Контрольные вопросы по модулю 1 Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии Особенности построения цифровых систем передачи
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Расчет волоконно-оптических линий связи Для определения длины регенерационного участка волоконно- оптической линии связи (ВОЛС) составляется его расчётная схема (рис. 2.36). РП – регенерационный пункт ПРОМ – приёмопередающий оптический модуль, преобразующий оптический сигнал в электрический, восстанавливающий параметры последнего и преобразующий его в оптический ОСР – оптический соединитель разъёмный (их число на РУ равно 2); ОСН – оптический соединитель неразъёмный, число которых на единицу меньше числа строительных длин ОК, составляющих РУ. ОСН ОСН РП ОСР РП ОСР ПРОМ ПРОМ Рис. 2.37. Расчётная схема регенерационного участка ВОЛС Оконечные устройства (ПРОМ) подключаются к станционным кабелям с использованием разъемных оптических соединителей (ОСР). Соединение оптических волокон (ОВ) станционных и линейного оптического кабеля (ОК), а также соединение строительных длин последнего выполняется при помощи сварных неразъемных оптических соединителей (ОСН. Максимальная длина регенерационной участка ВОЛС ограничивается затуханием и дисперсией импульсных сигналов. Поскольку эти параметры передачи являются независимыми, то при проектировании ВОЛС необходимо отдельно рассчитать длину регенерационного участка по затуханию L a и длину 85 регенерационного участка по дисперсии L d . Из полученных значений выбирается наименьшее. Расчет длины регенерационного участка по затуханию Общее затухание линии без регенераторов составляет а = 10lg(P пер /Р пр ) = р пер – р пр = αL + а рс N рс + а нс N нс , где Р пер , р пер – мощность и уровень мощности излучения источника, вводимого в световод (дБ Р пр , р пр – мощность и уровень мощности принимаемого оптического сигнала (дБ L – длина линии (км α – километрическое затухание в оптических волокнах кабеля (дБ/км); а рс , а нс – потери на разъемных и неразъемных соединениях (дБ N рс , нс – число разъемных и неразъемных соединителей. Потери в неразъемных соединениях нормируются и составляют 0,1 дБ. Потери в разъемных соединителях образуются из потерь вследствие радиального смещения на стыке ОВ, потерь на угловое рассогласование и потерь на осевое рассогласование (рис. 2.38 – 2.40). Сумма потерь в разъемных соединителях не должна превышать 0,5 дБ. Рис. 2.38. Радиальное смещение ОВ Рис. 2.39. Угловое рассогласование ОВ Рис. 2.40. Осевое рассогласование ОВ δ θ а a Z 86 Если линия без регенераторов, то число разъемных соединителей N рс = 2, один – для подключения источника, другой – для подключения приемника оптических сигналов. Число неразъемных соединителей на длине межстанционной линии определяется по формуле нс = (стр) – 1, где стр – строительная длина кабеля (длина кабеля в бухте. Максимальная длина ВОЛС без регенераторов при ограничении по затуханию, с учетом выражений для аи нс, определяется из выражения стр нс нс pc pc пр пер α L a a N a Э p p L a + + − − − = , где Э – энергетический запас системы передачи, необходимый для компенсации отклонений параметров линии в процессе эксплуатации (дБ, для районов Урала ЭВ простейшем случае, когда оптическим кабелем соединены передатчики приемник, количество ОСР равно 2. Включение каждого дополнительного устройства в линейный тракт (оптического кросса, оптического усилителя, компенсатора дисперсии и т.п.) осуществляется при помощи двух ОСР. Длина регенерационной секции может быть существенно увеличена за счет использования оптических усилителей. В этом случае следует учесть увеличение количества ОСР и вместо р пер – р пр использовать А = р пер – р пр + Км + К п + Кл, где Км – коэффициент усиления усилителя мощности К п – коэффициент усиления предварительного усилителя Кл – коэффициент усиления линейного усилителя. Расчет длины регенерационного участка по дисперсии Ограничения, вызванные дисперсией, стали основным фактором, определяющим расстояние регенерационных участков во многих системах. Дисперсия (τ) – это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к увеличению длительности импульса при прохождении по оптическому волокну. Сигнал на приёме приходит размытым, искажённым, с увеличением длины линии искажения увеличиваются. Уширение импульса определяется как квадратичная разность длительности импульсов на входе и выходе оптического волокна. 