цифровые системы передачи и мультиплексоры обучение

Плезиохронная цифровая иерархия и поток E1

Приветствую вас, друзья!

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.

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.

Физический уровень модель OSI в ПЦИ

Маска импульса физического интерфейса потока 2048 Кбит/с.

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.

Источник

Применение и принцип работы мультиплексора и демультиплексора

На сегодняшний день приобретение дополнительной техники или специальных устройств является достаточно дорогим удовольствием. Для того, чтобы сохранить свои финансовые затраты, довольно часто используют такие устройства, как мультиплексор и демультиплексор, которые являются своеобразными селекторами данных.

В случае с мультиплексором есть возможность через один выход пропустить информацию с нескольких входов. А демультиплексор действует с точностью наоборот – распределяет полученные данные с одного входа на разные выходы.

Мультиплексор представляет собой такое оборудование, которое содержит в себе несколько входов сигнала, один или несколько входов управления и лишь один общий выход. Данное устройство дает возможность передавать определенный канал из одного из имеющихся входов на специальный и единственный выход.

При всем этом выбирается вход с помощью подачи определенной комбинации сигналов управления. Чаще всего мультиплексор необходим там, где нужно обустраивать для передачи сигналов большое количество каналов (сигналов), а денег и технического оснащения для этого нет.

Работоспособность данного типа устройства основана на том, что сигнал связи, даже в случае, если он один, очень часто не применяется на всю мощность. По этой причине имеется лишнее место для запуска других потоков информации по одной линии.

Разумеется, что если все эти потоки пускаются в изначальном виде и в одно и то же время, то на выходе получится обычная мешанина информационных данных, которую будет практически нереально расшифровать. Из-за этого мультиплексор производится при помощи разделения потоков информации разнообразными методами.

Разделение по частотным полосам – это когда все потоки данных идет в одно и то же время, но с разной частотой. При этом не происходит смешивание потоков. Кроме этого, есть возможность пустить потоки в различных временных линиях. Также особо популярным является способ кодирования. В этом случае все потоки обозначаются специальными знаками, кодируются и одновременно отправляются.

Мультиплексоры классифицируют по нескольким критериям: по месту использования или по своим целевым задачам и так далее.

Линия связи мультиплексора и демультиплексора

Основным различием мультиплексоров считается то, каким образом происходит уплотнение сигналов в один сплошной поток.

Мультиплексирование бывает таких видов:

По этой причине стоит более подробно ознакомиться с частотным и временным методами:

Методы мультиплексирования

Частотное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы исполнить частотное мультиплексирование необходимо для всех потоков определить определенный частотный период. Перед самим процессом нужно переместить спектра всех каналов, что входят в период иной частоты, что не будет никак пересекаться с иными сигналами. Кроме того, для обеспечения надежности, меж частотами делают определенные интервалы для дополнительной защиты. Данный метод применяют и в электрических, и в оптических связных линиях.

Временной вариант

Временное мультиплексирование и демультиплексирование

Чтобы передать каждый сигнал в сплошном потоке, что входит, имеется определенное количество времени. В этом случае, перед устройством стоит особая задача – гарантировать доступ циклов к общей среде перенаправления для потоков, которые входят на маленький временной промежуток.

При этом необходимо сделать так, чтобы не возникло нежелательное накладывание каналов друг на друга, которое смешивает информацию. Для этого используют специальные интервалы для защиты, которые ставят меж этими самыми каналами.

Этот способ используют, как правило, для цифровых связных каналов.

Классификация мультиплексоров

Мультиплексоры существуют таких видов:

Также мультиплексоры классифицируются таким способом:

Аналоговые мультиплексоры

Ключи аналогового типа являются специальными аналого-дискретными элементами. Аналоговый ключ может быть представлен в качестве отдельно взятого устройства. Набор такого рода ключей, которые работают на единственный выход с цепями выборки определенного ключа, являются специальным аналоговым мультиплексором. Аналоговое оборудование в каждый период времени выбирает определенный входной канал и направляет его на специальное устройство

Цифровые мультиплексоры

Цифровые оборудования делятся на мультиплексоры второго, первого и иных высоких уровней. Цифровые мультиплексоры дают возможность принимать сигналы цифрового типа из устройств низкого уровня. При этом можно их записать, образовать цифровое течение высокого уровня. Таким образом, входящие потоки синхронизируются. Также можно отметить, что они обладают одинаковыми скоростями.

Области применения

Видеомультиплексоры применяют в телевизионной технике и различных дисплеях, в системах охранного видеонаблюдения. На мультиплексировании базируется GSM-связь и разнообразные входные модемы провайдеров в интернете. Также данные устройства применяют в GPS-приемниках, в волоконно-оптических связных линиях широкополосного типа.

Мультиплексоры используют в различных делителях частоты, специальных триггерных элементах, особых сдвигающихся устройствах и так далее. Их могут применять для того, чтобы преобразовать определенный параллельный двоичный код в последовательный.

