12.1.6. Синхронізація цифрових телефонних мереж

Одним з важливих питань при побудові цифрових мереж є синхронізація і синфазування переданих і прийнятих сигналів, що комутуються. Безпомилковий прийом інформації можливий при однакових швидкостях роботи тактових генераторів передавальних і прийомних станцій. Крім цього необхідна синфазна робота і цифрові системи передачі, що самі є джерелами двох видів перекручувань цифрового сигналу, що виникають за рахунок використання регенерації із самохронуванням, тобто з виділенням тактової частоти з імпульсної послідовності, яка надходить на регенератор. Цими перекручуваннями є цифрові помилки і джитер (фазове тремтіння або блукання фази). При проходженні по лінії зв'язку джитер виникає в першому регенераторі, доповнюється і накопичується на кожному наступному. Сумарний джитер пропорційний кількості регенераторів у лінії зв'язку. З кількістю регенераторів зростає і дисперсія джитера, що призводить до появи шуму на виході ЦСП.

Цифрові помилки (взаємна трансформація одиниць і нулів) позначаються на якості мови по різному, в залежності від місця розташування розряду в кодовій комбінації сигналу ІКМ. Цифрова помилка в телефонному каналі сприймається як щиглик, він відчутний і впливає на сприйняття мови, якщо цифрова помилка відбулася в одному з двох старших розрядів, що відповідає найбільшій зміні дискрета (позитивному або негативному). Якість зв'язку залишається задовільною, якщо щиглики відбуваються не частіше, ніж один у хвилину. Для стандартних систем ІКМ-30/32 при f=8Гц за хвилину передається 48x10⁴ кодових груп із загальною кількістю небезпечних старших розрядів 96x10⁴. При рівній ймовірності виникнення помилок у будь-якому символі припустима ймовірність помилки складає 1/9Ьх10⁴ , що приблизно дорівнює 10'⁶. Для взаємної синхронізації цифрових АТС застосовують в основному два методи: ізохронний і плезіохронний.

1^ При ізохронному методі на одній із станцій мережі встановлюється високостабільний генератор тактових імпульсів, ' що є ведучим стосовно тактових генераторів інших станцій мережі. Синхронізація може здійснюватися шляхом виділення із сигналу на вході прийомної станції тактової частоти задаючого генератора і фіксації його фази, з наступним регулюванням частоти і фази генератора прийомної станції до повного збігу з фазою і частотою задаючого генератора. Це найпростіший спосіб синхронізації, однак наявність одного задаючого генератора означає, що вихід його з ладу призводить до порушення роботи всієї мережі. Крім того, до нестабільності частоти цього генератора пред'являються дуже високі вимоги.

Для підвищення надійності роботи мережі при використанні ізохронного методу вводиться багаторівнева ієрархічна структура організації взаємозв'язку тактових генераторів на мережі (рис.12.6а). Рівні ієрархії визначаються відповідно до типу задаючих генераторів на вузлах мережі. Вузли найвищого рівня містять високостабільні атомні генератори з відносною нестабільністю 10-9-10-п. Вузли наступних рівнів містять кварцові генератори з нестабільністю не нижче 10-⁶. Частота кварцових генераторів може регулюватися електричним шляхом по сигналах, що надходить від ліній керування. Зв'язок між вузлами може здійснюватися по однобічних і двосторонніх лініях: перші зв'язують між собою вузли різних рівнів ієрархії, другі -вузли одного рівня.

Система синхронізації організована так, що генератори вузлів кожного попереднього рівня є, що задають для генераторів нижчестоящого рівня. При цьому, у разі потреби, генератори одного рівня можуть здійснювати взаємну синхронізацію, тобто кожен генератор мережі має два керованих входи: основний - від старшого по ієрархії генератора, що задає, і резервний - від генераторів одного з ним рівня ієрархії.

Багаторівнева структура дозволяє в значній мірі компенсувати основний недолік ізохронного методу, однак висуває іншу задачу - забезпечення надійних і стійких трактів передачі керуючої інформації. Результати дослідження ефективності ієрархічної структури синхронізації показали, що наявності на кожнім вузлі, крім головного, принаймні трьох незалежних ліній зв'язку для передачі керуючої інформації досить, щоб утрата синхронізму на мережі не перевищила в середньому одна година в рік.

При плезиохронном методі на кожній станції або вузлі мережі встановлюється незалежний высокостабильный тактовий генератор з відносною нестабільністю частоти не гірше 10-⁹.

Розбіжність частот генераторів приймальні і передавальній станціям приводить або до повторення символу, якщо частота передавальної станції вище, ніж приймальні, або до втрати символу - у противному випадку. Явище дублювання або втрати інформації за рахунок розбіжності частот генераторів, називане ковзанням приводить до перекручування переданої інформації. При передачі мови, що володіє високою надмірністю, ковзання зводиться до накладення перешкоди на декодований аналоговий сигнал і виявляється у виді слабкого шуму або щиглика, що практично невідчутно. При передачі керуючої інформації у виді повідомлень або при передачі даних, де надмірність мала або відсутні зовсім, ковзання відчуваються сильніше і виявляються в зниженні вірності передачі інформації.

