 |
с диагностико-квалиметрическим обеспечением
|
|
|
|
Автор: д. т. н., зав каф. ТОР В.П. ФЕДОСОВ
Таганрог
Рецензенты:
Докт. техн. наук, профессор, зав. каф. Радиоэлектронных систем Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса В.И. Марчук
Инженер центра стажировки и консультационных услуг ООО СпецСтройсвязь к.т.н., доцент С.В. Кучерявенко
| Федосов В.П. | |
| Синхронизация в сетях электросвязи: Семестровый курс лекций. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 171 с. |
Настоящий курс лекций предназначен для студентов специальности «Сети связи и системы коммутации» направления «Инфокоммуникации и системы связи» радиотехнического факультета Технологического института Южного Федерального университета в г. Таганроге.
Оглавление курса лекций
Введение. 7
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 8
ПЕРВЫЙ УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ. 9
Лекция 1. 9
1. Нестабильности хронирующих сигналов. 9
1.1. Фазовые дрожания хронирующих колебаний. 10
Лекция 2. 14
1.2. Устройства эластичной памяти. 14
1.3. Измерения фазовых дрожаний. 22
Лекция 3. 25
1.4. Систематические фазовые дрожания. 25
2. Неточности хронирования. 27
2.1. Проскальзывания. 28
Лекция 4. 37
2.2. Согласование скоростей. 37
Лекция 5. 50
2.3. Фазовые дрожания времени ожидания. 50
3. Синхронизация сети. 53
3.1. Плезиохронный режим. 55
3.2. Согласование скоростей на всей сети. 56
Лекция 6. 58
3.3. Взаимная синхронизация. 58
3.4. Использование эталонного генератора для сети. 60
3.5. Принудительная синхронизация. 60
3.6. Пакетная передача. 62
3.7. Измерение характеристик сетевой синхронизации. 63
Проектное задание 1. 69
Тест рубежного контроля 1. 69
ВТОРОЙ УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ. 74
Лекция 7. 74
4. Управление сетью.. 74
4.1. Иерархическая структура процессов. 75
|
|
|
Лекция 8. 80
5. Управление эффективной работой сети. 80
5.1. Управление маршрутизацией. 80
5.2. Управление потоками. 81
Лекция 9. 90
6. Функциональная модель SDH.. 90
6.1. От исходного сигнала к транспортному циклу. 90
6.2. Транспортный цикл. 94
6.3. Заголовок. 95
Лекция 10. 97
7. Структура сигналов. 97
7.1. Синхронный транспортный модуль 1го уровня (STM-1) 97
7.2. Структура цикла STM-1. 97
7.3. Нагрузка. 99
7.4. Указатели. 100
Лекция 11. 100
7.5. Элементы мультиплексирования в SDH.. 100
7.6. Конкатенация (слияние) 109
7.7. Синхронное мультиплексирование. 110
Лекция 12. 111
7.8. Формирование сверхциклов. 111
7.9. Мониторинг ошибок с использованием BIP-X.. 113
7.10. Секции передачи в SDH.. 115
Проектное задание 2. 116
Тест рубежного контроля 2. 116
ТРЕТИЙ УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ. 123
Лекция 13. 123
8. Способы мультиплексирования в СЦИ (SDH) 123
8.1. Схема мультиплексирования SDH.. 123
8.2. От С-4 к STM-N.. 124
Лекция 14. 126
9. Процедуры размещения нагрузки. 126
9.1. Асинхронный мэппинг сигнала 34 Мбит/с в VC-3. 129
9.2. Асинхронный мэппинг сигнала 2 Мбит/с в VC-12. 131
10. Заголовок. 133
Лекция 15. 134
10.1. Секционный заголовок. 134
10.2. Путевой заголовок. 136
Лекция 16. 141
11. Указатели. 141
11.1. Доступ к полезной нагрузке. 142
11.2. Типы указателей. 143
11.3. Виды изменения указателей. 143
11.4. Указатель AU-3. 145
11.5. Указатель AU-4. 148
Лекция 17. 149
11.6. Указатель TU-3. 149
11.7. Указатель TU-12. 151
12. Модель взаимодействия. 153
12.1. Функции маршрута нижнего уровня. 154
12.2. Функции маршрута верхнего уровня. 155
12.3. Терминальные функции передачи. 155
Проектное задание 3. 157
Тест рубежного контроля 3. 157
Вопросы для самопроверки. 161
Литература. 168
Введение
Требования к синхронизации систем передачи включают в себя: восстановление колебания несущей для когерентного приема модулированных сигналов, восстановление колебаний тактовой частоты для регенерации входного цифрового сигнала и выполнение операций вхождения в цикловый синхронизм для определения положения отдельных каналов в цикле с временным группообразованием. Каждая из этих функций присуща цифровым системам передачи и выполняются они большей частью независимо от другого оборудования сети. Пример зависимости одной системы от другой отмечался для линий типа Т1. Цифровой сигнал источника в этих линиях должен обеспечивать минимальную плотность единиц для поддержания хронирования в линии передачи. В противоположность этому имеются и другие коды передачи, которые поддерживают тактовую синхронизацию независимо от цифрового сигнала источника.
