Цифровой поток можно представить в виде суммы регулярной и случайной последовательностей, т.Е. Можно увидеть тактовые импульсы в явном виде.

В спектре тактового сигнала присутствуют основная частота и высшие гармоники тактовой частоты, а это означает, что с помощью полосового электрического фильтра можно выделить из цифрового потока колебание тактовой частоты, а затем сформировать из него тактовые импульсы. Полосовой фильтр, заранее настроенный на частоту тактовых колебаний, подключают к линии связи на приемной станции, параллельно приемнику, чтобы он не мешал цифровому потоку попадать в приемник и в то же время сам мог анализировать частотную (тактовую) составляющую этого потока.

.

Полосовой фильтр выделяет из поступающего на его вход цифрового потока колебание (которое всегда является синусоидальным колебанием) именно данной тактовой частоты.

Для каждого сигнала (речь, текст, звук, факс, ТВ, данные… )- своя тактовая частота - f_t.

С помощью усилителя и ограничителя это колебание преобразуется в последовательность тактовых импульсов, которые управляют генератором приемной станции, вынуждая его выдавать тактовые импульсы с точно таким же интервалом.

Этот процесс называется синхронизацией по тактам, или тактовой синхронизацией.

Казалось бы, что можно отказаться от генератора тактовых импульсов (ГТИ) на приемной станции, но этого делать нельзя, т.к. сбой в системе синхронизации приводит к тому, что тактовые импульсы пропадают и связь нарушается по всем каналам.

Сбои в синхронизации возникают в случаях, когда в часы наименьшей нагрузки в подавляющем большинстве каналов информация не передается, и в цифровом потоке появляются очень длинные последовательности нулей.

Устранить такие "белые пятна" в цифровом потоке можно с помощью

прибавления к двоичным символам цифрового потока двоичной

последовательности:

-Имеется некий цифровой поток 01110000000000000000011,

к потоку прибавляется скремблер - двоичная последовательность, а именно:

"0" и "1":

-скремблер 10101010101010101010101

в результате сложения двоичных чисел имеется:

-суммарный цифровой поток в линии 11011010101010101010110

Из переданного в линию цифрового потока исчезают длинные последовательности нулей.

Чтобы вернуться к исходному потоку, перед тем, как направить его в приемник, необходимо сложить эту двоичную последовательность по законам двоичной арифметики с той же двоичной последовательностью, что и на передаче.

Для вышеприведенного примера такой последовательностью является

скремблер: 10101010101010101010101

В результате сложения с суммарным цифровым потоком:

11011010101010101010110

получается исходный цифровой поток: 01110000000000000000011

Подобная операция называется скремблирование (англ. scramble - перемешивать). Скремблеры - это сумматоры по модулю 2 (микросхемы).

Перед тем, как отправить цифровой поток в линию, на один из входов этого сумматора подают цифровой поток, а на другой его вход - некую двоичную последовательность заданной структуры.

В результате суммирования (скремблирования) этих двух цифровых потоков, в линию направляется "скремблированный" цифровой поток, который не содержит длинных последовательностей нулей. На приемном конце устанавливается точно такой же сумматор (скремблер), через который пропускается выходящий с линии цифровой поток и та же двоичная последовательность, что и на передаче. Происходит дескремблирование, и восстановленный в первоначальном виде цифровой поток обрабатывается приемником.

Тактовые импульсы выделяют из цифрового потока до процедуры его восстановления (дескремблирования)!

Цикловая синхронизация

В современных цифровых системах передачи применяется так называемая цикловая синхронизация.

Это означает следующее: перед тем как объединить цифровые потоки различных каналов, в приемник посылается сигнал о начале цикла.

Приемник, получив этот сигнал, открывает вход для приема цифрового потока первого канала, а затем, под управлением тактовых импульсов, поочередно - для второго, третьего и остальных каналов. С приходом следующего синхронного сигнала, означающего начало следующего цикла, все повторяется сначала, начиная с первого канала (т.е., приемник открывает вход для приема цифрового потока первого канала, затем - второго и т.д.).

Синхронный сигнал (синхросигнал) необходимо отличать от других принятых кодовых комбинаций. Для этого ему присваивают определенную кодовую комбинацию из двоичных чисел 0 и 1.

Например, в системе передачи ИКМ-30 для синхросигнала принята семиразрядная кодовая комбинация 0011011, которая передается только в четные циклы (0,2,4...)