Схема применения оптического мультиплексора

Структура мультиплексора

Мультиплексор состоит из специального дешифратора адреса входной линии каналов, разнообразных схем, в том числе и схемы объединения.

Структуру мультиплексора можно рассмотреть на примере его общей схемы. Входные данные логического типа поступают на выходы коммутатора, и далее через него направляются на выход. На вход управления подается слова адресных каналов. Само устройство тоже может обладать специальным входом управления, который дает возможность проходить или не проходить входному каналу на выход.

Существуют типы мультиплексоров, которые обладают выходом с тремя состояниями. Все нюансы работы мультиплексора зависят от его модели.

Демультиплексор

Демультиплексор представляет собой логическое устройство, которое предназначено для того, чтобы свободно переключать сигнал с одного входа информации на один из имеющихся информационных выходов. На деле демультиплексор является противоположностью мультиплексору.

Во время передачи данных по общему сигналу с разделением по временному ходу необходимо как использование мультиплексоров, так и применение демультиплексоров, то есть прибор обратного функционального назначения. Это устройство распределяет информационные данные из одного сигнала между несколькими приемниками данных.

В схеме самого простого такого устройства для определенного выхода применяется двоичный дешифратор. Стоит отметить, что при подробном изучении дешифратора, можно сделать демультиплексор гораздо проще. Для этого необходимо ко всем логическим элементам, которые входят в структуру дешифратора прибавить еще вход. Данную структуру достаточно часто называют дешифратором, который имеет вход разрешения работы.

На что следует обратить внимание при выборе мультиплексора?

При выборе мультиплексора или демультиплексора необходимо учитывать все нюансы и технические характеристики устройства.

Источник

Введение в мультиплексирование: основы телекоммуникаций

Мультиплексирование было разработано в начале 1870-х годов, но в конце 20-го века оно стало гораздо более применимо к цифровой связи. Сегодня мультиплексирование с частотным разделением (FDM, frequency division multiplexing), мультиплексирование с временным разделением (TDM, time division multiplexing) и мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM, wavelength division multiplexing) стало чрезвычайно важным активом для телекоммуникационных процессов и значительно улучшило способ передачи и приема независимых сигналов по AM и FM радиоканалам, по телефонным линиям и по оптоволокну.

Понятие мультиплексирования

Системы телекоммуникаций, такие как радиосвязь, телефон и телевидение, для передачи и приема информации все используют метод, называемый мультиплексированием. Мультиплексирование было разработано для передачи множества аналоговых сигналов или цифровых потоков через одну общую линию передачи. Мультиплексоры, или сокращенно MUX, объединяют сигналы от нескольких устройств, которые затем передаются по этой линии передачи.

Мультиплексор (MUX) считывает и анализирует каждый подаваемый на него отдельный сигнал или поток цифровых данных, а затем назначает каждому из них временной интервал фиксированной длины. После этого назначения MUX теперь имеет так называемый единый составной сигнал и передает часть данных из каждого слота в течение его временного интервала фиксированной длины по высокоскоростной линии передачи. На другом конце высокоскоростной линии передачи этот составной сигнал повторно анализируется и разделяется демультиплексором, или DEMUX. На рисунке ниже показан поток, в котором цифровые данные в системах FDM, TDM и WDM передаются и принимаются от одного устройства к другому с использованием одного мультиплексора и одного демультиплексора.

Рисунок 1 – Система передачи данных, использующая мультиплексирование и демультиплексирование

Мультиплексирование с частотным разделением (FDM)

FDM имеет дело в первую очередь с сигналами аналоговых сообщений, а не с потоками цифровых данных. Это система, в которой вся полоса пропускания, доступная источнику данных, делится между подканалами, каждый из которых имеет свою частоту. Каждый подканал затем передает отдельные сигналы через линию передачи или составной канал. Сигналы в этих подканалах могут передаваться по линии передачи независимо друг от друга и могут передаваться одновременно друг с другом.

Мультиплексирование в радиовещании, будь то амплитудная модуляция или частотная модуляция (AM и FM), формирует сигнал радиостанции, на который вы можете настроиться. Мы можем выбрать прослушивание только одной станции, потому что каждый передаваемый поток данных принадлежит отдельной радиостанции. Если бы это было не так, сигналы радиостанций накладывались бы друг на друга, что вызывало бы нежелательный постоянный шум. В отличие от TDM, если необходимо передать цифровой сигнал, то его необходимо сначала преобразовать в аналоговую форму, прежде чем его можно будет передать по линии передачи.

Мультиплексирование в кабельном телевидении аналогично радиовещанию, все каналы передаются одновременно, в то время как телевизор, принимающий их, «настраивается» на определенный канал потока данных. Между каналами нет взаимного влияния, потому что сигналы расположены достаточно далеко друг от друга по частоте, чтобы отдельные каналы не перекрывались. Эта структура данных обычно передается через коаксиальный кабель, оптоволокно или с помощью радиопередатчика.