|
|
|
В этом курсе рассматриваются общие вопросы синхронизации, связанные с взаимодействием различного оборудования цифровой передачи и коммутации. Главным из них является координация работы оборудования синхронной передачи и коммутации. Когда отдельные комплекты синхронного оборудования соединяются для того, чтобы образовать сеть, появляется необходимость в реализации определенных процедур, при которых обеспечивается либо синхронизация задающих генераторов друг с другом, либо такая совместная работа оборудования, когда каждая из подсистем имеет независимый задающий генератор. После рассмотрения тактовой синхронизации сети концепция синхронизации расширяется, охватывая аспекты управления сетью высокого уровня. Эти соображения включают в себя управление соединениями, маршрутизацию и управление потоками.
Синхронная Цифровая Иерархия (Synchronous Digital Hierarchy) представляет собой универсальную цифровую иерархию, применяемую операторами связи во всем мире. Кроме всесторонней стандартизации и унификации, системы SDH предоставляют большие возможности по конфигурированию, мониторингу и качественной эксплуатации современных сетей. К преимуществам сетей SDH можно отнести:
- достаточно простой процесс мультиплексирования;
- единый тактовый генератор для всей сети;
- прямой доступ к отдельным каналам;
- высокая скорость передачи для широкополосных приложений;
- высокие скорости передачи служебной информации (мониторинг и управление сетью);
- высокая эффективность систем управления сетью;
- интеграция скоростей предшествующей иерархии PDH в SDH.
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
|
|
|
В соответствии с календарным планом изучения дисциплины «Синхронизация в сетях электросвязи» по видам занятий отводится:
| Вид занятия | Число часов |
| Лекции | |
| Практические занятия | |
| Лабораторные занятия | |
| Самостоятельная работа: Индивидуальное задание «Исследование синхронизации на основе оборудования ПРОТОН ССС» |
ПЕРВЫЙ УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ
Нестабильности хронирующих сигналов.
Неточности хронирования. Основы синхронизации сети
Цель модуля: Овладеть основными сведениями об источниках нестабильности хронирующих сигналов и освоить основы синхронизации в электросвязи.
Лекция 1
1. Нестабильности хронирующих сигналов
Все цифровые системы в своей основе требуют задающего генератора как средства хронирования внутренних и внешних операций. Операции, хронируемые от источника единственной частоты, не нуждаются в особенно стабильных источниках, поскольку все элементы, хронируемые совместно, испытывают однотипные изменения хронирующего колебания. Другая ситуация возникает, когда осуществляются переходы от одного синхронизируемого оборудования к другому (например, от передатчика к приемнику). Если даже задающий генератор приемного полукомплекта синхронизированс генератором передающего полукомплекта на долгосрочной основе или при усреднении за длительный период времени, то при кратковременных изменениях в любом из задающих генераторов может быть нанесен серьезный ущерб целостности передаваемых цифровых сигналов. Поэтому, как правило, необходимо использовать в передатчике и приемнике генераторы частоты такой стабильности, какая целесообразна из экономических соображений.
