рис. 6.9):

Р и с. 6.9. Аналоговое кодирование цифровой информации путем модуляции несущего колебания

• амплитудная модуляция (AM), при которой логической единице соответствует наличие сигнала, а логическому нулю – его отсутствие (или сигнал меньшей амплитуды);

• частотная модуляция (ЧМ), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот);

• фазовая модуляция (ФМ), при которой смене логического нуля на логическую единицу и логической единицы на логический нуль соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной и той же частоты и амплитуды.

Сигналы, непосредственно передаваемые по физическим линям связи, подвержены влиянию ряда факторов, воздействие которых может привести к возникновению ошибок в принятой информации. Ошибки могут возникать вследствие влияния на канал связи наводок и помех естественного или искусственного происхождения, а также изменения конфигурации системы передачи информации с временным нарушением или без нарушения целостности канала связи. Кардинальным способом снижения вероятности ошибок при приеме является введение избыточности в передаваемую информацию. В системах передачи информации без обратной связи данный способ реализуется в виде помехоустойчивого кодирования, многократной передачи информации или одновременной передачи информации по нескольким параллельно работающим каналам. Помехоустойчивое кодирование более доступно; при прочих равных условиях позволяет обойтись меньшей избыточностью и за счет этого повысить скорость передачи информации.