Цикл передачи в системе ИКМ-30

0011 011 11010011

Синхросигнал Кодовая комбинация в канале

Служебный канал синхронизации

Служебный канал сигнализации (управления)

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 1 15 17 31

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 2 .................. 16 ............... 30 0

Цикл передачи кодовой комбинации 125,0мкс время(t), с

Цикл сигнализации 2000,0мкс (2,0мс) - каждые 16 циклов

Цикл передачи синхронного сигнала 250,0мкс - каждый четный цикл

Кодовая комбинация 0011011 (синхросигнал) может встретиться в цифровом потоке одного из каналов, но вероятность этого события очень мала, а синхросигнал поступает в линию связи (приемник) с периодом 250,0 мкс (125,0 мкс х 2 - т.е. каждый четный цикл).

Свойство синхросигнала повторяться через строго определенные промежутки времени - 250,0мкс используется для управления.

.

Специальное устройство в приемной станции системы ИКМ-30 контролирует наличие синхросигнала.

Если сигнал с вышеназванной кодовой комбинацией приходит через каждые 250,0 мкс, следовательно, это синхросигнал (решение принимается обычно после нескольких его повторений).

Цикловая синхронизация включается в работу не сразу - через несколько миллисекунд. Это время называется вхождением в синхронизм.

При случайной потере синхронизма может произойти сбой - разъединение устанавливаемого соединения. Поиск состояния синхронизма (синхросигнала) осуществляется путем сравнения кодовых групп группового сигнала с эталоном синхросигнала, вырабатываемого генераторным оборудованием (ГО) на приемном конце. Если кодовая группа не соответствует эталону (кодовой группе синхросигнала, вырабатываемого ГО на приеме), приемник синхросигнала осуществляет "торможение" (сдвиг) последовательности управляющих импульсов на один период тактовой частоты и так до тех пор, пока не установится однозначное соответствие, фиксирующее состояние синхронизма в системе.

Как отмечалось выше, кодовая комбинация синхросигнала имеет семь разрядов (бит), а не восемь, как в других цифровых сигналах ИКМ. Следовательно, кодовую комбинацию синхросигнала можно дополнять до "стандартного" числа разрядов -8, передавая в "пустом" промежутке времени биты, например, от персонального компьютера (со скоростью передачи - 8,0кбит/с).

Таким образом:

С вводом сигнала синхронизации в цифровой системе передачи практически организуется еще один "стандартный" канал, в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных данных) достигает 64,0кбит/с и который фактически ничем не отличается от основных, или информационных, каналов.

Этот канал является служебным (31-м каналом), в системе передачи ИКМ-30 и имеет нумерацию "0".

Есть еще один служебный канал (32-ой канал), по которому передаются сигналы управления установлением соединения, ответа, отбоя, занятости абонента, линий и т.д. Этот канал имеет нумерацию "16".

Всего в системе передачи ИКМ-30 организовано 32 канала: 1-16, 17-32 - основные каналы, или информационные (стандартные, со скоростью передачи данных 64,0кбит/с), а также:

-0-ой канал - служебный, для обеспечения синхронной (синфазной) работы одноименных каналов на передаче и приеме (стандартный, со скоростью передачи 64,0кбит/с);

-16-ый канал - служебный, для управляющей сигнализации (стандартный, со скоростью передачи 64,0 кбит/с), сверхцикловой сигнал передается в каждые

16 циклов (0, 16, 32 и т.д.), т.е. через 2000,0мкс, или 2,0мс.

.

.

.

.

.

.

.

Кроме этого метода используется еще ряд способов синхронизации цифровой сети:

- плезиохронный способ, при котором на всех узлах коммутации используются задающие генераторы (ЗГ), со стабильностью не ниже 10¹¹ (при тактовой частоте 8,0мГц);

- согласование скоростей на всей сети (линии спутниковой связи);

- использование эталонного генератора для всей сети;

- пакетная передача, в отличие от цифровых телефонных сетей с технологией

коммутация каналов (например, системы передачи ИКМ-30), в сетях передачи данных – СПД с коммутацией пакетов (или коммутацией сообщений) в промежутках между пакетами данных передаются символы (не несущие информацию) или управляющие сообщения.

Принципы организации тактовой сетевой синхронизации - ТСС

С точки зрения организации синхронизации, сéти бывают:

-полностью синхронные сети, управляемые одним первичным эталонным генератором (ПЭГ) тактовых импульсов;

-полностью псевдосинхронные, или плезиосинхронные сети, когда на каждой коммутационной станции (коммутационном узле) имеется свой задающий генератор, сличающий или не сличающий свою тактовую частоту с эталонными частотами не только от одного ПЭГ, но и от других эталонных источников частоты, например, с навигационными сигналами или сигналами, передаваемыми по ТВ;

-смешанные сети, в которых синхронные сети, управляемые ПЭГ, взаимодействуют друг с другом в псевдосинхронном режиме;

-с принудительной синхронизацией сети, в которых происходит активное взаимодействие узлов и линий синхронизации по принципу: "ведущий-ведомый", т.е. эталонный сигнал тактовой частоты ведущего ЗГ (ВЗГ) доводится до других ЗГ, ведомых по отношению к этому ведущему ЗГ.