1.1. Фазовые дрожания хронирующих колебаний
Как бы ни были стабильны частоты генераторов на обоих концах цифровой линии передачи, из-за внешних электрических помех и изменения физических параметров линии передачи в сигнале на приеме неизбежно возникают определенные нестабильности. Результирующую нестабильность тактовой частоты линейного сигнала называют фазовыми дрожаниями хронирующих колебаний. Основными причинами фазовых дрожаний являются:
|
|
|
1) шум и помехи, воздействующие на цепь синхронизации в приемнике;
2) изменения длины тракта;
3) изменения скорости распространения;
4) доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств;
5) нерегулярное поступление хронирующей информации.
Шум и помехи. Для синхронизации задающих генераторов приемника и передатчика обычно используется цепь фазовой автоподстройки, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема восстановления колебаний тактовой частоты
с цепью фазовой автоподстройки
Коррелятор совпадений непрерывно измеряет задержку между импульсными последовательностями тактовой частоты местного генератора и импульсами, полученными из входного сигнала. Сигнал с выхода коррелятора совпадений подается на фильтр нижних частот (ФНЧ), чтобы в возможных пределах максимально уменьшить уровень принимаемых шумов, а затем по результатам измерения взаимной задержки подстраивается частота генератора, управляемого напряжением (ГУН), чтобы уменьшить взаимную разность задержек.
Некоторый уровень шума и помех неизбежно остается на выходе фазового детектора и фильтра, вызывая ошибочные подстройки частоты ГУН. Однако смещения частоты создают все более увеличивающиеся со временем сдвиги взаимной задержки. Когда разность задержек нарастет, становится легче ее обнаружить и произвести соответствующие изменения в ГУН. Следовательно, в местном задающем генераторе поддерживается требуемая средняя частота, но обязательно имеются определенные фазовые дрожания, хотя генератор непрерывно отслеживает тактовую частоту передатчика.
При больших отношениях сигнал-шум взаимные сдвиги малы и вредных результатов не возникает. По мере увеличения относительного уровня шума фазовые дрожания увеличиваются, а не совсем оптимальные моменты решений увеличивают коэффициент ошибок. При очень низких отношениях сигнал-шум цепь с фазовой автоподстройкой может вообще потерять синхронизм. Потеря синхронизма по тактовой частоте даже на несколько периодов может привести к достаточно серьезным последствиям: не только появятся ошибки, но может также возникнуть искажение числа принятых двоичных символов, при котором нарушается цикловый синхронизм на всех уровнях. При проскальзывании восстановленной тактовой частоты по отношению к тактовой частоте в линии линия передачи, по существу, разрывается до тех пор, пока не будет обнаружена потеря синхронизма, и синхронизм не будет восстановлен на всех уровнях. Обычно перед тем, как в цепях восстановления колебаний тактовой частоты происходит потеря синхронизма, в линии передачи возникает недопустимая частость ошибок.
|
|
|
При расчете линий цифровой передачи важным соображением является накопление фазовых дрожаний в последовательно включенных цепях восстановления колебаний тактовой частоты. Если восстановленные колебания тактовой частоты используются для хронирования передачи исходящего цифрового сигнала, как в регенераторе, то фазовые дрожания принятого сигнала воздействуют на колебания тактовой частоты исходящего сигнала. Цепь восстановления колебаний тактовой частоты в следующем приемнике отслеживает принятые колебания тактовой частоты, но вносит также добавочные фазовые дрожания из-за шума и помех на втором участке. Таким образом, с каждым регенератором, использующим колебания тактовой частоты, которые получены из принятого линейного сигнала, для управления передачей, фазовые дрожания накапливаются. Если число регенераторов велико, то фазовые дрожания могут накопиться до такого уровня, что в последующих цепях восстановления колебаний тактовой частоты будет трудно отслеживать
Принятое хронирующее колебание, возникнут ошибки определения моментов решения и, возможно, система выйдет из режима захвата. Изменения длины тракта. Изменения длины тракта происходят в результате температурного расширения или сжатия среды передачи или в результате изгиба радиотракта в атмосфере. При удлинении тракта эффективная скорость передачи на входе приемника уменьшается, поскольку все больше и больше битов «накапливается» всреде передачи. Аналогично, при укорочении тракта скорость Передачи на входе приемника увеличивается, поскольку число битов, «накопленных» в линии передачи, уменьшается. После того как длина тракта стабилизируется, восстанавливается номинальная скорость передачи цифрового сигнала. Наиболее значительны изменения длины тракта при связи через спутники. Для современных Спутников на геостационарной орбите изменения длины тракта составляют примерно 300 км, что соответствует изменениям времени прохождения примерно на 1 мс.
