Синхронная цифровая иерархия (сци). Принципы формирования транспортных структур, особенности топологии сети сци.

В последние годы происходит бурное внедрение высокоэффективных систем, относящихся к синхронной цифровой иерархии. Это во многом связано с рядом существенных недостатков, присущих ПЦИ. Один из них, например, заключается в том, что нарушение синхронизма в групповом сигнале ЦСП более высокого уровня приводит к нарушению синхронизма во всех компонентных потоках более низкого уровня, а восстановление синхронизма при этом должно производиться последовательно от высших к низшим ступеням иерархии, что потребует относительно большого времени.

Другой недостаток ПЦИ состоит в том, что организация сети невозможна без выделения (и ввода) из цифровых потоков составляющих, относящихся к более низким ступеням иерархии, для целей ответвления, транзита или доступа к служебной информации. При использовании ПЦИ это обычно осуществляется путём расформирования группового сигнала, что приводит к необходимости применения в пунктах выделения и транзита громоздкого оконечного оборудования. Проблема выделения некоторых составляющих ещё более усложнится при реализации на современных сетях глубокой автоматизации функций контроля, управления и обслуживания, что потребует выделения в циклах ЦСП дополнительных специальных позиций и введения в состав станционного оборудования соответствующих интерфейсных, контрольных и исполнительных устройств.

Кроме того, следует учитывать, что к настоящему времени сложились три варианта иерархии ПЦИ, отличающиеся номинальными значениями скоростей передачи на различных уровнях: европейская, североамериканская и японская. Это приводит к затруднению при организации международной связи.

Возникающие проблемы могут быть эффективно решены в рамках СЦИ, которая выступает в ранге новой единой цифровой иерархии и является качественно новым этапом развития цифровых сетей связи, создаваемой с учётом новейших достижений в технике сетей.

К основным достоинствам СЦИ следует отнести: упрощение процессов объединения-разделения цифровых потоков; прямой доступ к компонентам с меньшими скоростями без необходимости объединения-разделения всего высокоскоростного сигнала; существенное расширение возможностей эксплуатации и технического обслуживания; лёгкий переход к более высоким скоростям по мере развития техники и т.д.

Передача информации в СЦИ рассматривается как процесс перемещения информации, т.е. её транспортировки. При этом СЦИ реализуется таким образом, что предусматривается возможность транспортирования сигналов не только новых широкополосных служб, но и сформированных с помощью оборудования ПЦИ. Исходные сигналы посредством процедуры временного группообразования преобразуются в синхронный транспортный модуль соответствующего уровня, представляющий собой блочную циклическую структуру. Скорость передачи СТМ первого уровня установлена равной 155520 кбит/с, что выше скорости четвертичной ЦСП европейской ПЦИ (139264 кбит/с). Для СТМ более высокого уровня предусматривается увеличение скорости в N раз, причём N принимает значения 4, 16, 64. СТМ-1 содержит одну группу административных блоков (AUG, SOH). CTM-N содержит N AUG и SOH. Значения N соответствуют уровням СЦИ.

Принципами СЦИ предусматривается создание на сети связи универсальной транспортной системы (ТС), органически объединяющей сетевые ресурсы, которые выполняют функции передачи информации, контроля и управления (оперативного переключения, резервирования и др.). ТС является базой для всех существующих и планируемых служб, интеллектуальных, персональных и других сетей. Информационной нагрузкой ТС СЦИ могут быть сигналы любой из существующих ПЦИ, потоки ячеек ATM или иные цифровые сигналы. Аналоговые сигналы должны быть предварительно переведены в цифровую форму, что может быть выполнено с помощью имеющегося на сети или нового оборудования.

Универсальные возможности транспортирования разнородных сигналов достигаются в СЦИ, благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В ТС СЦИ перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры - виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки. Сетевые операции с виртуальными контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из контейнера сигналы нагрузки обретают исходную форму. Поэтому ТС СЦИ является всемирно прозрачной и может немедленно использоваться для развития любых действующих сетей.

ТС СЦИ содержит информационную сеть и систему контроля и управления. Информационная сеть СЦИ построена по функциональным слоям, связанным отношениями клиент/сервер. Клиентом для верхнего слоя сети является потребитель. Сам верхний слой, в свою очередь, выступает в роли клиента для следующего более низкого и т.д. Все слои выполняют определенные функции и имеют стандартизованные точки доступа. Каждый слой оснащен собственными средствами контроля и управления, что минимизирует операции при авариях и снижает влияние аварии на другие слои. Функции каждого слоя не зависят от способа физической реализации нижнего обслуживающего слоя. Каждый слой может создаваться и развиваться независимо. Указанное послойное построение облегчает создание и эксплуатацию сети и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей. Сеть СЦИ содержит три топологически независимых слоя каналов, трактов и среды передачи, которые разделяются на более специализированные.

