3.2.4 Иерархия цифровых каналов

Основой иерархии цифровых каналов ISDN является канал ИКМ для речевого сигнала с полосой 3,1 кГц при частоте дискретизации 8кГц и разрядностью кодового слова 8, обеспечивающий скорость передачи 64 кбит/с. В США и Японии используется неравномерная ИКМ с μ-законом компандирования, а в Европе – с А-законом. В соответствии с рекомендацией МККТТ G.133 возможен переход от к А-закону компандирования. Для улучшения разборчивости и верности восприятия речи в ISDN вводится новая телефонная служба с полосой 7 кГц, реализованная с помощью адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) с частотой дискретизации 16 кГц и разрядностью кодового слова 4, что требует скорость передачи 64 кбит/с (рекомендация G.722). Для обычных телефонных сигналов с полосой от 0,3 до 3,4 кГц могут использоваться скорости передачи 32, 16, 8 кбит/с. Кодеки со скоростью 8 и 16 кбит/с используются в сетях подвижной связи. При этом применяются непрозрачные типы соединений ИКМ-АДИКМ, ИКМ-ДМ (рекомендация G.6.821).

В рекомендации МККТТ G.702 приведена структура европейской иерархии цифровых каналов (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Европейская иерархия цифровых каналов

Уровень иерархии	1	2	3	4
Скорость, кбит/с	2048	8448	34368	139264
Число каналов	30	120	480	1920
Среда	Симметрич- ный кабель ВОЛС	Коаксиаль-ный кабель ВОЛС, РРЛ	Коаксиаль-ный кабель ВОЛС, РРЛ	Коаксиаль-ный кабель ВОЛС, РРЛ
Рекомендация	G.952,G.956	G.954,G.956	G.954,G.956	G.954,G.956

Структура первого канала ИКМ была разработана компанией АТТ в 1962 году на 24 сигнала с семи разрядным кодированием и восьмым символом для сигнализации. При этом на 24×(7+1) символов вводился еще один символ синхронизации, что обеспечивало скорость передачи [(24×8)+1]×8000 (1/с)= =1544 кбит/с (канал передачи Т1) (рис. 3.12).

В каналах Т1 нельзя передавать длинные последовательности нулей, в этом случае 5 искусственно для неречевых сообщений в каждый октет вводится единица в восьмой символ. При передаче речевых сигналов октеты из одних нулей не применяются. Символы внутри 24-го канала необходимы для различения циклов и сверхциклов, а также для извещения об аварии и передачи проверочных символов (система CRC-6).

Р ис. 3.12. Первичный групповой сигнал Т1

В Европе используется система с тридцатью телефонными каналами (Е1), а сигнализация полностью отделена от передачи речи.

Рис.3.13. Первичный групповой сигнал Е1

Канальные интервалы с 1-го по 15-тый с 17-го по 31-ый предназначены для телефонных сигналов, 16-ый канал − для канальной сигнализации (ОКС−7), а 0-вой канал для цикловой синхронизации и извещении об аварии (система CRC-4, П − первичный символ, А − символ аварии, Р − резерв ).

В США на более высоких уровнях иерархии используется группообразование цифровых каналов с коэффициентами 3, 4, 5, 7, а в Европе − 4 на каждом уровне, т. е. всегда объединяются четыре сигнала предыдущего уровня.

Реализуются эти уровни с помощью цифровых систем передачи (ЦСП) − ИКМ-30, ИКМ-120 и т. д., на основе плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ, PDH). При временном группообразовании скорость объединяемых цифровых потоков незначительно отличаются друг от друга на различных станциях сети. Для согласования скоростей цифровых потоков применяются специальные меры перед объединением в поток более высокой ступени иерархии, эта процедура называется стаффингом. Для группообразования обычно используется согласование скоростей потоков на выходе УК с двухсторонними вставками, а в ФРГ – только с положительными вставками (рекомендации МККТТ G.753, G.754).

Например, входной сигнал записывается в буферную память УК на своей собственной частоте, а считывание сигнала производится с повышенной частотой, которая соответствует пропускной способности канала передачи. Как только сдвиг фазы между колебаниями с частотами записи и считывания превысит определенную величину, в выходной сигнал вводится не содержащий информации бит вставки (стаффинг) (рис. 3.14).

Если процедуру стаффинга не проводить, то при входной скорости передачи больше выходной будет потеря символа, а в случае, если входная скорость передачи будет меньше выходной, повторение символа. Эти эффекты называются проскальзываниями. Вставки вставляются только в определенные места цикла, и об этом сообщается приемному комплекту по служебному каналу связи.

Рис. 3.14. Процедура стаффинга

ПЦИ присущ ряд недостатков:

1. наличие нескольких иерархий в Европе, Америке, Японии;

2. плезиохронный характер мультиплексирования, затрудняющий ввод и вывод каналов на промежуточных пунктах;

3. при нарушении синхронизации группового сигнала в ПЦИ сравнительно много времени требуется для восстановления синхронизации;

4. почти полное отсутствие средств сетевого контроля и управления, что не позволяет создать надежную сеть.

Преодолеть все эти недостатки ПЦИ невозможно, поэтому с появлением ВОЛС с 1985 г. осуществляется переход на синхронную цифровую иерархию (СЦИ, SDH). В СЦИ преодолены основные недостатки ПЦИ, хотя основную нагрузку до сих пор дают ПЦИ (в Рязани системы передачи ИКМ-480 работает на основе ПЦИ, а EWSD – на основе СЦИ).

Первичный поток 64 кбит/с в ПЦИ и СЦИ один и тот же. На первом уровне цифровой иерархии производится синхронное побайтовое мультиплексирование 32-х в Европе или 24-х в США первичных потоков по 64 кбит/с. На следующих уровнях осуществляется объединение компонентных потоков, которые отличаются в иерархиях ПЦИ и СЦИ Европы, Америки и Японии.

В отличие от ПЦИ СЦИ выполняет функции как передачи информации, так и контроля и управления, при этом может транспортировать сигналы ПЦИ. В СЦИ используется принцип контейнерных перевозок, т.е. все сигналы предварительно размещаются в стандартных контейнерах. Далее все операции производятся с контейнерами независимо от их содержания.

Преобразование исходных сигналов посредством процедуры временного группообразования производится в синхронных транспортных модулях (STM) соответствующего уровня. Скорость передачи STM-1 – 155,520 Мбит /с при 1920 каналах, STM-4 – 622,080 Мбит/с при 7680 каналах, STM-16 – 2488,320 Мбит/с при 30720 каналах. Оборудование SDH обычно организуется на основе волоконно-оптических колец, где в пунктах концентрации устанавливаются мощные транзитные центры (сетевые узлы), а вдоль по кольцу – мультиплексоры и кроссовое оборудование для выделения цифровых потоков (рис. 3.15).

Р ис. 3.15. Цифровое "кольцо" городской сети телефонной связи

Системы SDH позволяют вводить и выводить отдельный канал или группу каналов в высокоскоростные цифровые потоки. Взаимодействие SDH и PDH осуществляется на уровнях 2, 34 и 140 Мбит/с.

Городские СТС на основе PDH могут строиться при числе станций не более трех, что объясняется увеличением согласующего оборудования. При использовании систем SDH число станций ограничивается возможностями синхронных транспортных модулей.