Рекомендация МСЭ-Т G.703 [1] относится к числу наиболее известных и часто используемых, так как в ней даны определения интерфейсов для передачи сигналов, составляющих основу современных цифровых систем связи. Тем не менее в процессе экспертизы различных документов и при контактах со специалистами во время консультаций или обучения автору неоднократно приходилось сталкиваться с незнанием или некоторым недопониманием отдельных положений этой рекомендации. В какой-то мере к этому могли привести ошибки и неточности, имеющиеся в посвященной данной теме статье [2] и соответствующем разделе книги [3]. Поэтому стоит еще раз вернуться к этой теме и внести необходимые уточнения.
Р екомендация G.703 включает 12 разделов, в каждом из которых описан определенный интерфейс. В связи с этим любая ссылка на интерфейс G.703 без указания конкретного интерфейса лишена смысла. Следует обязательно привести скорость передачи или сослаться на соответствующий раздел документа — например, так: “Интерфейс G.703 со скоростью 2048 кбит/с”1 или, что то же самое, “Интерфейс G.703/6”.
В табл. 1 указано соответствие между разделами Рекомендации G.703 и иерархическими интерфейсами и выделены скорости передачи, используемые на сетях нашей страны. Скорости передачи для американской, европейской и японской плезиохронных цифровых иерархий (PDH) указаны в Рекомендации G.702 [4].
В разделе 1 (скорость 64 кбит/с) определены три типа интерфейсов: сонаправленный, противонаправленный и с центральным генератором. Они различаются по способу передачи сигнала синхронизации [2, 3].
Помимо интерфейсов PDH, в этом документе описан и электрический интерфейс для 1-го уровня (STM-1) cинхронной цифровой иерархии (SDH), который используется для внутристанционных связей. Более высокие уровни SDH (STM-4, 16, 64) имеют только оптические интерфейсы.
Внимательный читатель заметит отсутствие в табл. 1 раздела 10, что не случайно, поскольку в нем дано определение интерфейса, который, строго говоря, не соответствует названию рекомендации (“Иерархические цифровые интерфейсы”). Этот раздел относится к сигналам, предназначенным не для передачи полезной информации, а исключительно для синхронизации. Однако в раздел 10 рекомендации включено определение специального синхронизационного интерфейса,
поскольку, во-первых, система синхронизации необходима для нормальной работы всех цифровых сетей связи, а во-вторых, для этого могут использоваться информационные сигналы со скоростями 2048 и 155 520 кбит/с, специфицированные в этом документе).
Характеристики интерфейсов
Прежде всего следует иметь в виду, что в Рекомендации G.703 даны только физические и электрические характеристики интерфейсов. Поэтому фраза: “Рекомендация G.703 вообще не предусматривает необходимые для нормальной маршрутизации заголовки” [3, с. 24] — лишена смысла, поскольку функциональные характеристики, в том числе и служебная информация (“заголовки”), имеются в других рекомендациях (в частности, G.704 [5] для 1-го и 2-го уровней PDH).
Далее, никаких общих характеристик для разных интерфейсов в этом документе нет. Основными характеристиками каждого отдельного интерфейса являются:
· скорость передачи и ее максимально допустимое отклонение,
· среда передачи (симметричная или коаксиальная пара) и значение характеристического сопротивления,
· форма и параметры сигнала (напряжение, длительность импульса и т. п.).
Для некоторых интерфейсов установлены дополнительные характеристики: максимальное фазовое дрожание (джиттер), уровень сигнала, затухание и др.
Не останавливаясь на всех важных для разработчиков аппаратуры параметрах (за ними следует обращаться непосредственно к тексту рекомендации), рассмотрим наиболее существенные из них.
Важным параметром, о котором ничего не сказано в [2, 3], является максимально допустимое отклонение скорости передачи от номинальной. Его принято измерять в миллионных долях (английская аббревиатура — ppm — parts per million). Значения его для всех иерархических цифровых интерфейсов приведены в табл. 2. Относительные величины легко пересчитать в абсолютные. Например, для скорости 64 кбит/с величину абсолютного отклонения вычисляют следующим образом: 64 кбит/с • 100 • 10–6 = 6,4 кбит/с.