2 вх 2 вых τ t t − = , где t 2 вх – длительность импульса на входе t 2 вых – длительность импульса на выходе. Значения t 2 вх и t 2 вых берутся на уровне половины амплитуды импульса. В одномодовых оптических волокнах при условии изотропности распространяется одна мода. По этой причине отсутствует модовая дисперсия. И причиной уширения импульсов является хроматическая дисперсия, которая, в свою 87 очередь, делится на материальную дисперсию и волноводную (внутримодовую) дисперсию. Хроматическую дисперсию можно определить как сумму материальной и волноводной дисперсий. вв мат, где мат – материальная дисперсия τ вв – волноводная дисперсия. Для оценки величины максимальной длины регенерационного участка, ограниченного дисперсионными искажениями может быть использовано следующее выражение L d = B ⋅ ∆ ⋅ ⋅ λ τ 10 4 , 4 5 , где τ (пс/(нм*км)) – суммарная дисперсия одномодового оптического волокна в выбранном оптическом кабеле ∆λ (нм) – ширина спектра оптического излучения выбранной системы передачи В (МГц) – скорость передачи цифровых сигналов по оптическому тракту для выбранной системы передачи. Если по результатам расчетов длина регенерационной секции меньше длины ВОЛС, тона таких ВОЛС должны быть использованы регенераторы либо ОК и аппаратура с другими параметрами. Критерием окончательного выбора должно быть выполнение соотношения L d > L a с учетом требуемой пропускной способности линии и возможностью ее увеличения в будущем без значительных капитальных затрат. Пример расчета регенерационного участка ВОЛС Параметры оптического кабеля – коэффициент затухания при λ = 1540 нм, α = 0,35; – коэффициент хроматической дисперсии при λ = 1540 нм, τ = 18 пс/(нм*км); – строительная длина стр = 2 км. Параметры аппаратуры – линейная скорость (ИКМ-480) = 34,368 МГц – длина волны λ = 1540 нм – ширина спектра ∆λ = 1 нм – р пер = – 8 дБ – р пр = – 28 дБ – Э = 6 дБ – HC a = 0,1 дБ – PC a = 0,5 дБ – PC N = 2. Расчетная длина регенерационной секции по затуханию 75 , 32 2 1 , 0 35 , 0 1 , 0 2 5 , 0 6 20 = + + ⋅ − − = a L км. Расчетная длина регенерационной секции по дисперсии 88 711 368 , 34 1 18 10 4 , 4 5 = ⋅ ⋅ ⋅ = d L км. Условие L d > L a выполняется. Как видно из примера, на ограничение по длине регенерационного участка для этого типа оборудования основное влияние оказывают затухания в ОК. Влияние дисперсии начинает проявляться на высокоскоростных ЦСП, работающих на частотах, близких к единицам ГГц. 2.5. Уровни модели OSI в PDH Физический уровень Физический уровень включает в себя описание электрических параметров интерфейсов и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода. Эти параметры описаны в рекомендации ITU-T G.703. Для PDH определены следующие физические интерфейсы Е – симметричная пара (120 Ом, Е – коаксиальный кабель (75 Ом) или симметричная пара (120 Ом, E2, Е, E4 – коаксиальный кабель (75 Ом. Для потоков определено использование следующих линейных кодов ЕЕ, Е – CMI. Для каждого потока определена маска допустимых пределов формы импульса в линии. На рис. 2.41 изображена маска для потока Е. 269 нс + 25) 194 нс – 50) 244 нс нс – 25) 488 нс + 244) 10 % 10 % 10 % 10 % 0% 50% 10 % 10 % 20 % 20 % V = Номинальный импульс Рис. 2.41. Маска импульса физического интерфейса потока 2048 Кбит/с 89 Канальный уровень Параметры канального уровня ПЦИ включают в себя цикловую и сверх- цикловую структуру потока, описание процедур контроля ошибок, процедур мультиплексирования/демультиплексирования и выравнивания. Сетевой уровень Сетевой уровень ПЦИ включает в себя процедуры управления каналами, обработку ошибок и неисправностей, возникающих в системе передачи. 2.6. Функциональные модули PDH Основными функциональными модулями PDH являются мультиплексоры, оборудование линейного тракта (ОЛТ), регенераторы и коммутаторы рис. 2.42). Мультиплексоры выполняют функцию загрузки и выгрузки каналов ТЧ и ОЦК в поток Е или цифровых потоков PDH в более скоростные потоки PDH. Оборудование линейного тракта выполняет функции формирования линейного кода и согласования с линией связи. На практике мультиплексоры и ОЛТ обычно объединяют водном конструктивном блоке. Регенераторы выполняют функцию восстановления цифрового потока PDH на протяженных участках системы передачи. Коммутаторы представляют собой сетевой элемент первичной сети, который выполняет коммутацию цифровых потоков. Использование коммутаторов дает возможность оперативно реконфигурировать первичную сеть и осуществлять резервирование. Мультиплексор коммутатор Мультиплексор ОЛТМульти- плексор О Л Т каналы ТЧ цифровые каналы каналы ТЧ цифровые каналы каналы ТЧ цифровые