4.5 Назначение устройств синхронизации сети телефонной связи

По цифровому телефонному каналу передаются сигналы ИКМ со скоростью 64 Кбит/с. В соответст­вии с европейскими стандартами цифровая систе­ма связи первого уровня образуется в результате временного объединения тридцати таких каналов в поток Е1 имеющий скорость передачи 2048 кбит/с. Сама же процедура ана­лого-цифрового преобразования заключается в дискретизации аналогового сигнала с интервалом 125 мкс и кодировании каждого отсчета восьми­битовым словом.

Во время передачи трафика в канале возникают ошибки в виде фазового дрожания и дрейфа фазы, ухудшающие точность пе­риода следования отсчетов. Фазовое дрожание и дрейф характеризуются амплитудой, которая по­казывает, как сильно изменяется фаза сигнала по отношению к фазе сигнала источника, и частотой, которая показывает, как быстро происходят эти изменения. Появление в информационном сигнале фазо­вого дрожания и дрейфа фазы приводит к иска­жениям формы импульса, переходным влияниям, шумам и, как следствие, к снижению качества те­лефонной связи, поэтому существуют определен­ные нормы на допустимый уровень этих величин. Для соблюдения этих норм тре­буется обеспечить должный уровень синхрониза­ции в сети, который определяется точностью хода сетевых часов [11].

Синхронизация - процесс установления и поддержания определенных временных со­отношений между двумя и более процессами. Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию, как синхронизацию переданного и принятого цифровых сиг­налов, при которых устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые со­отношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов сигналов, групп единичных элементов этих сигналов и циклов их временного объедине­ния. Поэлементная синхронизация обеспечивает на приеме разделение одного единичного элемента от другого и тем самым создает наилучшие условия для его регистрации. Груп­повая синхронизация обеспечивает разделение принятой последовательности на кодовые комбинации, а цикловая синхронизация - разделение циклов временного объединения элементов на приеме.

На передающей стороне длительность каждого элементарного импульса цифро­вого потока задается тактовым генератором, имеющим частоту f_Т, так что длительность элементарного импульса τ_т = l/f_Т. Тактовая частота в приемнике цифрового потока отличается от соответствующей частоты передатчика, тем, что тактовые импульсы сле­дуют с временным интервалом τ_т.пр (рис. 4.15). Тогда через некоторый временной интервал будет наблюдаться пропуск одного импульса информационного сообщения, что приведет к появлению ошибок передачи информации. Для того, чтобы уменьшить эти пропуски, необходимо синхронизировать тактовые генераторы приемника и передатчика.

Процесс синхронизации может обеспечиваться за счет как автономного источника (эта­лона времени), так и принудительной синхронизации. В качестве автономного источника обычно используют местный (локальный) генератор с высокой стабильностью. Принуди­тельная синхронизация может основываться на использовании отдельного канала, по которому передаются импульсы, необходимые для подстройки местного генератора, или на ин­формационной последовательности передаваемых сигналов.

Рис. 4.15. Временные диаграммы тактовых импульсов

а - передатчика, б – приемника

Для синхронизации в СТС необходимы высокостабильный источник синхронизации - тактовый генератор, а также надежная система передачи синхронизирующего сигнала. Система синхронизации имеет определенную иерархию, в которой в узлах сети размещают первичный эталонный генератор (ПЭГ) тактовых импульсов, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники - вторичный или ведомый эталонный генератор (ВЭГ) тактовых импульсов (рис.4.16).

Рис.4.16. Иерархия сети синхронизации

Первичный эталонный генератор обычно представляет собой хронирующий атомный источник тактовых импульсов с точностью не ниже 10^-11 ... 10^-14, калиброванный по сигналам мирового скоординированного времени (Universal Time Coordinated). Эти сигналы за­тем распространяются по наземным линиям связи для реализации того или иного метода синхронизации.

Нестабильность сигналов синхронизации возникает из-за внешних электрических помех и изменения физических параметров линии передачи, из-за фазового дрожания (jitter) и дрейфа фазы (wander). Результирующую нестабильность тактовой частоты называют фазовым дрожанием синхросигнала или джиттером. В зависимости от его частоты различают высокочастотное фазовое дрожание (выше 10 Гц), называемое соб­ственно джиттером, и низкочастотное (ниже 10 Гц), называемое дрейфом фазы или вандером. Фазовое дрожание наиболее сильно влияет на фазовую синхронизацию и почти не влияет на син­хронизацию в сети. Дрейф фазы, наоборот может накапливаться в сети и значительно воздействует на систему синхронизации.

Основными физическими причинами нестабильности частоты являются: электромаг­нитная интерференция; шумы и помехи, воздействующие на цепь синхронизации в прием­нике; изменения длины линейного тракта и скорости распространения синхросигналов; доплеровские сдвиги сигналов подвижных оконечных устройств; нерегулярное поступление синхросигнала. К алгоритмической причине нестабильности частоты относится процесс выравнивания скоростей передачи с использованием битового или байтового стаффинга, например, смещения указателей.

При соединении линии цифровой передачи с цифровой коммутационной станцией желательно синхронизировать эти две системы, заставляя линию передачи полу­чить свое хронирующее колебание от коммутационной станции. Отступление от этого режима работы возникает, когда линия цифровой передачи с обоих концов подсоединена к цифровым ком­мутационным станциям. Обычно линия передачи в полностью цифро­вой сети получает свое хронирующее колебание от одной из коммута­ционных станций, с которой эта линия соединена. Если другая комму­тационная станция не синхронизирована с первой каким-либо спосо­бом, то это неизбежно приводит к несинхронизированному стыку. В основном синхронизация сети представляет собой синхронизацию коммутационных станций в сети. В этом случае линии передачи могут быть синхронизированы автоматически путем получения хронирующих колебаний непосредст­венно из узла коммутации. Исключение составляет аппаратура группообразования высших порядков, в которой в настоящее время исполь­зуются несинхронизированные высокочастотные генераторы и согласование скоростей для преодоления влияния неточностей и флуктуации тактовых частот. Использование несинхронизированных задающих генераторов для линий высшего порядка с временным группообразованием не препятствует синхронизации сети на уровне сигналов более низких порядков (например, типа DS-1).

Основной причиной, по которой особое внимание обращается на требования к хронированию цифровой сети заключается в том, что в сети должно быть предотвращено появление неуправляемых про­скальзываний, которые могут вызвать выходы из циклового синхро­низма, случайные разъединения и ошибочные соединения. Согласно плану синхронизации сети, требуется установить максимальную частость управляемых проскальзываний как часть норм на качество полного канала [8]. В ИКМ речевом сигнале при 25 проскальзываниях возникает щелчок, что определяет норму 300 проскальзываний в час. Это обеспечивается точностью генератора 10^-4. При передаче данных одно проскальзывание приводит к переспросу, а, следовательно к уменьшению реальной скорости передачи [12]. При факсимильной связи на бумажном носителе могут появиться белые или черные по­лосы и т. д. [9].