Параметры импульсов (амплитуда, длительность, скорость нарастания) и допуски на них определяются графически в виде специальных масок, приведенных в рекомендации.
Номинальная форма импульса всех используемых в нашей стране иерархических цифровых интерфейсов прямоугольная.
Интерфейс синхронизации
Общие принципы построения системы тактовой сетевой синхронизации на цифровых сетях связи России изложены в РТМ [6]. В этом документе учтены как требования соответствующих рекомендаций МСЭ-Т, так и особенности построения сетей связи в нашей стране. В том числе в нем упоминается сигнал синхронизации с частотой 2048 кГц, интерфейс которого описан в разделе 10 Рекомендации G.703. Этот сигнал применяют в случае необходимости внешней синхронизации аппаратуры, а конкретно — в приведенных ниже ситуациях:
· При использовании специальной аппаратуры синхронизации — первичных эталонных генераторов (ПЭГ) и ведомых задающих генераторов (ВЗГ). Каждое из этих устройств должно иметь не менее 16 выходов с интерфейсом G.703/10, а ВЗГ — еще и входы с этим же интерфейсом.
· При использовании систем SDH. Дело в том, что вследствие применения в этих системах механизма смещения указателей в компонентных сигналах возникает джиттер значительно большей величины, чем в системах PDH, содержащий к тому же трудно поддающиеся фильтрации интенсивные низкочастотные составляющие. По этой же причине сигнал 2048 кбит/с, прошедший через системы SDH, не рекомендуется использовать для синхронизации2. Кроме того, прошедший определенное число сетевых элементов SDH синхросигнал, выделяемый из линейного сигнала STM-N, должен подаваться на ВЗГ для фильтрации джиттера. Поэтому все оборудование SDH обязательно имеет выходы для выдачи синхросигнала другому оборудованию и входы для получения синхросигнала, например от ПЭГ или ВЗГ, с интерфейсом G.703/10.
· На узлах и станциях цифровой сети общего пользования для синхронизации аппаратуры в ведомственных и частных сетях.
· При использовании спутниковых линий связи для обеспечения точности установки их частоты не ниже 10–11.
Как и для интерфейса на скорости 2048 кбит/с, максимально допустимое отклонение частоты сигнала 2048 кГц равно 50 ррm, а осуществлять его передачу можно двумя способами: по симметричной или коаксиальной паре (с характеристическим сопротивлением 120 и 75 Ом соответственно). Согласно РТМ [6], предпочтение отдается первому варианту.
Сигналы с частотой 2048 кГц могут представлять собой последовательность прямоугольных (или близких к ним) импульсов с чередующейся полярностью, либо быть синусоидальными.
1. Recommendation G.703. Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces (Физические и электрические характеристики иерархических цифровых интерфейсов), 1991. 2. Слепов Н. Н. Интерфейс G.703 // Сети. 1995. № 8. С. 74—78. 3. Слепов Н. Н. Синхронные цифровые сети SDH. М.: Эко-Трендз, 1997. 4. Recommendation G.702. Digital hierarchy bit rates (Скорости передачи цифровой иерархии), 1988. 5. Recommendation G.704. Synchronous frame structures used at primary and secondary hierarchical levels (Структуры синхронных циклов, используемых на первом и втором уровнях иерархии), 1991. 6. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи РФ. М.: ЦНИИС, 1995.
Об авторе Нетес Виктор Александрович, д-р техн. наук, главный специалист Научно-технического центра “КОМСЕТ”. Телефон: (095) 727-0112 E-mail: netes@komset.ru
№ 6 ‘1999
СОДЕРЖАНИЕ
колонка редактора • Linux на марше
локальные сети • Без вины виноватая сеть • Оборудование для беспроводных ЛВС • Конструкция кабельных лотков не отстает от времени • Активная роль пассивных оптических разветвителей
бизнес • Lucent Technologies: в центре коммуникационной революции
интернет и интрасети • Дополнительные опции протокола TCP • Форум российских профессионалов Интернет • Linux и компьютерные титаны
защита данных • Списки доступа и производительность маршрутизатора • Даешь безопасный идентификатор!
корпоративные сети • ПО системного управления масштаба предприятия • Службы справочника в поисках общего языка • Сервисный пакет SP4: обращаться осторожно!
