Поле нагрузки транспортного модуля STM-1

Рассмотрение  спектра сигнала АИМ позволяет  пояснить соотношение, определяющее выбор  частоты повторения импульсов. Значение F0мин = 2Fа определяет то минимальное значение частоты повторения, при котором не происходит наложения спектров соседних боковых полос. Структуру, подобную спектру сигнала АИМ, но несколько более сложную, имеют и спектры сигналов при других видах импульсной модуляции. Характерной особенностью спектров сигналов импульсной модуляции является наличие около w=0 составляющих, соответствующих частотам передаваемого сообщения. Это указывает на возможность демодуляции фильтром нижних частот, пропускающим на выход лишь составляющие с частотами от 0 до 2пи Fа и отфильтровывающим все остальные. Демодуляция не будет сопровождаться искажениями, если в полосу пропускания фильтра нижних частот (ФНЧ) не попадут составляющие ближайшей боковой полосы, т. е. нижней боковой полосы. И при демодуляции сигнала АИМ, искажения будут отсутствовать, когда спектры соседних боковых полос не перекрываются, а для этого надо, чтобы частота повторения импульсов была бы F0 больше либо равно 2Fа. Из этого рассмотрения вытекает также необходимость предварительной фильтрации передаваемого сообщения a(t) таким образом, чтобы ширина спектра его ограничивалась некоторой частотой Fа.  

1.2. Информационные структуры  и схема преобразований

Принципы ТС СЦИ реализуются на аппаратном уровне с помощью информационных цифровых структур, образуемых в сетевых слоях  секций и трактов.

1.2.1 Информационные  структуры 

Термины и определения:

1) Синхронная  цифровал иерархия (СЦИ)

Иерархический набор цифровых транспортных структур, стандартизированных для транспортирования  соответственно адаптированной нагрузки по физическим сетям передачи.

2) Асинхронный режим переноса (Asynchronjus Transfer Mode, ATM)

Пакетный протокол передачи, использующий технологию асинхронного мультиплексирования разделенных  временных интервалов. Базовым транспортным элементом протокола АТМ является информационный блок фиксированной длины (ячейка). Ячейка содержит информационное поле и заголовок. Основное назначение заголовка - идентифицировать ячейки, принадлежащие конкретному виртуальному каналу внутри мультиплексированных временных интервалов. ATM является протоколом, ориентированным на соединение.

3)Синхронныйрежимпереноса (Synchronous Transfer Mode, STM)

Режим переноса, основанный на передаче синхронных транспортных модулей STM-N, представляющий собой набор иерархических структур, полученных с помощью мультиплексирования базовых STM-1.

4) Синхронный  транспортный модуль (СТМ)

Информационная  структура, используемая для организации  соединений в слое секций СЦИ. Состоит  из информационной нагрузки и секционного  заголовка (SOH), объединенных в блочную цикловую структуру с периодом повторения 125 мкс. Эта информация соответственно подготовлена для последовательной передачи со скоростью, синхронизированной с сетью. Базовый СТМ имеет скорость 155520 кбит/с и называется СТМ-1. Скорости высших СТМ в N раз выше. Определены N = 4, 16, 64 и 256.

СТМ-1 содержит одну группу административных блоков (AUG) и SOH. CTM-N содержит N AUG и SOH.

Значения N соответствуют уровням СЦИ.

5) Виртуальный  контейнер (ВК-п) 

Информационная  структура, используемая для организации  соединений в слое трактов СЦИ. Состоит  из информационной нагрузки и трактового заголовка (РОН), объединенных в блочную  цикловую структуру с периодом повторения 125 или 500 мкс. Информация, определяющая начало цикла ВК-n, обеспечивается обслуживающим сетевым слоем.

Определены два  типа виртуальных контейнеров.

Виртуальный контейнер  нижнего ранга (m = 12,2, 3) содержит один контейнер С-m плюс заголовок РОН виртуального контейнера нижнего ранга, относящийся к этому уровню.

Виртуальный контейнер  верхнего ранга (n = 3,4) содержит либо один контейнер С-n, либо набор групп субблоков (TUG-2 или TUG-3) и заголовок РОН виртуального контейнера, относящийся к этому уровню.

6)Административныйблок (Administrative Unit-n, AU-n).