Основные понятия сетевой синхронизации:

-первичный эталонный генератор - ПЭГ обеспечивает всю цифровую сеть или цифровую сеть большого региона эталонной тактовой частотой в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.811 и требованиями ETS-300 462-6;

-вторичный задающий генератор - ВЗГ имеет запоминающее устройство для качественных характеристик сигнала тактовой частоты из ПЭГ, выполняет функции восстановления качества передаваемой из ПЭГ эталонной тактовой частоты, а при ее пропадании выполняет функции ЗГ;

-задающие генераторы - ЗГ - обеспечивают стабильную и точную тактовую частоту;

-сеть синхронизации - Synchronization Network - обеспечивает сетевые элементы эталонными сигналами тактовой синхронизации, состоит из узлов и линий синхронизации;

-синхронная сеть Synchronous Network - это сеть, на которой все ЗГ имеют долговременно одинаковую точность тактовой частоты;

-всемирное (универсальное) координированное время - Universal Time Coordinated - UTC - шкала времени, поддерживаемая Международным бюро мер и весов (BIPM) и Международной службой земного вращения (LERS), которые формируют основу для скоординированного распространения стандартных частот и сигналов точного времени;

ТСС обеспечивает эффективное взаимодействие цифровой аппаратуры, расположенной на большой территории.

ТСС не требуется в следующих системах передачи:

-в системах передачи плезиохронной цифровой иерархии - СП ПЦИ -

для сопряжения цифровых последовательностей с частотами 2,0мГц и выше;

-в системах передачи синхронной цифровой иерархии - СП СЦИ;

-мультиплексор (обычный) также не требует ТСС.

ТСС в СП СЦИ требуется только при передаче сигналов с очень большими скоростями и на линиях с очень большой протяженностью.

Так как синхросигналы, как и информационные сигналы подвержены помехам, то на сети применяются вторичные задающие генераторы - ВЗГ, восстанавливающие тактовую частоту.

В сетях передачи плезиохронной цифровой иерархии (PDH) для передачи синхросигналов используются цифровые потоки первичных групп 2048,0кбит/с.

На линиях большой протяженности синхросигналы подвергаются большим искажениям, поэтому без применения ВЗГ невозможно поддерживать синхросигнал для его дальнейшей передачи по сети.

Узел синхронизации

Узел синхронизации

Линия передачи синхросигнала

Затухание 6,0дБ на f = 2,048мГц

В высокоскоростных сетях передача синхронных сигналов в цифровых потоках 2,048мбит/с не возможна. Даже при наличии ВЗГ и блоков сетевой синхронизации (БСС) - из-за недопустимо высоких уровней фазовых искажений. В этом случае синхросигнал (2048,0кбит/с) передается в составе тактовых частот линейного сигнала в сетях, например, в сетях синхронной цифровой иерархии – SDH.

С помощью этого сигнала в специальных устройствах преобразования синхросигналов (ПСС), называемых ретаймерами, восстанавливается тактовая частота.

На взаимоувязанной сети связи - ВСС РФ - для надежной синхронизации необходимо иметь не менее 8 ПЭГ (в настоящее время - 5), каждый из которых обеспечивает синхронизацию определенного региона.

Не исключается возможность дополнительной установки на сети электросвязи ПЭГ, что обеспечивает большую живучесть сети и дает следующие преимущества:

-восстанавливаемость синхросигнала на сети ТСС;

-выше надежность сети ТСС;

-легче управление сетью ТСС;

-легче развитие сетей из-за меньшей взаимосвязи.

Наличие большого числа ПЭГ в цепи передачи основной информации практически не ухудшает ее качество.

Согласно рекомендациям МСЭ-Т G.822, качественной считается связь в случае, если число "проскальзываний" - Slip (повторений или исчезаний блоков битов в цифровом потоке), не превышает 5 за сутки. При псевдосинхронном режиме работы (PDH) их не должно быть более одного за 5-8 суток, т.е. 4,0% от общего числа "проскальзываний".

На практике количество "проскальзываний" бывают не более чем одно в 6 мес.

Нецелесообразно иметь свой ПЭГ в пределах Москвы или другого крупного города, но возможно для сетей железнодорожного транспорта или "РАО ЕЭС", "Газпром" и т.п.

Для повышения качества синхронизации в случае пропадания синхросигналов от первичных эталонных генераторов (ПЭГ), ВЗГ могут дооборудоваться (лишь в качестве второго резерва) приемниками навигационных сигналов GPS (США).

В настоящее время синхросигналы по спутниковым системам связи не передаются, а используется псевдосинхронное сопряжение.