6. Фазовые дрожания, вносимые синхронной аппаратурой
В цифровых сетях типовых каналов и трактов при асинхронном способе передачи цифровых сигналов используются следующие методы:
кодирование амплитуды импульсов;
кодирование длительности импульсов;
кодирование скорости компонентных цифровых сигналов.
Кодирование скорости зависит от вида компонентного сигнала. Если компонентный сигнал на входе в сеть представляет собой сплошной поток данных, то выполняется цифровая коррекция или цифровое выравнивание с управляемыми вставками. Если же компонентный поток характеризуется циклом, то выполняется цифровая коррекция по прямой линии.
Схемы устройств ввода и вывода цифровых асинхронных сигналов при передаче по цифровым каналам с использованием метода кодирования скорости приведены в [1]. Там же приведены описания процессов ввода и вывода или процессов кодирования скорости для цифрового выравнивания с управляемыми вставками и для цифрового выравнивания по прямой линии с обработкой указателей.
6.1. Фазовые дрожания компонентных сигналов в трактах sdh, вызываемые асинхронным отображением
В SDH сигналы виртуальных контейнеров формируются с использованием процедуры отображения (mapping) с цифровой коррекцией с управляемыми вставками из сплошных потоков данных или информационных компонентных потоков в том случае, если компонентные сигналы являются асинхронными по отношению к сигналам мультиплексора SDH.
Для анализа процедуры отображения могут быть использованы следующие параметры:
ТZ – длительность цикла виртуального контейнера;
NZ – общее количество битов в цикле виртуального контейнера;
а (ррm) – погрешность скорости компонентного потока в миллионных долях номинального значения.
Фактическая скорость компонентного сигнала Сфакт определяется через номинальную скорость Сном формулой
Для безызбыточного двоичного сигнала численные значения скорости и тактовой частоты одинаковы, тогда частота записи в эластичную память устройства ввода цифровых асинхронных сигналов при передаче по цифровым каналам с использованием цифрового выравнивания с управляемыми вставками равна тактовой частоте компонентного сигнала:
Длительность тактового интервала входного сигнала равна
Частота считывания из эластичной памяти этого устройства определяется тактовой частотой сигнала виртуального контейнера. Так как стабильность частоты виртуального контейнера значительно выше стабильности частот компонентных потоков, для расчетов можно допустить, что погрешность этой частоты равна нулю.
Виртуальный контейнер заполняется информационными битами по различным картам MAPn, которые определяются числом информационных битов в его цикле.
В сигнале виртуального контейнера предусмотрены постоянные тактовые интервалы для информационных битов и управляемых вставок. Управляемые вставки могут быть либо информационными, либо балластными. В обозначение номера карты входит количество балластных битов на тактовых интервалах управляемых вставок. Для каждой карты можно рассчитать количество информационных битов по формуле
(NZинф – n),
где NZинф – максимальное количество информационных битов в цикле контейнера, обычно это соответствует заполнению контейнера по MAP0.
Для расчетов будем считать, что погрешность тактовой частоты компонентного потока постоянна во времени.
Допустим, что заполнение виртуального контейнера начинается с той карты, при которой частота компонентного потока равна номинальной.
Расхождение фаз распределителей считывания и записи за один цикл при заполнении виртуального контейнера по карте MAPn может быть рассчитано по формуле
(6.1)
Пороговые значения временного детектора (ВД) в устройстве ввода асинхронных сигналов или в кодере равны:
0;
,
где ES – количество битовых ячеек в эластичной памяти.
Разность
последовательности считывания из
эластичной памяти и последовательности
записи в эластичную память должна быть
больше порога ВД, равного 0 и соответствующего
опустошению эластичной памяти, и меньше
порога, равного
,
который соответствует переполнению
эластичной памяти.
Цифровая коррекция будет выполнена при заполнении контейнера по карте MAPn по истечении Х1 циклов, когда расхождение фаз последовательностей считывания и записи, подключенных к одной ячейке эластичной памяти, будет равно пороговому значению временного детектора.