Информационная  структура, обеспечивающая согласование между слоем трактов верхнего ранга и слоем мультиплексных секций. Состоит из информационной нагрузки (виртуальный контейнер  верхнего ранга) и указателя административного  блока, который обозначает отступ начала цикла нагрузки от начала цикла мультиплексной секции

Один или более  административных блоков, занимающих фиксированное положение в нагрузке СТМ, называются группой административных блоков (AUG).

7) Субблок или компонентный блок (Tributary Unit-m, TU-m)

Информационная  структура, обеспечивающая согласование между слоем трактов нижнего  ранга и слоем трактов верхнего ранга. Состоит из информационной нагрузки (виртуальный контейнер нижнего  ранга) и указателя субблока, который показывает отступ начала цикла нагрузки относительно начала цикла виртуального контейнера верхнего ранга.

TU-m (m = 12,2, 3) состоит из ВК-m плюс указатель субблока.

Один или более  субблоков, занимающих фиксированные позиции в нагрузке ВК-n верхнего ранга, называются группой субблоков (TUG). Группы определены так, чтобы получить возможность образования смешанной нагрузки из субблоков разных размеров для увеличения гибкости транспортной сети. TUG-3 содержит однородный набор идентичных TUG-2 или один TU-3.

8) Субсинхронные транспортные модули

Информационные  структуры, используемые для организации  соединений в слое секций СЦИ. Различают  три типа субсинхронных транспортных модулей:

СТМ-0 - информационная структура со скоростью передачи 51840 кбит/с;

cCTM-2n (sSTM-2n) - информационная структура, содержащая одну или несколько TUG-2 вместе с секционным заголовком со скоростью передачи 6912 х n кбит/с (n=1,2,4);

cCTM-1k (sSTM-lk) - информационная структура, содержащая один или несколько TU-12 вместе с секционным заголовком со скоростью передачи 2304 х k кбит/с (k-1,2,4,8,16).

9) Контейнер  (С-п).

Информационная  структура, формирующая синхронную с сетью информационную нагрузку для виртуального контейнера. Каждому  виртуальному контейнеру соответствует  свой контейнер. Определены функции  адаптации используемых на сети скоростей  к ограниченному числу стандартных  контейнеров.

10) Указатель  (Pointer)

Индикатор, значение которого показывает отступ цикла виртуального контейнера относительно точки отсчета  цикла транспортной единицы, которая  его обслуживает.

11) Сцепка или  конкатенация.

Процедура объединения  нескольких виртуальных контейнеров, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер, в котором  обеспечивается целостность последовательности бит.

Сценкой также  называют иерархическую структуру, полученную в процессе объединения  виртуальных контейнеров, которая передается в слое трактов СЦИ. Различаются два вида сцепки:

непрерывная сцепка (Contiguous Concatention) - виртуальные контейнеры занимают соседние временные позиции и обрабатываются совместно в процессе передачи от начала до конца цифрового тракта;

виртуальная сцепка (Virtual Contention) - индивидуальные виртуальные контейнеры, входящие в сценку, обрабатываются раздельно.

12) Тандемпое соединение. (Tandem Connection)

Транспортная  сущность СЦИ, представляющая собой  виртуальные контейнеры со специальным  заголовком, которые передаются через  несколько мультиплексных секций с  неизменной информационной нагрузкой. Тандемное соединение образует подслой  между слоями цифровых трактов и  секций. Контроль тандемных соединений (Tandem Connection Monitoring) используется между точками окончания тандемных соединений для определения качества сигналов в зонах различных операторов.

13) СЦИ-размещение  или преобразование (mapping)

Процедура адаптирования сигналов нагрузки к виртуальным контейнерам на границах сети СЦИ.

14) СЦИ-мультиплексирование  или группообразование

Процедура адаптирования нескольких сигналов слоя трактов нижнего ранга к тракту верхнего ранга или нескольких сигналов слоя трактов верхнего ранга к мультиплексной секции.

15) СЦИ-корректирование  или синхронизация (выравнивание)

Процедура, посредством  которой в Субблок или административный блок вводится информация об отступе этого цикла от эталонной дочки отсчета цикла обслуживающею слоя.