услуги сетей связи • IP-телефония: от слов к делу • Еще раз об интерфейсе G.703 • Коммутируемые соединения Frame Relay • Дальнобойный HDSL • Применение АТМ на сетях связи общего пользования
системы учрежденческой связи • АТС для малого и среднего бизнеса: абонентские устройства • Протокол IP доминирует на CT Exрo
Первые цифровые сети были разработаны для того, чтобы обеспечить передачу телефонного трафика по высокоскоростным магистральным каналам. Преимущества передачи голосового трафика в цифровом виде оцифрованный сигнал одинаково хорошо распространяется на любые, сколь угодно большие расстояния. Для передачи по цифровым сетям аналоговый сигнал последовательно преобразуется сначала в информационный код, а затем, в линейный код.
Мгновенному значению амплитуды аналогового входного сигнала ставится в соответствие одна из 256 возможных кодировок. Таким образом, оцифрованный голосовой сигнал передается в виде 8-ми разрядного кода с частотой повторения 8 кГц. Шум квантования представляет собой изменяющуюся в времени разницу между исходным и оцифрованным сигналом.
Для того, чтобы ослабить влияние этого шума на слабые аналоговые сигналы преобразование сигнала в код выполняют по нелинейному закону: меньшим значениям входного сигнала ставится в соответствие большее изменение выходного кода, и наоборот. Компрессор устанавливается на стороне передатчика и экспандер — на стороне приемника.
Тип линейного кода обеспечивает формирование требуемого спектра передаваемого сигнала, а также условий по обеспечению синхронизации внутренних генераторов тактовой частоты приемника и передатчика.
Подавление 8-ми последовательных двоичных нулей — Binary 8 Zeros Suppression Специально сформированная последовательность полжительных и отрицательных импульсов образ нарушает правило чередования полярности bipolar violation (BPV), и следовательно, может быть распознан на приемном конце и заменен на 8 нулей.
Для линейного кодирования в европейских цифровых каналах используется метод HDB3 (High Density Bipolar 3, биполярное кодирование с высокой плотностью), комбинация из четырёх последовательных нулей во входном сигнале заменяется группой B00V, где B — компенсирующий бит, а V — бит, который нарушает правило чередования фазы. вставляемые биты поддерживают баланс импульсов положительной и отрицательной полярности.
Рекомендация G.703 устанавливает номиналы скоростей передачи данных и для каждой из этих скоростей иерархии устанавливает требования к электрическим параметрам сигналов.
«Плезио» означает «почти» передачу данных в данном случае нельзя назвать ни синхронной, ни асинхронной, поскольку синхронизация приемника и передатчика производится только в отдельные моменты времени.
В скобках — номер соответствующего пункта рекомендации G.703
Рекомендация G.703 также определяет дробные (fractional) скорости передачи данных вида:
F = n * 64 Кбит/сек, где n = 2…31 для Е1 и n = 2…23 для Т1.
Для некоторых из иерархии скоростей передачи данных (в частности, для скоростей Е1 и Т1) могут использоваться два типа физической среды — витая пара или коаксиальный кабель. Интерфейсы G.703, которые используют коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом в качестве физической среды передачи, называются небалансированными (unbalanced). Интерфейсы G.703, которые используют витую пару проводов с волновым сопротивлением 120(100) Ом в качестве физической среды передачи, называются сбалансированными (balanced).
Информационный поток образуют кадры (frames) и мультикадры (multi frames). Кадр образуют 8-ми битовые канальные интервалы и управляющие символы. Каждый канальный интервал обеспечивает передачу оцифрованного голоса или данных со скоростью 8 бит * 8 кГц = 64 Кбит/сек.
Кадр — битовая последовательность фиксированной длины, которая состоит из нескольких канальных интервалов (тайм слотов) и управляющих символов и передается с частотой 8 КГц.
Мультикадр — битовая последовательность фиксированной длины, состоящая из нескольких кадров которые передаются с частотой 8 КГц.
Кадр потока Т1 состоит из 24 канальных интервалов и одного управляющего символа, что составляет 24*8+1 = 193 бита * 8000 Гц = 1544 Кбит/сек. Кадр потока Е1 может состоять из 30 информационных и двух управляющих канальных интервалов, что составляет 32 * 8 = 256 бит * 8000 Гц = 2048 Кбит/сек.