Изменения скорости распространения. Изменения температуры вызывают не только удлинение и укорочение среды передачи проводных линий. Они могут также изменить те константы среды распространения, которые определяют скорость распространения.
Однако результирующее изменение стабильности тактовой частоты на приемной стороне много меньше того, которое создается изменением длины тракта.
Скорость распространения радиоволн в атмосфере также меняется с температурой и влажностью. Хотя эти изменения скорости имеют и большее значение, чем изменение скорости распространения в проводных линиях, они все равно меньше изменений, вызванных изменением длины тракта. Отметим, что изменение скорости распространения, в сущности, эквивалентно изменению длины тракта, поскольку меняется число битов, накопленных в тракте передачи.
Доплеровские сдвиги. Наиболее значительным источником потенциальной нестабильности тактовой частоты на приеме являются доплеровские сдвиги, возникающие при движении самолетов или спутников. Например, доплеровский сдвиг при движении самолета со скоростью 500 км/ч эквивалентен нестабильности тактовой частоты, равной 5∙10-7. И снова оказывается, что доплеровские сдвиги, по существу, являются результатом изменения длины тракта.
Нерегулярное поступление хронирующей информации. Фундаментальное требование к коду в цифровой линии состоит в том, чтобы он обеспечивал получение достаточной хронирующей информации для установления и поддержания колебаний тактовой частоты в приемнике на конце линии. Если уровень хронирующей информации зависит от цифрового сигнала, то фазовые дрожания в восстановленных колебаниях тактовой частоты увеличиваются в течение периодов времени с относительно низкими плотностями импульсов, от которых зависит хронирование. Амплитуда фазовых дрожаний зависит не только от плотности импульсов, но также и от структуры цифрового сигнала (в смысле содержания хронирующей информации). В идеальном регенераторе имеет значение только плотность импульсов. На практике, однако, различного рода ухудшения приводят к фазовым дрожаниям, зависящим от структуры сигнала.
Как будет показано далее, в аппаратуре цифрового группообразования более высоких порядков в агрегатный цифровой поток для различных целей вводятся добавочные биты. При разделении агрегатного цифрового потока на компонентные скорость поступления цифрового сигнала в компонентных каналах получается нерегулярной. Эти нерегулярности создают фазовые дрожания в процессе получения новых колебаний тактовой частоты для компонентных сигналов. Этот источник возникновения фазовых дрожаний (фазовые дрожания времени ожидания) часто доставляет наибольшие неприятности. Далее он рассматривается детальнее.
Лекция 2
1.2. Устройства эластичной памяти
Нестабильности хронирующих колебаний, описанные на предыдущей лекции, по существу, представляют собой изменения числа битов, накопленных в линии передачи. В случае фазовых дрожаний, обусловленных шумом и помехами, изменение числа «накопленных» битов происходит вследствие того, что моменты решения наступают чуть раньше или чуть позже номинального положения. Поскольку цифровой сигнал, исходящий из регенератора, передается синхронно с восстановленными колебаниями тактовой частоты, сдвиг фазы колебаний тактовой частоты означает, что задержка в регенераторе отличается от задержки при отсутствии расхождений в хронировании.