каналы Рис. 2.42. Основные функциональные блоки сетей PDH Основными топологиями сетей PDH являются «точка-точка» (рис. 2.43), линейная цепь (рис. 2.44) и звезда (реализуется с помощью коммутаторов – см. рис. 2.42). Мультиплексор ОЛТканалы ТЧ цифровые каналы Мульти- плексор О Л Т каналы ТЧ цифровые каналы Рис. 2.43. Топология «точка-точка» 90 Мультиплексор ОЛТканалы ТЧ цифровые каналы Мульти- плексор О Л Т каналы ТЧ цифровые каналы Мульти- плексор О Л Т О Л Т каналы ТЧ цифровые каналы Рис. 2.44. Топология линейная цепь Кроме основных ЦСП, разработаны системы передачи не входящие непосредственно в европейскую PDH. К ним относятся Субпервичная система ИКМ-15, преобразующая сигналы 15 телефонных каналов в цифровой поток со скоростью 1024 кбит/с. Цифровые потоки двух систем ИКМ-15 могут быть далее объединены в первичный цифровой поток. Аналого-цифровое оборудование АЦО-ЧРКВ, которое преобразует сигналы типовой вторичной группы каналов (канальной) системы передачи с ЧРК в три первичных цифровых потока. Аналого-цифровое оборудование АЦО-ТВ, позволяющее преобразовывать канал телевизионного вещания и два канала звукового сопровождения или один стерео) в три третичных цифровых потока. Основные параметры оборудования ЦСП плезиохронной цифровой иерархии приведены в таблице. Параметр ИКМ-15 ИКМ-30 (ИКМ-30С) ИКМ-120 ИКМ-480 ИКМ-1920 Число каналов ТЧ 15 30 120 480 1920 Скорость передачи входных потоков, кбит/с — — 2048 (1±3·10 –5 ) 8448 (1±3·10 –5 ) 34368 (1±1,5·10 –5 ) Скорость передачи выходных потоков, кбит/с 1024 (1±3·10 –5 ) 2048 (1±3·10 –5 ) 8448 (1±2·10 –5 ) 34368 (1±1,5·10 –5 ) 139264 (1±1·10 –5 ) Тип кода линейного сигнала NRZ-S CMI CMI или HDB-3 HDB-3 HDB-3 Среднее время восстановления циклового синхронизма, мс 2 2+2(СЦС) 0,75 0,5 0,15 Коэффициент ошибок на линейный тракт максимальной длины 10 –7 10 –7 10 –7 10 –7 Тип кабеля КСПП, ВТСП Т, ТПП (КСПП) МКС, ЗКП МКТ-4 КМБ-4 Длина участка регенерации, км До 7,4 До 2,7 (3,8) 5 ± 0,5 2,3...3,2 2,75...3,15 Максимальная длина секции ДП, км 50 43 (110) 200 200 240 Максимальная дальность связи, км 100 85 (440) 600 2500 2500 Максимальное число НРП между обслуживаемыми станциями 7 20 (28) 40 80 80 91 2.7. Контрольные вопросы по модулю 2 1. Какие недостатки имеет метод равномерного квантования при аналого- цифровом преобразовании 2. Что такое компандирование, и с какой целью его используют при формировании ИКМ-сигнала? 3. Объясните, чем отличаются Аи законы компандирования? 4. Какую скорость имеет цифровой поток Е Объясните, как получается эта скорость. 5. С какой целью в цифровых системах передачи с временным разделением каналов используется цикловая синхронизация 6. В каком цикле сверхцикла потока Е передается сверхцикловой син- хросигнал? 7. С какой частотой повторяется передача одного цикла потока Е Объясните, почему используется именно эта частота. 8. Какой интерфейс тактовой синхронизации представлен на рисунке Пер Пер Пр Пр 9. Перечислите способы объединения цифровых потоков. 10. Объясните причины возникновения положительного согласования скоростей при асинхронно объединении цифровых потоков. 11. Перечислите возможные реализации физических интерфейсов для потока Е по рекомендации ITU-T G.703. 12. На рисунке приведен пример линейного кодирования цифровой последовательности. Определите тип линейного кода. 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 13. Перечислите методы расчета волоконно-оптических линий связи и объясните, какие параметры влияют на длину регенерационного участка. 14. Перечислите причины возможных потерь в разъемных соединителях волоконно-оптических линий связи. 15. Перечислите функциональные модули сети PDH и приведите примеры их использования при составлении сетей различной топологии. 92 3. Синхронная цифровая иерархия 3.1. Принципы SDH 3.1.1. Недостатки PDH Системы плезиохронной цифровой иерархии обладают рядом недостатков Плезиохронность сигналов в системе не позволяет существенно увеличить скорость передачи. • Побитное мультиплексирование (временное группообразование) усложняет реализацию оборудования. • Объединение асинхронных сигналов при помощи побитного положительного выравнивания (положительного согласования скоростей. В России и ряде других европейских стран ранее выпускалось оборудование, использующее положительно-отрицательное (двустороннее) согласование скоростей. Это оборудование несовместимо с оборудованием, использующим положительное (одностороннее) согласование скоростей. • Для каждого уровня мультиплексирования