Номер 1 соответствует управляющему биту кадра, который имеет название «F-бит», и используется для разделения кадров, динамического определения производительности и обслуживания канала передачи данных. Существует два варианта организации мультикадров в потоке Т1 12-ти кадровый и 24-х кадровый. Поле управляющего символа используется для организации служебного информационного канала передачи данных со скоростью 8 Кбит/сек.
Структура 24-х кадрового мультикадра
Канал с пропускной способностью 4 Кбит/сек используется для передачи диагностической последовательности DL (diagnostic link), два канала по 2 Кбит/сек используются для передачи сигнала обрамления мультикадра FAS (frame alignment signal) (001011) и 6-ти разрядной контрольной суммы CRC. Сигнал FAS используется для обеспечения мультикадровой синхронизации приемника и передатчика. Для передачи сигнальной информации используются биты №8 всех тайм слотовкаждого шестого кадра мультикадра (6,12,18,24).
Структура 12-ти кадрового мультикадра
Технологический канал используется для передачи двух последовательностей FAS (010101) и S-бит. Последовательность S имеет две функции: она может использоваться для разделения мультикадров или для передачи информации об аварии на удаленном абоненте.
Биты кадра Т2 нумеруются от 1 до 789. Частота повторения кадров Т2 составляет 8000 Гц. В состав кадр потока Т2 входят четыре потока Т1 + 5 управляющих битов и два управляющих канала 8 Кбит/сек для передачи сигнальной информации 789 = ( 24 * 4 = 96 ) * 8 + 16 + 5.
Биты TS0 используются для передачи управляющих последовательностей. Биты TS16 используются для передачи битов канальной сигнализации(ABCD). В четных кадрах значение первого бита TS0 используется для передачи CRC-4 субмультикадра. Остальные 7 бит этого тайм слота используются для передачи последовательности обрамления кадра (0011011).Первый бит TS0 нечетных кадров используется для передачи сигнала обрамления мультикадра (001011) и сигналов Е нарушения контрольной суммы. Третий используется для передачи сигнала «удаленная тревога».
В тайм слотах TS16 передаются биты сигнализации ABCD для каналов с 1 по 15 и с 17 по 31.
В ходе изучения Цифровых систем передачи, а так же по рекомендации наставника, дабы лучше разобраться в изучаемом материале и разложить всё по полочкам, я постараюсь объяснить этот материал Вам, если это у меня получится, то можно считать, что я его усвоил хорошо. Надеюсь Вам будет интересно. В статье расскажу кратко о ЦСП и особенностях их построения, ПЦИ(PDH) и более подробно о потоке Е1 и его структуре.
Цифровые системы передачи
Особенности построения цифровых систем передачи
Ни для кого не будет новостью, что основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми: Высокая помехоустойчивость.
Требования к ЦСП определены в рекомендациях ITU-T серии G, так же в этой рекомендации представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 Кбит/с, называемый основном цифровом каналом (ОЦК)[зарубежные источники: Basic Digital Circuit(BDC)], на Хабре уже рассказывалось о том как происходит оцифровка каналов ТЧ в этой статье. Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов (ВРК)[зарубежные источники: Time Division Multiply Access (TDMA), или Time Division Multiplexing (TDM)].
Плезиохронная цифровая иерархия
Появившаяся исторически первой плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) [зарубежные источники: Plesiochronous Digital Hierarchy(PDH)] имеет европейскую, северо-американскую и японскую разновидности.
Уровень иерархии
Европа
Северная Америка
Япония
Скорость Мбит/с
Коэфф. Мультиплекс.
Скорость Мбит/с
Коэфф. Мультиплекс.
Скорость Мбит/с
Коэфф. Мультиплекс.
0
0,064
—
0,064
—
0,064
—
1
2,048
30
1,554
24
1,554
24
2
8,448
4
6,312
4
6,312
4
3
34,368
4
44,736
7
32,064
5
4
139,264
4
—
—
97,728
3
Для цифровых потоков ПЦИ применяют соответствующие обозначения, для северо-американской — T, японской — J(DS), европейской — E. Цифровые потоки первого уровня обозначаются соответственно Т1, E1, J1 второго Т2, Е2, J2 и т.д… К использованию на сетях связи РФ принята европейская ПЦИ. На сети связи РФ эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго — ИКМ-120 и т.д.