Если сдвиги фазы в последовательных регенераторах совпадают, в длинной линии передачи с регенераторами накапливается суммарное изменение на несколько битов. Поскольку эти добавочные биты вводятся или удаляются из линии за относительно короткие периоды времени, накопленные фазовые дрожания могут вызвать относительно большую, хотя и кратковременную нестабильность тактовой частоты на приемной стороне.
Поскольку принятые колебания тактовой частоты, определяющие моменты решений, используются в регенераторах также и для формирования передаваемого сигнала, установившихся различий в хронировании между входными и выходными сигналами не существует. В точках окончания линии передачи, однако, возможны взаимодействия с местными задающими генераторами. В этом случае различие между принятыми колебаниями и относительно стабильными колебаниями, полученными от местного генератора, должно быть сглажено с помощью эластичной памяти. Устройство эластичной памяти представляет собой буферное устройство для цифрового сигнала, в котором запись производится с одной тактовой частотой, а считывание – с другой. Если в каждом из колебаний тактовой частоты содержится кратковременная нестабильность, отличия в числе переданных и принятых битов поглощаются в эластичной памяти. С помощью эластичной памяти можно скомпенсировать только кратковременные нестабильности, при которых отличие в числах переданных и принятых битов ограничено. Если между тактовыми частотами существует постоянный сдвиг, как в несинхронизированных задающих генераторах высокой точности, то эластичная память, в конце концов, опустошится или переполнится.
Стык между линией с временным группообразованием и коммутационнойсистемой. Обычно необходимость в эластичной памяти возникает тогда, когда линии цифровой передачи стыкуются с цифровыми коммутационными станциями с временным разделением. Как показано на рисунке 2, устройства эластичной памяти размещаются между входящей линией цифровой передачи и цепями ввода в коммутационную станцию.
В большинстве случаев цифровая коммутационная станция обеспечивает хронирование для всех исходящих линий с временным группообразованием, так что между этими линиями и коммутационной станцией расхождения в смысле хронирования отсутствуют. Предположим, что аппаратура на дальнем конце цифровой линии получает колебания тактовой частоты из принимаемого сигнала и использует эти колебания для хронирования цифрового сигнала, возвращающегося к коммутационной станции.
Рисунок 2 – Стык между линией передачи с временным группообразованием и цифровой коммутационной станцией, включающий устройство эластичной памяти: ПРМ — приемник, ПРД — передатчик
Это и есть ситуация, возникающая, когда удаленный каналообразующий блок соединяется с цифровой коммутационной станцией через линию типа Т1 (ситуацию обычно называют «заворотом по тактовой частоте» в каналообразующем блоке). При использовании заворота по тактовой частоте тактовая частота входящей линии синхронизирована по номинальному значению с тактовой частотой коммутационной станции. Однако по причинам, рассмотренным ранее, в тактовой частоте входящей линии обязательно имеется определенная нестабильность. В устройстве эластичной памяти эта нестабильность поглощается, так что на коммутационную станцию поступает чисто синхронный цифровой сигнал.
По существу, в шлейфе, образованном линией передачи и устройством эластичной памяти, между входом и выходом коммутационной станции поддерживается постоянное и целое число тактовых интервалов. Таким образом, с точки зрения хронирования входы и выходы работают так, как будто они непосредственно соединены друг с другом при использовании общего источника хронирования.
Удаление накопленных фазовых дрожаний. Еще одно применение эластичной памяти, где она используется в регенераторе для удаления фазовых дрожаний, обусловленных линией передачи, иллюстрирует рисунок 3.
Рисунок 3 – Регенератор, устраняющий фазовые дрожания
В обычных условиях хронирование передаваемого сигнала в регенераторах основывается непосредственно на использовании колебаний тактовой частоты, полученных в регенераторе и служащих для определения моментов решения.
На рисунке 3, однако, передаваемый сигнал хронируется от отдельного местного генератора. В устройстве эластичной памяти поглощается кратковременная нестабильность тактовой частоты приема, а условие поддержания некоторого среднего уровня накопления в эластичной памяти определяет значение частоты задающего генератора для передаваемого сигнала за длительный период времени. В соответствии с этим, задающий генератор передаваемого сигнала синхронизируется тактовой частотой линии на долгосрочной, а не на кратковременной основе. Если объем эластичной памяти достаточно велик для того, чтобы поглотить все происходящие изменения скорости передачи цифрового сигнала, то «быстрые» нестабильности тактовой частоты выходного сигнала не зависят от тактовой частоты входного сигнала.