Что такое мультиплексирование с временным разделением (TDM)?

Метод объединения нескольких независимых потоков данных в один сигнал данных и передачи этого единого сигнала данных через мультиплексор на демультиплексор известен как мультиплексирование с временным разделением. TDM отличается от FDM и WDM своим чередованием передачи через единственный сигнал данных. Каждый отдельный сигнал, который передается через мультиплексор, периодически выдается на выход в течение короткого промежутка времени.

Когда мультиплексирование с временным разделением впервые было реализовано в конце 1800-х годов, оно использовалось в телеграфии. TDM в первую очередь использовалось для создания более простого способа передачи множества телеграмм, отправляемых телеграфными машинами Hughes одновременно. Концепция, лежащая в основе использования мультиплексирования с временным разделением, заключалась в том, чтобы принимать несколько телеграфных передач и синхронно передавать их в одно и то же время, используя линию передачи, общую с другими телеграфными машинами Hughes. Это было началом передачи информации на большие расстояния по одной линии связи.

В то время как TDM манипулирует цифровыми данными, телефонные цепи выдают аналоговые сигналы данных. Для правильной работы мультиплексирования необходимы устройства кодера и декодера для обработки аналоговых данных. Кодер преобразует аналоговый формат в квантованный, дискретный по времени формат. После того как кодер преобразовал аналоговые данные в цифровые, эти данные затем мультиплексируются вместе с другими, используя TDM. После того, как данные проходят через единую линию передачи, их принимает демультиплексор, демультиплексирует этот единый сигнал данных и отправляет выделенные сигналы другим устройствам.

TDM, работающее с пропускной способностью сети

Та же концепция мультиплексирования, которая была разработана для связи на большом расстоянии между многочисленными телеграфами Huges, теперь широко используется в сетях с закрытой коммутацией, таких как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN, public switched telephone network). Мультиплексирование с временным разделением получило дальнейшее развитие с момента его создания, и теперь оно может разделить пропускную способность сети на более мелкие части. Основное внимание в этой новой операции уделяется минимизации полосы пропускания, используемой рядом устройств в сети системы. Хотя это тот же термин, что используется и в телеграфах, правила отправки данных были пересмотрены и изменены, поэтому с устройства на устройство могут передаваться данные более высокого качества. Этот метод связи был разработан, чтобы предоставить компаниям упрощенный и экономичный способ построения быстрых сетей, которые связывают устройства друг с другом на обширных географических территориях.

Стандартные системы TDM передают сегменты другим устройствам, предоставляя им уникальный фиксированный временной интервал в сети. Если X, Y и Z представляют устройства для передачи данных, данные из X отправляются в MUX, затем данные из Y отправляются в MUX, и, наконец, данные из Z отправляются в MUX. Эта последовательность повторяется до тех пор, пока не перестанут отправляться данные с каждого устройства. Хотя данные просто пересылаются из «точки A в точку B», всё же существует несколько различных способов планирования систем TDM для более эффективной работы в зависимости от задачи.

Основные системы TDM используют одну из двух традиционных схем мультиплексирования: с чередованием битов или с чередованием байтов. Фиксированному временному интервалу структуры присваивается бит (1 для true или 0 для false) или байт длиной до 8 бит для представления целого числа или символа.

Рисунок 2 – Мультиплексирование с временным разделением (TDM)

Передача посредством мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM)

Этот метод мультиплексирования оказался более полезным для телекоммуникационных компаний в конце 20-го века из-за емкости потоков данных, которые можно передавать по оптоволоконным линиям. Передача с помощью WDM стала возможна, потому что этот метод объединяет в одной линии передачи многочисленные сигналы данных на лазерных лучах с разными длинами волн инфракрасного излучения. Для передачи большого количества потоков данных WDM использует оптоволоконные кабели, что предпочтительнее обычного использования систем FDM и TDM. Эта система похожа на FDM, но этот метод работает на инфракрасном (IR) конце электромагнитного спектра. На приведенном ниже рисунке показан каждый канал потока данных, объединенный в белый свет, который передается по одному оптоволоконному кабелю.

Рисунок 3 – Мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM)

В начале системы каждый сигнал данных управляет своим лазером, далее свет от этих лазеров смешивается призмой в оптическом мультиплексоре и передается по общему оптоволокну. А на приемной стороне полученный световой сигнал подается на оптический демультиплексор, где он разделяется другой призмой по длинам волн, и откуда выделенные сигналы подаются чувствительные к инфракрасному излучению фотоприемники.

Надеюсь, эта статья предоставила вам достаточно информации для понимания основных применений, концепций и схем использования мультиплексирования в телекоммуникационных процессах. Если у вас есть вопросы или отзывы, обязательно оставляйте комментарии!

Источник