Основные принципы синхронизации
Поток Е1
Структура потока Е1.
Структура потока Е1 определена в рекомендации ITU-T G.704. Данный поток называется первичным цифровым потоком и организуется объединением 30-ти информационных ОЦК. Линейный сигнал системы построен на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов, как это показано на рисунке выше (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передаётся один отсчёт каждого из 60 сигнальных каналов (СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой синхронизации). Длительность СЦ Тсц=2мс. Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц0 по Ц15). Длительность цикла Тц=125мкс и соответствует интервалу дискретизации канала ТЧ с частотой 8 кГц. Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала(таймслота) длительностью Тки=3,906 мкс. Канальные интервалы КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 — под передачу служебной информации. Каждый канальный интервал состоит из восьми интервалов разрядов (Р1-Р8) длительностью по Тр=488нс. Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом длительностью Ти=244нс при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля импульс в разрядном интервале отсутствует). Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего интервалы Р2 — Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи данных (ДИ). В нечетных циклах интервалы P3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС — LOF) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение (Ост. зат). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты. В интервале КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1 — Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 — Авар. СЦС — LOM). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1 — Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 — для 2-го и 17-го и т.д. Интервалы Р3, Р4, Р6 и Р7 свободны. С точки зрения передачи телефонного канала: телефонный канал является 8-ми битным отсчётом. Полезная нагрузка – разговор двух абонентов. Кроме того передаётся служебная информация (набор номера, отбой и т.п.) – сигналы управления и взаимодействия (СУВ). Для передачи таких сигналов достаточно повторения их 1 раз в 15 циклов, при этом каждый СУВ будет занимать 4 бита (СУВ для какого-то конкретного канала). Для этих целей был выбран 16-й канальный интервал. В один канал помещаются СУВ для двух телефонных каналов. Т.к. всего 30 каналов, за один разговор используется два канала, то цикл нужно повторить 15 раз, следовательно, с Ц1 по Ц15 передаём всю информацию о СУВ. Таким образом, необходимо определить номер цикла. Для этих целей нулевой цикл содержит сверхцикловой СС («0000» в 1-х четырёх байтах –MFAS). В 6-м бите передаётся потеря сверхцикла (LOM). Мне приходилось сталкиваться с людьми которые пытаясь объяснить структуру потока Е1 предстовляли его в качестве трубы, куда запиханы 32 трубы меньшего размера(32 таймслота), это довольно наглядно, но абсолютно не правильно т.к. в ПЦИ передача данных осуществляется последовательно, побитно, а не параллельно.
Контроль ошибок передачи
Для контроля ошибок передачи используется первый бит нулевого канального интервала.
Содержимое первого бита КИ0 в различных подциклах.
По полиному x4+x+1 определяется наличие ошибки. Биты С1, С2, С3, С4 – это остаток от деления подцикла (8-ми циклов) на полином x4+x+1. При этом результат вставляют в следующий подцикл. Принимаем значение 1-го подцикла, сравниваем со 2 – м. При несовпадении выдаётся сообщение об ошибке. Биты Е1 и Е2 предназначены для передачи сообщений об ошибке на сторону передатчика по первому и по второму циклу (Е1 – для первого, Е2 – для второго). Для корректной обработки в чётных циклах (кроме 14 и 16) вводится сверхцикловой синхросигнал (001011) для контроля ошибок.
На этом я считаю можно остановиться. Всем спасибо за внимание, надеюсь Вам было интересно. Подписывайтесь, ставьте лайки. В статье я попытался изложить как можно больше информации в как можно более простом виде(не знаю удалось ли мне) не ныряя слишком глубоко в подробности структур ЦСП и в частности потока Е1. Если статья понравится то в дальнейшем могу попробывать написать такую же про синхронную цифровую иерархию (СЦИ) [зарубежные источники: Synchronous Digital Hierarchy(SDH)] и синхронный транспортный модуль (СТМ) [зарубежные источники: Synchronous Transport Module(STM)] — STM-1.