Во всех регенераторах, независимо от механизма, используемого для восстановления хронирующего колебания, тактовая частота выходного сигнала получается путем усреднения хронирующей информации из входного сигнала за какой-то период времени. Резонансные контуры усредняют тактовую частоту входного сигнала за относительно небольшое число тактовых интервалов сигнала, а цепи с фазовой автоподстройкой - за большое число интервалов. Во всех случаях предполагается определенная величина накопления или задержки. Устройство эластичной памяти просто является механизмом увеличения имеющейся задержки таким образом, чтобы подстройки хронирующего колебания выходного сигнала могли быть выполнены более плавно по частоте. Как показано далее, с помощью эластичной памяти нельзя удалить фазовые дрожания со сколь угодно низкой частотой, но фазовые дрожания с низкой частотой не представляют проблемы, если колебания тактовой частоты выходного сигнала получаются из колебаний тактовой частоты входного сигнала.
Варианты реализации эластичной памяти. Требуемый объем эластичной памяти меняется от нескольких битов до нескольких сотен битов для высокоскоростных линий магистральной связи. На рисунке 4 представлен один из способов реализации устройства эластичной памяти малого объема, в котором используется преобразователь последовательного сигнала в параллельный, регистр и преобразователь параллельного сигнала в последовательный. Как показано на рисунке, входной цифровой сигнал поступает в регистр по мере того, как каждая комбинация образуется на выходе преобразователя последовательного сигнала в параллельный. Некоторое время спустя цифровой сигнал из регистра переносится в преобразователь параллельного сигнала в последовательный, причем извлекается полная комбинация. Заметим, что перенос в преобразователе параллельного сигнала в последовательный не зависит от колебаний тактовой частоты входного сигнала.
До тех пор, пока переносы на выходе регистра происходят между переносами на его входе, цифровой сигнал не теряется, а кратковременные фазовые дрожания поглощаются за счет изменяющихся задержек в эластичной памяти.
Обычно требуется некое управляющее устройство (на рисунке не показано) для первоначальной установки эластичной памяти так, чтобы первый перенос в регистр происходил между двумя переносами на его выходе. Этот процесс означает, что вначале часть входного цифрового сигнала преобразователем последовательного сигнала в параллельный отбрасывается, пока не получится требуемое время переноса.
Разница в моментах времени между параллельными переносами на входе и на выходе регистра прямо указывает на разность фаз колебаний тактовой частоты на входе и на выходе. Таким образом, колебания тактовых частот, используемые для параллельного переноса, содержат информацию, необходимую для получения напряжения, управляющего ГУН, если эластичная память используется для удаления накопленных при передаче фазовых дрожаний.
Рисунок4 – Реализация эластичной памяти
с буферной памятью на основе регистра
Основную структуру, показанную на рисунке 4, можно использовать для реализации эластичной памяти большого объема, как показано на рисунке 5.
Единственное изменение состоит в замене регистра на рисунке 4 на буферное устройство, работающее в режиме FIFO (считывание в порядке поступления)1. Такое буферное устройство для цифровых сигналов специально рассчитано на то, чтобы обеспечить ввод входного сигнала под управлением колебания одного генератора, в то время как вывод зависит от колебаний другого генератора. В обычных условиях работа буферного устройства в режиме FIFO начинается с запрета считывания на выходе до тех пор, пока буферная память не заполнится наполовину. Некоторые из имеющихся в продаже разновидностей блоков обработки сигнала в порядке поступления формируют на выходе специальный сигнал, указывающий на заполнение половины (или большей части) объема буферной памяти.
1 В отечественной литературе по теории телетрафика эта дисциплина обслуживания называется обслуживанием в порядке поступления. Кроме того, иногда используется термин «естественная дисциплина обслуживания». В литературе по вычислительной технике большее распространение получил термин «первым пришел, первым обслужен.