Сети слоя каналов соединяют различные комплекты оконечной аппаратуры СЦИ и терминалы потребителей. Слой каналов поддерживает такие службы, как служба аренды каналов, служба пакетной коммутации, коммутации каналов и др.

Ниже лежит слой трактов. Он делится на два слоя: трактов нижнего и верхнего ранга. Сети трактов полностью независимы от физической среды и могут иметь собственную топологию. В слое трактов осуществляется программный и дистанционный контроль и управление соединениями.

Слой среды передачи делится на два: слой секции (верхний) и слой физической среды. Секции выполняют все функции, которые обеспечивают передачу информации между двумя узлами слоя трактов. В качестве физической среды используются волоконно-оптические (ВО) или радиолинии. В слое секции СЦИ имеются два слоя: слой мультиплексных секций (MS) и слой регенерационных секций (RS). MS обеспечивает от начала до конца передачу информации между пунктами, где оканчиваются либо переключаются тракты, a RS-передачу информации между регенераторами или между регенераторами и пунктами окончания или коммутации трактов.

Квантование по уровню. Равномерное квантование. Неравномерное квантование. Амплитудные характеристики квантования. Защищённость от шумов квантования и ограничения

Амплитуда АИМ сигнала принимает бесконечное множество значений, что требует при кодировании использования многоразрядных кодов. Задача решается путём ограничения числа возможных значений амплитуд АИМ отсчётов конечным множеством. При этом истинное значение АИМ отсчёта заменяется ближайшим разрешённым значением. Число разрешённых уровней квантования зависит от вида сигнала и требований качеству его преобразований.

Квантователь характеризуется числом уровней квантования Nкв, шагом квантования δ, напряжением ограничения Uогр.

Если шаг квантования во всём динамическом диапазоне сигнала постоянный, то квантование называется равномерным. При этом шаг квантования: δ= Uогр/Nкв.

Средняя мощность шумов квантования при этом: Ршкв=δ2/12.

Поскольку Ршкв не зависит от мощности сигнала, то защищённость от шумов квантования Азкв=10lg(Рс/Ршкв)=рс-ршкв оказывается небольшой для слабых сигналов и возрастает при увеличении уровня сигнала.

Для того, чтобы выполнить требования к Азкв необходимо уменьшить δ, т.е. увеличить Nкв.

При уменьшении δ в 2 раза Ршкв ↓в 4 раза, а Азкв ↑на 6 дБ.

Для максимального по амплитуде двух полярного сигнала:

Азкв=6m-9,2 дБ, где m – разрядность кода.

Для слабых сигналов:

Азкв=6m-42,2 дБ.

Если требуемая защищённость Азквтр=30 дБ, то потребуется m=12 (Nкв=4096). При этом Азквmax более чем на 30 дБ превышает требуемую Азквтр.

Большая разрядность кода усложняет аппаратуру и увеличивает тактовую частоту. Указанный недостаток можно устранить, используя неравномерное квантование. В этом случае для слабых сигналов δ выбирается минимальным и ↑для сильных сигналов. При этом для слабых сигналов Ршкв уменьшается, а для сильных – увеличивается. В результате Азквmin ↑, Азквmax – ↓.

Неравномерное квантование позволяет снизить разрядность до m=8 (Nкв=256), обеспечивающее Азквтр во всём динамическом диапазоне сигнала (≈ 40 дБ).

Неравномерное квантование может быть обеспечено путём сжатия динамического диапазона сигнала с последующим равномерным квантованием.

Сжатие осуществляется с помощью компрессора, имеющего нелинейную АХ.

Для восстановления динамического диапазона необходимо использовать экспандер, АХ которого должна быть обратной АХ компрессора.

Компрессор + экспандер = компандер. Результирующая АХ компандера должна быть линейной.

В ЦСП применяют двойные логарифмические характеристики компандирования типов А и µ. Характеристики принято изображать в нормированном виде. Характеристика типа А соответствует европейской иерархии, типа µ - северо-американской.

Неравномерно квантование – характеристика компрессии типа А-87,6/13:

Общее число сегментов 16. Четыре центральных сегмента фактически образуют 1, поэтому число сегментов 13.

Каждый из сегментов содержит 16 шагов квантования, их общее число 256.

Шаг квантования внутри сегмента постоянный, т.е. осуществляется равномерное квантование. При переходе от сегмента к сегменту δ увеличивается в 2 раза. Минимальный шаг квантования δ0 соответствует 0 и 1-ому сегментам: δ0=Uогр/128*16=Uогр/211.

Шаг квантования в i-ом сегменте:

при i=0,1 δ= δ0,

при i=2,3,…,7 δ= δ0*2i-1.

Максимальный шаг квантования δ7 в 64 раза больше δ0.

Выигрыш в помехозащищённости для слабых сигналов составляет 24 дБ. Зависимость Азкв от уровня сигнала по мощности Рс:

Напряжение на входе:

нормируемое значение, соответствующее началу i-го сегмента.

Напряжение на выходе: