Типовые каналы и тракты

Канал передачи – это комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигнала электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями, сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом, а также между сетевой станцией или сетевым узлом и оконечным устройством первичной сети. Каналы подразделяются на аналоговые, цифровые и смешанные (аналого-цифровые).

Канал передачи, параметры которого соответствуют принятым нормам, называют типовым. Стандартный канал ТЧ. Канал тональной частоты (ТЧ) является единицей измерения емкости аналоговых систем передачи и используется для передачи телефонных сигналов, а также сигналов данных, факсимильной и телеграфной связи, в нормализованной эффективно передаваемой полосе частот 300…3400 Гц. В цифровых системах передачи единицей измерения является основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/с. Для передачи сигналов, имеющих более широкую полосу, чем сигналы ТЧ (например, сигналы звукового вещания, телевидения и так далее), или требующих скорость передачи большую, чем 64 кбит/с с помощью систем передачи создаются широкополосные или высокоскоростные цифровые каналы. Групповой тракт – это комплекс технических средств, предназначенный для передачи сигналов электросвязи нормализованного числа каналов тональной частоты или ОЦК в полосе частот или со скоростью передачи, соответствующей данному групповому тракту. Групповой тракт, параметры и структура которого соответствуют принятым нормам, называют типовым.

Широкополосным каналам, образованным на базе типовых групповых трактов, присваивают наименование одноименного группового тракта. Соответственно различают:

•   предгрупповой широкополосный канал с полосой частот 12…24 кГц на основе трех каналов ТЧ; •   первичный широкополосный канал (ПШК) с полосой частот 60…108 кГц на основе 12 каналов ТЧ; •   вторичный широкополосный канал (ВШК) с полосой частот 312…552 кГц на основе 60 каналов ТЧ; •   третичный широкополосный канал (ТШК) с полосой частот 812…2044 кГц на основе 300 каналов ТЧ.

В цифровой системе передачи не предусмотрено специальное оборудование для организации сетевых трактов. Групповой цифровой поток, сформированный на данной ступени иерархии, направляется либо на следующую ступень временного объединения потоков, либо на оборудование линейного тракта. Точки соединения оборудования двух смежных ступеней иерархии называют сетевыми стыками (СС). Параметры СС являются типовыми.

Широкополосный канал - физический канал большой пропускной способности (пропускающий широкую полосу). При использовании широкополосных каналов осуществляется мультиплексирование.

Аппаратура цифровых плезиохронных систем передачи (ЦСП PDH) – европейский стандарт, обеспечивает создание типовых цифровых каналов передачи со следующими градациями скоростей, кбит/с:

•   основной цифровой канал (ОЦК) – 64; •   субпервичный цифровой канал (СЦК) – 480; •   первичный тракт – 2048; •   вторичный тракт – 8448; •   третичный тракт – 34368; •   четверичный тракт – 139264.

В американской системе PDH предусмотрены следующие градации скоростей (уровней иерархии), кбит/с:

•   основной цифровой канал (ОЦК) -64; •   первый уровень – 1544; •   второй уровень – 6312; •   третий уровень – 44736.

Чтобы создать единую цифровую сеть и удовлетворить как американским требованиям, так и европейским, предусматривающим передачу сигнала на скорости 139,268 Мбит/с, был определен основной иерархический уровень новой структуры синхронного мультиплексирования, равный 155, 520 Мбит/с, что является результатом умножения в три раза скорости 51,84 Мбит/с (51,84х3=155,520). Таким образом, была выработана единая всемирная концепция, касающаяся передачи сигналов данных со скоростью 155 Мбит/с. Это означает, что все предыдущие PDH сигналы должны быть включены в базовый сигнал SDH при помощи процедуры, называемой «Mapping» (размещение).

Синхронное мультиплексирование, стандартизированное Рекомендациями комитета по стандартизации ITU-T, определяет четыре иерархических синхронных уровня (таблица):

Таблица– Синхронная цифровая иерархия

Уровни иерархии	Скорость цифрового потока
STM-1	155, 520 Мбит/с
STM-4	4х155,520 = 622,080 Мбит/с
STM-16	16х155,520 = 2 488,320 Мбит/с
STM-64	64х155,520 = 9 953,280 Мбит/с

Оптические линии связи реализуются в виде волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Конструкция ВОЛС - кварцевый сердечник диаметром 10 мкм, покрытый отражающей оболочкой с внешним диаметром 125...200 мкм. Типичные характеристики ВОЛС: работа на волнах 0,85...1,55 мкм, затухание 0,7 дБ/км, полоса частот - до 2 ГГц; ориентировочная цена - 4...5 долл. за 1 м. Предельные расстояния D для передачи данных по ВОЛС (без ретрансляции) зависят от длины волны излучения L: для L=850 нм имеем D=5км, а для L=1300 нм D=50 км, но аппаратурная реализация дороже.