Рисунок 5 – Реализация эластичной памяти с блоком
обработки сигнала в порядке поступления
1.3. Измерения фазовых дрожаний
Простая схема измерения фазовых дрожаний приведена на рисунке 6. Какздесь показано, она представляет собой не что иное, как цепь фазовой автоподстройки, где измерение фазовых дрожаний хронирующего колебания производится на выходе фазового компаратора.
В обычных условиях ширина полосы фильтра нижних частот весьма мала, так что на ГУН не влияют кратковременные фазовые дрожания хронирующего сигнала. Если фазовых дрожаний вообще нет, то сигнал на выходе фазового компаратора представляет собой постоянный ток, и на выход фильтра верхних частот сигнал не проходит. В схеме на рисунке 6 нельзя измерить фазовые дрожания с очень низкими частотами, поскольку ГУН отслеживает медленно изменяющиеся фазовые сдвиги.
Рисунок 6 – Схема измерения фазовых дрожаний
хронирующего колебания компаратора
На фазовые дрожания с очень низкими частотами, однако, можно не обращать внимания, поскольку их можно отслеживать цепью фазовой автоподстройки. Фазовые дрожания с более высокими частотами, с другой стороны, чаще могут вызвать ошибки при принятии решения или потерю синхронизма при восстановлении колебаний тактовой частоты в регенераторе. Вследствие этого интерес представляют как спектр, так и амплитуда фазовых дрожаний.
Фазовые дрожания обычно нормируются, как при измерениях мощности, в единицах радиан в квадрате или периодов в квадрате. Как показано на рисунке 7, мощность фазовых дрожаний представляет собой меру дисперсии числа тактовых интервалов, накопленных в линии передачи. В этом случае фазовые дрожания выражаются в единицах периодов тактовой частоты, возведенных в квадрат.
Рисунок 7 – Фазовые дрожания, представленные как изменение числа
символов, накопленных в линии передачи
«Мощность» фазовых дрожаний большого физического смысла не имеет, поскольку она отражает изменения фазы хронирующего колебания, а не мощность. Некоторое физическое оправдание для того, чтобы выражать фазовые дрожания в виде мощности, можно получить из того, что значение мощности сигнала на выходе фазового детектора 
пропорционально среднему квадратическому значению фазовых дрожаний 
:
, (1.1)
где Kd - коэффициент передачи фазового детектора в вольтах на радиан, а дисперсия выражена в вольтах в квадрате.
Если фазовые дрожания возникают вследствие воздействия аддитивного гауссовского шума на стабильный сигнал, то фазовые шумы могут быть аппроксимированы следующим образом:
, (1.2)
где 
- мощность аддитивного шума, Ps - мощность сигнала, а выражена в радианах в квадрате.
Выражение (1.2) является основной формулой для определения дисперсии фазовых дрожаний, порождаемых воздействием аддитивного шума на непрерывную синусоиду. Когда хронирующее колебание извлекается из цифрового сигнала, хронирующая информация обычно не является непрерывной. Это свойство несущественно, так как фазовые дрожания из-за аддитивного шума обычно невелики по сравнению с фазовыми дрожаниями из-за других причин.
Лекция 3
1.4. Систематические фазовые дрожания
Основная модель для их анализа представлена на рисунке 8.
В каждом из регенераторов в линии системы передачи типа Т хронирующее колебание извлекается из принятого сигнала и передается к следующему регенератору в качестве колебания тактовой частоты передачи. Вследствие несовершенств реализации (в первую очередь, межсимвольной интерференции) цепей восстановления хронирующего колебания (резонансные контуры в линиях типа Т1) фазовые дрожания, порождаемые регенераторами, зависят от структуры цифрового сигнала. При одном из наихудших вариантов последовательности создается крайнее значение задержки фазы.