В настоящее  время определено пять синхронных уровней  СЦИ, скорости передачи которых (155520 - 622080 - 2488320 - 9953280 39813120 кбит/с) жестко связаны  отношением 1:4:16:64:256. Последние числа  совпадают с номерами N уровней СЦИ. Скорость N-ого уровня в N раз выше скорости первого.

На рисунке 1.2 показан цикл СТМ-1. Он имеет период повторения Т = 125 мкс. Для удобства обозрения этот цикл изображается в виде прямоугольной таблицы из 9 рядов и 270 столбцов (М = 9 х 270 = 2430 элементов). Каждый элемент изображает 1 байт (8 бит) и соответствует скорости передачи 64 кбит/с, а вся таблица - скорости передачи 1-го уровня СЦИ: 64 х 2430 = 155520 кбит/с (U = 8 М/Т).

Теорема Шеннона  ограничивает предельную пропускную способность  канала I с заданной полосой пропускания F и отношением сигнал/шум S/N :

     [ 2.1]

Для стандартного телефонного канала F=3кГц, N/S=30db, следовательно, теоретический предел для публичной коммутируемой телефонной сети равен примерно 30кбит/с. Ослабление для телефонных скрученных пар составляет около 15 дБ/км, дополнительные ограничения возникают из-за перекрестных наводок.

Если рассмотреть  сигнал с полосой F, то согласно теореме Найквиста частота стробирования должна быть равна или больше 2F. При использовании больших частот стробирования можно получить при воспроизведении более высокие гармоники, но они при заданной полосе пропускания все равно будут подавлены. При N дискретных уровнях преобразования максимальный поток данных составит 2F log2(N) бит/c, что при F=4кГц/c и N=256 даст 64 кбит/c. Практически при F=4кГц даже в отстутствии шума нельзя получить скорость передачи более 8 кбит/с (если передается один бит за такт).

Стандартные проводные линии связи  имеют ослабление 6 дБ/км на частоте 800 Гц, или 10 дБ/км на частоте 1600 Гц. На рис. 2.1.1 показана зависимость ослабления от частоты передаваемого сигнала  для медной линии с сечением 0,5 мм.

Рис. 2.1.1. Зависимость  ослабления сигнала в медной линии  сечением 0,5мм от частоты

От частоты  зависит фаза (из расчета на километр) и волновое сопротивление скрученной пары (см. рис. 2.1.2), по этой причине искажения  формы сигнала при заметной длине линии неизбежны.

Из формулы [2.1] видно, что расширять  пропускную способность канала можно  за счет широкополосности и высокого отношения сигнал-шум. Существует много источников шума, один из главных тепловые шумы (N = kTB, где T – температура в градусах Кельвина, B – полоса пропускания приемника, а k – постоянная Больцмана). На практике существенно большее влияние оказывают различного рода наводки. Увеличeние пропускной способности сети достигается путем сокращения длины кабеля (уменьшение расстояния между узлами сети), заменой типа кабеля, например, на провод с большим сечением, или применив оптоволоконный кабель. Определенный эффект может быть получен и с помощью усовершенствованной системы шумоподавления (новый, более эффективный модем). 

Рис. 2.1.2. Зависимость  волнового импеданса скрученной пары и фазы (сечение 0,5мм) от частоты 

Сопротивление скрученной пары от коммутатора до терминального оборудования может  лежать в пределах 800-20000 Ом. Следует  учитывать, что при подаче питания  на терминальное оборудование (телефон) по подводящему кабелю, большое его  сопротивление, помимо прочего, приведет к падению питающего напряжения. В многожильных кабелях определенные проблемы создают перекрестные наводки  и шумы. Обычно рассматриваются два  случая перекрестных наводок:

Источник сигнала  и приемник находятся по одну сторону  кабеля (NEXT - near end crosstalk); Приемник и источник находятся на разных концах кабеля (FRXT - far end crosstalk).

NEXT-наводки при большом числе пар проводов в кабеле подчиняются закону f1.5 , а их уровень составляет около 55 дБ при частоте 100 кГц. FEXT-наводки сильно зависят от схемы коммутации и разводки проводов и обычно менее опасны, чем NEXT. Еще одним источников наводок является импульсный шум внешних электромагнитных переходных процессов. Этот вид наводок обычно характеризуется процентом времени, в течении которого его уровень превышает порог чувствительности, и варьируется в зависимости от обстоятельств в очень широких пределах.