Именно на ВОЛС достигнуты рекордные скорости передачи информации. В экспериментальной аппаратуре с использованием метода мультиплексирования с разделением каналов по длинам волн (WDM - Wavelengths Division Multiplexing) достигнута скорость 1100 Гбит/с на расстоянии 150 км. В одной из действующих систем на основе WDM передача идет со скоростью 40 Гбит/с на расстояния до 320 км

Технология SDH/SONET использует одну несущую частоту оптического сигнала, в то время как WDM использует набор частот. Более того, они используют различные спектральные “окна”: WDM работает на длинах волн в районе 1550 нм, в то время как SDH/SONET кроме этого широко использует длину волны 850 нм, а, следовательно, другие лазеры и другие фотоприемники

Применение метода волнового мультиплексирования позволяет увеличить широкополостность одного оптического канала в десятки раз! Схема метода WDM такова: на входе потоки данных с помощью специального устройства (мультиплексора) объединяются в одно целое, а на выходе – разделяются (демультиплексирование) и восстанавливаются в прежнем виде. Число потоков при этом может быть 32 и даже больше. Увеличение пропускной способности канала достигается не путем нарастания скорости передачи данных, а именно за счет увеличения числа волн (уже сегодня некоторых случаях возможно увеличение пропускной способности до 14 Тбит/с). И все это без замены дорогостоящего оптического кабеля, а также без прокладки дополнительной линии.

Волновое мультиплексирование первоначально было направлено на объединение двух основных несущих 1310 нм и 1550 нм (2-го и 3-го окон прозрачности) в одном оптоволокне, что позволяло удвоить емкость системы и было оправдано всей историей развития ВОЛС. Ряд исследователей называет такие системы широкополосными WDM (разнос по длине волны – 240 нм) в противовес узкополосным WDM (разнос в которых был на порядок ниже – 24-12 нм, что давало возможность разместить в 3 окне (1550 нм) 4 канала). Такое деление систем кажется на данный момент не совсем корректным, так как у таких “широкополосных” WDM спектр не перекрывался, а состоял из двух изолированных полос. С другой стороны, в настоящее время формируется класс действительно широкополосных систем WDM, перекрывающих в смежных окнах прозрачности (3-м и 4-м) полосу порядка 84 нм от 1528-1612 нм. Этот класс в будущем, возможно, будет перекрывать полосу 1280-1620 нм, если ориентироваться на характеристики пионера в этой области WaveStar AllMetro DWDM System компании Lucent Technologies, использующей волокно, устраняющее пик поглощения в области 5-го окна (~ 1383 нм).

Типовая система WDM

Первоначально в основу проекта стандарта положен канальный (частотный) план с равномерным расположением несущих частот каналов с минимальным разносом (шагом) каналов на 100 ГГц. Выбранная в плане область частот покрывает стандартизованный диапазон D_ст =5,1 ТГц и практически соответствует диапазону длин волн (от 1528,77 до 1569,59 нм) амплитудно-волновой характеристики АВХ широко используемых ОУ. При выборе постоянного шага h= (100 ГГц) в этом диапазоне можно разместить максимально 51 канал с несущими, указанными в верхнем ряду нижеследующей таблицы (для пересчета на длины волн используется обычная (уточненная) формула  = 2.99792458*10¹⁷/f [нм/Гц], при этом шаг по  получается разным от 0,780 до 0,821 нм, или в среднем 0,8 нм).

При использовании шага (200 ГГц, или в среднем 1,6 нм) можно получить производную таблицу.

Таблица Стандартный канальный план с разносом каналов на 100 ГГц.

f, ТГц	196,1	196,0	195,9	195,8	195,7	...	191,4	191,3	191,2	191,1	191,0
 нм	1528,77	1529,55	1530,33	1531,12	1531,90	...	1566,31	1567,13	1567,95	1569,59	1568,77

Аналогично можно получить производные таблицы как при использовании большего шага (400 ГГц, или 3,2 нм), (600 ГГц, или 4,8 нм) (1000 ГГц, или 8,0 нм).

Стандартный канальный план при разносе каналов на 200 ГГц.

f, ТГц	196,1	195,9	195,7	195,5	195,3	...	191,9	191,7	191,5	191,3	191,1
 нм	1528,77	1530,33	1531,90	1533,47	1535,04	...	1562,23	1563,86	1565,50	1567,13	1568,77

Ясно, что число каналов, которое можно разместить в указанном стандартном диапазоне, можно оценить по формуле N_h=Int[D_ст/h], где функция Int означает операцию взятия целой части. Используя ее, получим следующую таблицу (в нижней строке указано число каналов N_h2, кратное 2ⁿ, которое может быть получено для данного шага):

Таблица Оценка максимального числа каналов, реализуемых в полосе 5,1 ТГц.

h, ТГц	1	0,6	0,5	0,4	0,2	0,1	0,05
Nh2	4	8	8	8	16	32	64

Схема расширенного канального плана позволяет предложить следующую схему классификации, учитывающую современные взгляды и тенденции выделять три типа мультиплексоров WDM:

• обычные (грубые) WDM (CDWM) – ГМРДВ, или просто WDM – МРДВ,

системами WDM – системы с частотным разносом каналов не менее 200 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 16 каналов,

• плотные WDM (DWDM) – ПМРДВ,

системами DWDM – системы с разносом каналов не менее 100 ГГц, позволяющие мультиплексировать не более 64 каналов,

• высокоплотные WDM (HDWDM) – ВПМРДВ.

системами HDWDM – системы с разносом каналов 50 ГГц и менее, позволяющие мультиплексировать не менее 64 каналов.