используется специальный формат кадра (цикла) передачи. • Фазовое соотношение между кадрами и нагрузочной информацией не фиксируется. Невозможен прямой доступ к индивидуальным каналам, объединенным в групповом потоке. Для такого доступа необходимо произвести полное последовательное демультиплексирование. • Слабые возможности в организации служебных каналов для контроля и управления. Низкая пропускная способность служебных каналов не позволяет обеспечить полноценное сетевое управление. Указанные недостатки PDH привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе – аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH. В России используется европейский стандарт SDH. 3.1.2. Основные характеристики SDH Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) определена стандартами ITU-T G.702, G.707. Первичным цифровым потоком SDH является синхронный транспортный модуль STM-1 (Synchronous Transport Module). Скорость передачи STM-1 равна 155,52 Мбит/с. Дальнейшее увеличение скорости передачи достигается мультиплексированием с коэффициентом 4. Образуются модули STM-N. В настоящее время стандартизированы модули с N=1,4,16,64. Для SDH характерны следующие особенности • Синхронность оборудования в сети, что позволило увеличить скорость передачи. 93 • Возможность функционирования в плезиохронном режиме. Фазовое соотношение регулируется положительным, нулевым или отрицательным побайтным выравниванием. • Использование в качестве нагрузки существующих потоков PDH обеспечило совместимость со старыми системами передачи. • Модульность структуры. Более высокие скорости передачи достигаются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1. Мультиплексирование выполняется таким образом, что структура результирующего модуля STM-N практически идентична структуре STM-1. Скорости передачи SDH в целое число раз выше скорости передачи 155,52 Мбит/с, а именно STM-4 – 622,08 Мбит/с, STM-16 – 2488,32 Мбит/с, STM-64 – 9953,28 Мбит/с. • Фазовые соотношения между кадрами и пользовательской информацией фиксируются посредством указателей. Обработка указателей обеспечивает возможность доступа к любому сигналу в высокоскоростном потоке. Принцип действия механизма указателей показан на рис. 3.1. Два потока аи объединяются в поток с. В результирующем потоке с положение нагрузки определяется с помощью указателя, в котором находится значение смещения нагрузки относительно син- хросигнала. нагрузка нагрузка a* MUX c p – обнаружение СС и указателя – создание новых СС и указателя – объединяемые сигналы передаются без задержки. N A N B a* b* B A P B N B N A нагрузка нагрузка, В – синхросигналы (СС), P A , P B – указатели, А, В, А, В – фазовое соотношение указателя, N А , начало пользовательской информации. P A Рис. 3.1. Принцип объединения цифровых потоков с использованием указателей 94 3.1.3. Сравнение возможностей PDH и SDH Преимущества SDH заключаются в следующем • Впервые стандартизирована скорость передачи свыше 140 Мбит/с. • Стандартизирован линейный оптический сигнал, что дает возможность совместимости оборудования различных производителей. • Модульность структуры. Более высокие скорости передачи достигаются побайтным мультиплексированием нескольких STM-1. Скорости передачи SDH в целое число раз выше скорости передачи 155,52 Мбит/с. • Доступ к отдельным каналам в групповом канале возможен с использованием указателей, что весьма удобно при необходимости частого ввода/вывода отдельных каналов. • Большое число служебных позиций дает возможность управления сетью, что особенно важно для применения управления с помощью TMN. • Возможна передача всех сигналов PDH, определенных рекомендацией G.702 ITU-T. • Возможна передача широкополосных сигналов, которые могут появиться в будущем. • Возможно прямое преобразование электрических сигналов в оптические без применения сложного линейного кодирования. Производится проверка на четность для обнаружения ошибок на разных уровнях структур SDH. • Не требуется специальное линейное оборудование. В оборудовании SDH оно объединено с мультиплексорами, что повышает его эффективность. Недостатки SDH по сравнению с PDH заключаются в следующем • Более сложная технология из-за необходимости фиксации фазовых соотношений между нагрузкой и заголовком. • Реализована возможность транспортирования только трех потоков со скоростью 34 Мбит/с в модуле STM-1, хотя его емкость достаточна для транспортирования четырех таких потоков. • Побайтное выравнивание может приводить к большему джиттеру, чем побитное. |