Если погрешность частоты компонентного сигнала равна нулю, то при заполнении контейнера по карте, обеспечивающей номинальную скорость компонентного потока,
Для асинхронных компонентных потоков величина погрешности не равна нулю и имеет значение больше или меньше нуля. Примем величину погрешности больше нуля, тогда цифровая коррекция выполняется, когда
(6.2)
Если же величина погрешности частоты меньше нуля, то цифровая коррекция выполняется при условии
(6.3)
Величины количества циклов (Х) по данным расчетов следует округлять в большую сторону до ближайшего целого значения.
После цифровой коррекции заполнение виртуального контейнера будет выполняться по другой карте. Номер следующей карты может быть рассчитан по формуле
(6.4)
где
– первая производная фазовых дрожаний
по времени;
– знаковая функция, которая равна 1 при
положительном аргументе и равна –1
при отрицательном аргументе.
Следующий интервал времени до момента цифровой коррекции может быть рассчитан в величинах циклов (Х2) из формулы (при условии, что количество циклов до момента первой коррекции было рассчитано из (6.2))
(6.5)
после подстановки из (6.2)
(6.6)
Если же значение количества циклов до момента первой корреции было получено из (6.3), то для расчета количества циклов до момента второй цифровой коррекции необходимо использовать следующие формулы:
(6.7)
(6.8)
Для расчетов количества циклов до момента третьей цифровой коррекции необходимо добавить в (6.5) или (6.7) еще одно слагаемое. Но можно пользоваться более простыми соотношениями, которые могут быть получены на основании приведенных выше (6.5)–(6.8).
Результаты расчета позволяют построить временную зависимость фазовых дрожаний на входе ВД при отображении компонентного сигнала в виртуальный контейнер. При этом по оси абсцисс можно отложить в линейном масштабе либо количество циклов между моментами цифровой коррекции, либо время, а по оси ординат – величину расхождения последовательностей считывания из эластичной памяти и записи в эластичную память на входе ВД.
При постоянном значении погрешности скорости компонентного сигнала формирование сигнала виртуального контейнера выполняется в установившемся режиме по двум картам. При этом момент перехода к заполнению виртуального контейнера по карте с большей пропускной способностью может быть назван отрицательной цифровой коррекцией, а момент перехода к заполнению виртуального контейнера по карте с меньшей пропускной способностью – положительной цифровой коррекцией.
Без учета сглаживания (smoothing) на приеме максимальная величина фазовых дрожаний равна одному тактовому интервалу в момент выполнения цифровой коррекции.
Величина фазовых дрожаний из‑за цифровой коррекции с управляемыми вставками проявляется при демультиплексировании сигнала и называется джиттером отображения.
Приведем пример расчета временной зависимости фазовых дрожаний при асинхронном отображении сигнала Е4 в VC-4.
По структуре цикла VC-4 можно рассчитать пропускную способность тракта этого контейнера и параметры карт. Данные приведены в табл. 6.1.
Общее
количество битов в VC-4 – 18792, скорость
сигнала VC-4 – 150336 кбит/с. Допустим,
погрешность скорости
,
размер эластичной памяти ES = 8.
Заполнение сигнала VC-4 начинается по карте MAP7:
Пороговое
значение временного детектора
,
тогда количество циклов до момента
первой цифровой коррекции из (6.2)
.
Далее заполнение VC-4 осуществляется по карте MAP6
Пороговое значение ВД равно 0, количество циклов до момента второй цифровой коррекции из (6.5)
Далее заполнение контейнера выполняется опять по карте MAP7.
Таблица 6.1
Параметры VC-4
|
Карты VC-4 |
Количество информационных битов в цикле |
Количество балластных вставок в цикле |
Пропускная способность тракта VC-4, кбит/с |
|
MAP0 |
17415 |
0 |
139320 |
|
MAP1 |
17414 |
1 |
139312 |
|
MAP2 |
17413 |
2 |
139304 |
|
MAP3 |
17412 |
3 |
139296 |
|
MAP4 |
17411 |
4 |
139288 |
|
MAP5 |
17410 |
5 |
139280 |
|
MAP6 |
17409 |
6 |
139272 |
|
MAP7 |
17408 |
7 |
139264 |
|
MAP8 |
17407 |
8 |
139256 |
|
MAP9 |
17406 |
9 |
139248 |