Рис. 12.66

При плезиохронном методі вирівнювання частот генераторів реалізується за допомогою спеціальних буферних запам'ятовуючих пристроїв (БЗУ), установлюваних для кожного цифрового тракту на прийомної станції (мал. 12.66). Запис інформації в БЗУ здійснюється з тактовою частотою генератора передавальної станції, а зчитування з тактовою частотою приймальні. Моменти зчитування і записи рознесені в часі. Отже введення БЗУ неминуче вносить затримку в процес передачі повідомлень, величина якої нормується. При визначенні обсягу БЗУ звичайно виходять із двох суперечливих вимог: з одного боку, прагнуть забезпечити висока якість передачі за рахунок компенсації нестабільності частот тактових генераторів; з іншого боку - мінімізувати час затримки інформації.

Частота керованих прослизань нормується МККТТ на гіпотетичної еталонному тракті від абонента до абонента. Цей тракт довжиною 27 500 км містить п'ять вузлів на міжнародній ділянці і по чотирьох вузла на національних мережах. Відповідно до рекомендації G.822, на цьому тракті протягом доби допускається не більш п'яти прослизань. Коли всі 13 вузлів тракту працюють плезиохронно з заданою нестабільністю, розрахункові прослизання будуть відбуватися в середньому не частіше, ніж через 5,8 доби. Якщо ж національні мережі перевести на синхронний режим, розрахунковий інтервал між прослизаннями зросте до 17,5 доби, унаслідок плезиохронного режиму на чотирьох ділянках міжнародної мережі, що комутируються.

Звідси випливає, що керовані прослизання, що виникають за рахунок плезиохронного режиму плануються настільки рідкими, що погіршення якості усіх видів зв'язку з цієї причини буде невідчутно малим, у порівнянні з всіма іншими причинами. Незважаючи на те, що плезиохронный режим не є синхронним, при заданій нестабільності тактових генераторів, по якості зв'язку він практично не відрізняється від синхронного.

На додаток до традиційних схем мереж зв'язку - схемі організації зв'язку, схемі нумерації, схемі сигналізації на цифрових мережах уводитися додатково схема синхронізації мережі. Схема синхронізації визначає розміщення генераторів, що задають, і використовувані методи синхронізації. Ціль розроблювальної схеми - забезпечення умов при яких сумарні перекручування, що виникають при з'єднанні минаючому через максимальне припустиме число ділянок, що комутируються, не перевищують норми.

У рекомендації МККТТ G.813 пропонуються наступні варіанти побудови національних цифрових мереж: 1. Цілком синхронна мережа, керована одним або декількома еталонними генераторами.

^ 2. Цілком асинхронна (плезиохронная) мережа, у якій кожен вузол керується своїм еталонним генератором. f 3. Змішана мережа, що складається із синхронних подсетей, кожна з яких керується своїм еталонним генератором, з використанням плезиохронного режиму між подсетями (мал. 12.7).

Цілком плезиохронный режим варто застосовувати на цифрових мережах, де число вузлів і станцій порівняно невелико. Цифрову мережу розташовану на великій території, де число вузлів і станцій доходить до декількох сотень, доцільно будувати по змішаному принципі, при якому вся мережа розбивається на зони синхронізації в межах яких організується примусова синхронізація по ієрархічному принципі, а генератори різних зон працюють у плезиохронном режимі. Зона синхронізації може бути визначена і на рівні станції. Тоді АТС із генератором, що задає, утворить центр зони, у которую входять усі зв'язані з нею концентратори.Прийнятий метод синхронізації мережі впливає на її структуру. У перспективі на змішаній мережі доцільно перейти від плезиохронного режиму роботи між подсетями до примусової синхронізації тобто до ізохронного методу. На випадок відмовлення ліній керування доцільно передбачити можливість повернення до плезохронному режиму як повноцінний резерв.

Для кварцових генераторів вузлів і станцій, що входять до складу кожної подсети, що у нормальних умовах синхронізуються від ведучого генератора, передбачається можливість переходу в автономний режим роботи у випадку відмовлення всіх синхросигналов. Частота мережі при цьому запам'ятовується генератором і відпалий від мережі синхронізації вузол разом із усіма станціями і вузлами, що одержують від нього синхросигналы буде далі взаємодіяти з іншою мережею в плезиохронном режимі.

На мережі не виключена можливість одночасної роботи в автономному режимі декількох генераторів, тому для дотримання рекомендацій МККТТ по частоті виникнення керованих прослизань варто прагнути до можливо більш швидкого відновлення примусової синхронізації. Розглянутий плезиохронный режим роботи відпалої частини мережі варто вважати аварійним і його використання повинне бути обмежене в часі. На плезиохронный режим роботи між подсетями, коли висока стабільність частоти забезпечується атомними генераторами ці обмеження не поширюються.

Цифрові системи комутації повинні мати гнучку систему синхронізації, тому що можуть використовуватися на різних рівнях ієрархії. Тому в багатьох ЦСК алгоритми синхронізації закладені в програмному забезпеченні. При цьому різні режими синхронізації можуть бути отримані без зміни апаратурного модуля генератора, що задає. Відбувається тільки установка еталонних генераторів з необхідною стабільністю, завдяки чому адмністрації зв'язку можуть застосовувати різні схеми синхронізації й одержувати стабільності, що досягають атомних стандартів.