Об'єднання цифрових потоків
1. Способи об'єднанняцифрових потоків
При часовомугрупоутвореннi в передавальній частині цифрових систем передачі (ЦСП)здійснюється об'єднання компонентних цифрових потоків, що сформовані системамипередачі більш низького порядку, у груповий (агрегатний) потік, а в приймальнiйчастині здійснюється роз'єднання агрегатного потоку на компонентні.
Об'єднання(мультиплексування) цифрових потоків може бути синхронним або асинхронним. Якщогенератори ЦСП, що формують компонентні потоки, синхронізовані з генераторомЦСП, що формує агрегатний потік, то виконується синхронне об'єднаннякомпонентних цифрових потоків. Якщо ж зазначена взаємна синхронізація відсутня,то здійснюється асинхронне об'єднання цифрових потоків. Синхронне об'єднання єокремим випадком асинхронного.
Мультиплексуваннякомпонентних потоків в агрегатний у принципі може бути побітовим (порозрядним),побайтовим (поканальним) і поцикловим (посистемним). На практицівикористовується побітове об'єднання, що вимагає найменший обсяг пристрою пам’яті(ПП).
У ЦСП синхроннійцифровій ієрархії (SDH) потоки, які поєднуються, синхронні, а в ЦСП ієрархіїPDH – майже синхронні (тактові частоти компонентних систем за рахунокнестабільності генераторів незначно, але все-таки відрізняються одна відодної).
Процес об'єднанняяк синхронних, так і асинхронних цифрових потоків передбачає запис компонентнихпотоків у пристрій пам’яті (ПП) блока спряження (БС), відведеного для кожного зпотоків. Запис здійснюється з тактовою частотою компонентного потоку, азчитування – з частотою, кратною тактовій частоті агрегатного потоку. Спрощенаструктурна схема устаткування об'єднання цифрових потоків наведена на рис. 1.
/>
Рисунок 1
2. Об'єднаннясинхронних цифрових потоків
цифровийпотік агрегатний плезіосинхронний
На рис. 2зображено послiдовностi iмпульсiв запису (ЗП) і зчитування (СЧ). В принципі співвідношенняміж частотами запису (/>) і зчитування (/>) /> може бути як незмінною,так і змінною величиною. Якщо /> (/>), то інтервал міжімпульсами запису і зчитування /> будепостійним, незмінним за часом.
/>
Рисунок 2
Якщо ж частоти /> і /> розрізнюються між собою напостiйну величину (/>), то післякожного зчитування часовий інтервал /> міжмоментами запису і зчитування змінюватиметься.
У випадку/> величина /> зменшується від деякогомаксимального значення до нуля, а при черговому зчитуванні величина /> знову виявляєтьсямаксимальною. На рис. 3 наведено послідовності сигналів запису і зчитування(для конкретності прийнято />,вiдповiдно />).
/>
Рисунок 3
Оскільки частотаімпульсів зчитування /> перевищуєчастоту імпульсів запису/>, то ПП«спустошується» до моменту/> =0,тобто деякі імпульси зчитування виявляються зайвими і їх необхідно вилучити,інакше будуть зчитанi «нулі» і передані як інформаційні, що реально відсутні узагальному інформаційному потоці. Часові позиції, що звільнилися (позитивнiчасовi зміщення), можна використовувати для передачі службової інформації. Наприймальній стороні службові сигнали виділяються за ознакою сталості їхньоїчастоти проходження.
У випадку /> часовий інтервал/> між моментами запису ізчитування збільшується до деякого максимального значення, а при черговомузчитуванні він виявляється мінімальним. На рис. 4 наведено послідовностісигналів запису і зчитування для випадку />, вiдповiдно
/>.
/>
Рисунок 4
Оскільки при /> ПП переповнюється, товиникають моменти, якi характеризуються двома інформаційними імпульсами, щоприходяться на один імпульс зчитування. Для забезпечення нормального процесуоб'єднання потоків необхідно в потік імпульсів зчитування вводити додаткові імпульси(негативнi часовi зміщення). Сталість частоти проходження часових зміщеньдозволяє правильно відновлювати інформаційні сигнали, передані в моментивиникнення негативних часових зміщень.
Частота часовихзміщень у зчитаної послідовності імпульсів залежить від співвідношення частотзапису і зчитування. Чим більшою мірою вони відрізняються, тим частішеформуються часові зміщення. Кількість інформаційних символів (R) між сусіднімичасовими зміщеннями визначається співвідношенням
/>,
де /> – ціла частина а знадлишком.
Період появленнячасових зміщень /> визначаєтьсяспіввідношенням
/>,
а частота їхвиникнення /> – співвідношенням
/>.
Так, длянаведених на рис. 3 і рис. 4 послідовностей з позитивними i негативнимичасовими зміщеннями, значення R, /> і /> відповідно дорівнюють/>
/>
для позитивнихчасових зміщень (рис. 3) i
/>
для негативнихчасових зміщень (рис. 4).
Таким чином, при об'єднаннісинхронних цифрових потокiв співвідношення мiж частотами запису i зчитуваннянезмiннi. Завдяки цьому при об'єднанні розглядуваних потоків часові зміщення формуютьсячерез визначену i суворо постійну кількість інформаційних імпульсів (R =const). Частота i періодичність появлення часових зміщень також незмiнні (/>= const; />= const).
Потоки, у якихчасові зміщення (стафінги) формуються чітко через визначену і незміннукількість інформаційних імпульсів, є однорідними.
3. Об'єднанняасинхронних цифрових потоків
Цифрові потокиплезіосинхронної ієрархії не синхронні. Тому у реальних умовах відношення /> змінюється за рахунокнестабільності частот запису i зчитування. У результаті чітко періодичністьпояви часових зміщень порушується – виникають неоднорідності, що призводять дотого, що кількість інформаційних імпульсів між сусідніми часовими зміщеннями непостійна. Тому значенням /> визначаєтьсядробове число. Ці неоднорідності з'являються з періодичністю, що визначаєтьсяспіввідношенням
/>,
де L – кількістьчасових зміщень, що складають цикл неоднорідностей;
n – кількістьнеоднорідностей у цьому циклі.
Знаки (+) і (–)вказують напрямок зміни часового інтервалу між часовими зміщеннями. Позитивнийзнак вказує на збільшення, а негативний – на зменшення цього інтервалу. Такіпотоки є неоднорідними. На рис. 5 наведено послідовності імпульсів запису ізчитування для двох варіантів співвідношення мiж частотами запису і зчитування: /> і />відповідно.
/>
Рисунок 5
З рис. 5, а видно,що за /> величина /> імпульсу, а
/>.
Отже, між сусіднімичасовими зміщеннями R=3 імпульси, цикл неоднорідностей L=4, включаючи однунеоднорідність у циклі (n=1). Негативний знак вказує на зменшення інтервалу міжсусідніми часовими зміщеннями під час виникнення неоднорідністі. У розглянутомуприкладі значення R змінюється вiд 3-х до 2-х.
За /> значення />, а
/>.
Цьому відповідаєпотік, зображений на рис. 5, б, у якому між сусідніми часовими зміщеннямикількість інформаційних імпульсів R=7, цикл виникнення неоднорідностей L=2,включаючи одну неоднорідність у циклі. Значення R змінюється від 7-ми до 6-ти.
Отже, положеннячасових зміщень і кількість неоднорідностей змінюється під час зміниспіввідношень між частотами запису і зчитування. Якщо на рис. 5, а призаданому співвідношенні мiж частотами запису і зчитування виникає однанеоднорідність, то за інших співвідношеннях цих частот з'являється інша кількістьнеоднорідностей.
Наприклад, за /> величина />, а
/>.
Отриманірезультати вказують на те, що в циклі з L=5 часових зміщень міститься n=2неоднорідності, значення R змінюється від 3-х до 2-х.
Слід зазначити,що в реальних умовах співвідношення між частотами запису і зчитуваннязмінюється у невеликих межах. Разом з тим очевидно, що змiщення положеннячасових зсувiв у послідовності імпульсів необхідно компенсувати, щобзабезпечити передачу службової інформації на визначених і незмінних часовихпозиціях. Зазначена компенсація можлива або виключенням на передавальнійстороні «зайвих» імпульсів зчитування інформаційних символів із ПП (за />), або їхнім додаванням (за/>). У результаті відбуваєтьсяузгодження швидкості компонентного потоку зі швидкістю агрегатного вперерахунку на один компонентний потік. Iнформування приймальної сторони провсі операції (виключення – додавання імпульсів зчитування) здійснюєтьсяпередачею команд узгодження швидкостей (КУШ). Крім того, в асинхронних системахдля циклової синхронізації приймального устаткування агрегатної системи вскладі службових сигналів передаються синхросигнали. Прийнятий агрегатний потікрозділяється на компонентні, кожен з яких записується у «свiй» ПП тактамиагрегатної системи з перерахунком на компонентну, а зчитування здійснюєтьсятактами компонентної системи.
У європейському варіантіплезіосинхронної цифрової ієрархії (PDH) значення кратності частоти зчитуваннядорівнює чотирьом, тобто />, де /> − тактова частотагрупового (агрегатного) потоку. Так, наприклад, при об'єднанні 4-х первиннихпотоків (Е1) у вторинний (Е2) частота запису кожного з потоків Е1 складаєзначення />кГц, а частота зчитування кожногоз цих потоків /> кГц. Перевищеннячастоти зчитування над частотою запису дає можливість передавати в агрегатномупотоці службову інформацію, що необхідна для забезпечення нормальної роботи агрегатноїсистеми. Таким чином,
/>,
де />, а /> − частота(швидкість) передачі службових сигналів у розрахунку на один компонентнийпотiк. Наприклад, у ЦСП ІКМ-120 для кожної компонентної системи (ІКМ-30)частота запису />кГц, а частота зчитування/>кГц. Тому частота передачіслужбових сигналів />кГц у розрахункуна один компонентний потік. В агрегатному потоці частота передачi службовихсигналів у чотири рази вище: />кГц, ашвидкiсть передачi агрегатного потоку складає В=4·2048+256=8448 кбіт/c.
Слід підкреслити,що номінальна частота зчитування при об'єднанні асинхронних цифрових потоківзавжди вибирається вище частоти запису. Часові зміщення, що з'являються зарахунок різниці номінальної частоти зчитування і частоти запису, є нормованими,тому вони не потребують передачі інформації про їхню наявність. Часовiзміщення, якi порушують нормоване спiввiдношення частоти запису і номінальноїчастоти зчитування, сприймаються як неоднорiдностi i усуваються, про щоінформує приймальна сторона.
У побудовіапаратури об'єднання цифрових потоків передбачена можливість як позитивного,так і негативного узгодження швидкостей, тобто двостороннього(позитивно-негативного) узгодження швидкостей.
4. Структурнасхема устаткування об'єднання (роз'єднання) асинхронних цифрових потоків
Структурна схемаустаткування об'єднання асинхронних цифрових потоків наведена на рис. 6.
У кожному зблоків асинхронного спряження (БАС-1 … БАС-4) компонентний потік, що надходить,записується в ПП тактами компонентних потоків (систем передачі). Сигнализчитування надходять на ПП кожного з БАС з відповідних виходів генераторногообладнання (ГО) передавача агрегатної системи.
Якщо співвідношенняміж частотами запису і зчитування (/> )незмінне, то сигнали зчитування надходять на вхід БАС через елементи АБО-2 і НІбез будь-яких змін.
Якщо ж заданеспіввідношення змінюється в ту або іншу сторону і різниця між послідовностямиімпульсів запису та зчитування досягає періоду зчитування, то часовий дискримінатор(ЧД), що визначає моменти появи і знак неоднорідності, видає відповідний сигналу передавач команд узгодження швидкостей (КУШ). За цим сигналом у потікімпульсів зчитування або додається імпульс зчитування через схему АБО-2, абовиключається один з імпульсів зчитування шляхом заборони за командою зпередавача КУШ проходження імпульсу через схему НІ (схему заборони).
/>
Рисунок 6
Формуванняагрегатного потоку здійснюється шляхом об'єднання вихідних сигналів блоківасинхронного спряження і службових сигналів.
На приймальнійстороні агрегатний потік розділяється на компонентні потоки. Структурна схемаустаткування роз'єднання прийнятого потоку на компонентні наведена на рис.7.
Агрегатний потікнадходить на пристрій роз’єднання, що складається зі схем збігу І1...І4. Піддією імпульсних послідовностей з ГО відбувається розподіл прийнятого потоку міжприймальними блоками асинхронного спряження (БАС-ПМ-1… БАС-ПМ-4). У цих блокахздійснюється відновлення швидкості (тактової частоти) компонентних потоків. Дляцього в кожному БАС-ПМ цифрова послідовність, виділена в пристрої роз’єднання,надходить у ПП. Сигнали запису надходять у ПП з відповідних виходів ГО черезАБО-2 і НІ. Зчитування з ПП здійснюється сигналами, що формуються пристроємфазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ). Частота зчитування дорівнюєсередньому значенню частоти запису. До складу ФАПЧ входять часовийдискримінатор (ЧД), генератор, керований напругою (ГКН), і схема керування(СК). ФАПЧ формує сигнал, що відповідає поточному значенню часового інтервалуміж моментами запису і зчитування.
/>
Рисунок 7
Якщо у складіприйнятого цифрового потоку відсутні КУШ, то сигнали запису з ГО надходять у ППбез будь-яких змін. У випадку появи КУШ про наявність позитивного часовогозсуву (один з імпульсів зчитування виключений на передавальній стороні) приймачКУШ видає сигнал на забороняючий вхід схеми НІ, у результаті чого забороняєтьсязапис у ПП. При одержанні КУШ про наявність негативного часового зсуву (напередавальній стороні зроблено зчитування інформації зі ПП додатковимімпульсом) приймач КУШ формує сигнал, що проходить через АБО1, відкриваєелемент І1, проходить через АБО2 і НІ як додатковий сигнал запису. Крім того,цей додатковий сигнал запису надходить на вхід ЧД схеми ФАПЧ. На другий вхід ЧДнадходять сигнали зчитування з ГКН. На виході ЧД формується напруга постійногоскладового сигналу, яким і здійснюється керування частотою ГКН.
Об’єднаннясинхронних цифрових потокiв є окремим випадком об’єднання асинхронних цифровихпотокiв, за яким частота зчитування кратна частотi запису. Тому iмпульснiпозиції часових зсувiв можна повнiстю використовувати для передачi службової таiншої iнформацiї.
Перехід усинхронний режим роботи дозволяє спростити обладнання об’єднання цифровихпотоків. Зокрема, оскільки в цьому режимi завжди підтримується незміннеспіввідношення мiж частотами запису і зчитування, то в передавальній частиніобладнання (рис. 6) стають непотрібними передавач КУШ, схема АБО Назабороняючий вхід схеми НІ керуючий сигнал надходить з часового дискримінатора.У приймальному обладнаннi (рис. 7) прийняті сигнали після розподілу надходять уПП, у якому зчитування здійснюється з частотою, рівній частоті запису сигналу вПП передавальної частини обладнання. Тому відпадає необхідність у пристроїФАПЧ, приймачі КУШ, елементах АБО, НІ.