Рисунок 8 – Модель систематических фазовых дрожаний
в цепочке регенераторов:
- фазовые сдвиги, вызываемые наихудшим вариантом
последовательности цифрового сигнала соответственно
для опережающей и отстающей фазы
Крайнее значение опережения фазы создает другой вариант последовательности. Когда в последовательности цифрового сигнала происходит переход от одного наихудшего варианта к другому, возникает сдвиг фазы. Поскольку все регенераторы реализованы, в общем, одинаково, фазовые дрожания, порождаемые отдельными регенераторами, имеют тенденцию к когерентности. Вследствие систематической природы фазовых дрожаний такого вида они становятся в конце цепочки регенераторов самым существенным источником накопленных в линии фазовых дрожаний колебания тактовой частоты.
Накопленные в линии фазовые дрожания колебаний тактовой частоты в первую очередь имеют значение для стыка хронирующего сигнала аппаратуры группообразования высших порядков или коммутационной станции. В обоих случаях входной цифровой поток с помощью эластичной памяти синхронизируется с тактовой частотой местного генератора. Особое значение накопленные фазовые дрожания имеют на стыке коммутационной станции при использовании заворота по тактовой частоте в каналообразующем блоке (см. рисунок 2), поскольку тактовая частота местного генератора является фиксированной, а эластичная память должна поглощать все фазовые дрожания. Объем эластичной памяти в аппаратуре группообразования более высокого порядка может быть несколько меньше, так как эффективную скорость передачи компонентного сигнала на выходе можно изменять, используя способ, называемый согласованием скоростей (описывается далее в этой главе).
В отдельном регенераторе накопленные фазовые дрожания не имеют такого значения, как фазовые дрожания колебаний тактовой частоты входного сигнала относительно колебаний тактовой частоты местного генератора, служащих для определения моментов решения и передачи. Этот последний вид фазовых дрожаний может привести к ошибкам при принятии решений. Та часть накопленных фазовых дрожаний, которая отслеживается местной цепью восстановления колебаний тактовой частоты, не имеет значения. Накопленные фазовые дрожания важны только в тех стыках хронирующих сигналов, где местный задающий генератор не может быть подстроен или подстраивается только в небольшой степени.
2. Неточности хронирования
В предыдущем разделе были рассмотрены свойства некоторых видов нестабильностей или преходящих изменений хронирующего колебания. Хотя эти изменения и соответствуют сдвигам частоты задающего генератора линии, эти сдвиги являются только временными и могут быть поглощены устройствами эластичной памяти. В ряде случаев бывает необходимо соединить устройства цифровой связи, использующие автономные источники частоты. В этих случаях значения тактовых частот двух систем никогда точно не совпадают, как бы точно ни были рассчитаны источники частоты. Сдвиг между двумя тактовыми частотами, как бы он ни был мал, создает такие требования к взаимным соединениям, какие не могут быть выполнены с помощью лишь устройств эластичной памяти.
В предыдущем разделе был упомянут заворот по тактовой частоте в каналообразующем блоке в качестве примера того, как от цифровой коммутационной станции синхронизируется удаленное оконечное устройство. Если удаленное оконечное устройство представляет собой другую цифровую коммутационную станцию, использующую в качестве эталона свой собственный источник частоты, это приводит к другой ситуации. Как показано на рисунке 9, тактовая частота исходящего сигнала для каждого направления передачи определяется тактовой частотой местного задающего генератора коммутационной станции.
Рисунок 9 – Связь между коммутационными станциями,
хронируемыми автономно
В соответствии с этим колебание тактовой частоты входящего сигнала на каждом стыке коммутационной станции содержит не только фазовые дрожания, обусловленные линией передачи, но также и маленький, но неизбежный сдвиг частоты. МККТТ рекомендует, чтобы первичный сигнал со скоростью передачи 2,048 Мбит/с имел допуск на скорость передачи, равный 50 10-6.
2.1. Проскальзывания
Как показано на рисунке 9, на стыке каждой входящей цифровой линии обязательно содержится устройство эластичной памяти, предназначенное для удаления фазовых дрожаний хронирующего колебания, которые обусловлены линией передачи. В первой цифровой коммутационной станции запись в эластичную память производится с помощью восстановленных из линейного сигнала колебаний
|
|
|
