6.3 Многостанционный доступ с временным разделением каналов

Метод временного разделения каналов основан на использовании большого количества разнообразных импульсных устройств, поэтому он начал широко применяться в 60-х годах 20 века, когда появилась удобная элементная база – транзисторы и транзисторные микросхемы.

Существуют два основных режима временного мультиплексирования сигналов.

Р ежим синхронной (циклической) передачи основан на поочередном, строго периодическом подключении источников сообщений к линии связи всегда в одной и той же последовательности. Благодаря этому принадлежность каждого элемента группового сигнала конкретному источнику определяется его временным положением (номером канального интервала) внутри кадра (цикла), поэтому достаточно лишь изредка, например, в конце каждого цикла передавать специальные синхросигналы, позволяющие приемнику работать синхронно с передатчиком (рис. 6.6). Можно использовать аналоговые либо цифровые методы передачи.

Режим асинхронной передачи применяется только в цифровых СПИ. При подключении источника к линии передается пакет, то есть небольшая часть сообщения, например файла, содержащая обычно от сотен до нескольких тысяч бит. Порядок подключения источников к линии – произвольный, по мере возникновения необходимости, поэтому циклы, как таковые, здесь отсутствуют (рис. 6.7). В начальной части каждого пакета имеется заголовок, где, кроме прочего, обязательно указан номер получателя. Особенности и преимущества асинхронного метода п ередачи мы обсудим позже, в разд. 7.2.

В синхронной СПИ в течение цикла источник подключается к линии один раз, следовательно, количество подключений в секунду равно частоте передачи циклов. В аналоговой СПИ, ориентированной на передачу телефонных сигналов, в каждом слоте передается один отсчет этого сигнала, поэтому частота следования циклов должна составлять 8000 циклов в секунду, и длительность цикла равна 125 мкс. Отсчеты можно передавать с использованием любого из методов модуляции импульсной несущей – АИМ, ШИМ или ВИМ (разд. 2.5).

В цифровой синхронной СПИ длительность кадра задается также 125 мкс из тех же соображений, тогда в слоте тоже передается по одному отсчету в цифровой форме от каждого источника, то есть по 8 бит (см. разд. 2.6). При этом скорость передачи в групповом сигнале где n – фактическое число каналов (слотов в цикле), включая и служебный канал, предназначенный для передачи циклового синхросигнала.

Передача каждого бита осуществляется при помощи обычных импульсов прямоугольной формы (1 – импульс, 0 – пауза), но чаще применяется один из методов модуляции гармонической несущей цифровым сигналом (разд. 2.8). Определенными достоинствами обладает также метод фазовой манипуляции при использовании несущей в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов при их скважности, равной двум (так называемый меандр). Если период несущей равен длительности бита, то после модулятора ему будет соответствовать пара импульсов противоположной полярности – манчестерский код.

Теоретически спектр прямоугольных импульсов бесконечно широк, поэтому при передаче приходится его ограничивать (разд. 2.8). Это вызывает искажения формы принимаемых импульсов, в частности растягивание их фронтов, что, во-первых, приводит к межсимвольной интерференции (взаимное искажение соседних импульсов), во-вторых, к возникновению помех по соседнему каналу (взаимное искажение соседних импульсов, принадлежащих разным каналам, то есть стоящих на краях слотов). Те же неприятности возникают и при передаче группового сигнала в канале с мультипликативной помехой в виде частотных селективных замираний.

Параметры цифровых СПИ с временным разделением каналов также стандартизованы. Первый из наиболее важных стандартов носит название плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) – Plesyochronous Digital Hierarchy (PDH) – и определяет способ мультиплексирования стандартных цифровых телефонных сигналов для их передачи по медному кабелю (Приложение 5). Напомним (разд. 2.6), что стандартный цифровой телефонный сигнал (DSO) получается в результате АЦП стандартного аналогового телефонного сигнала и характеризуется скоростью 64 кбит/с.

Первая ступень уплотнения PDH (аппаратура ИКМ-30) рассчитана на организацию 32 каналов методом временного побайтного мультиплексирования, в итоге на выходе формируется цифровой поток Е1 со скоростью 64∙32=2048 кбит/с. Из них 2 канала являются служебными (передача сигналов цикловой синхронизации, передача команд для управления коммутирующими приборами на АТС и др.), а остальные 30 – пользовательскими.

Каждая из ступеней более высокого уровня (аппаратура ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920) рассчитана на уплотнение четырех цифровых потоков низшего уровня методом временного побитного мультиплексирования, а пятый уровень пока не имеет аппаратурной реализации (и, по-видимому, не будет иметь из-за конкуренции с методами передачи по оптическому кабелю).

Дополнительные функции, выполняемые аппаратурой этих четырех уровней, обусловлены следующим обстоятельством. Плезиохронная цифровая иерархия создавалась для работы в почти синхронных (плезиохронных) сетях связи, когда скорости однотипных цифровых потоков E1, E2 или E3 на входах каждой ступени несколько отличаются друг от друга. Поэтому при мультиплексировании четырех входных потоков возникает проблема выравнивания их скоростей. Она решается путем вставки “пустых” битов, если скорость данного входного потока оказалась ниже скорости мультиплексирования в этой ступени, либо путем передачи “лишних” битов по служебным каналам в противном случае. Такой сложный способ передачи потока по нескольким путям существенно затрудняет его извлечение из группового сигнала в пункте приема.

Другой важный стандарт носит название синхронной цифровой иерархии (СЦИ) – Synchronous Digital Hierarchy (SDH) – и определяет способ мультиплексирования цифровых потоков для их передачи по оптоволоконному кабелю (Приложение 6). Аппаратура SDH не предназначена для мультиплексирования мелких цифровых потоков, поступающих от пользователей (для этого используется аппаратура PDH, например ИКМ-30), она применяется для транспортировки более крупных потоков между узлами сети. Синхронная цифровая иерархия создавалась для работы в синхронных сетях связи, где существует синхронизация всех узлов сети из единого центра. Благодаря этому скорости передачи всех однотипных потоков строго одинаковы.

Передача цифровых сигналов на каждом уровне мультиплексирования осуществляется блоками длительностью 125 мкс. Такой блок называется синхронным транспортным модулем уровня N (Synchronous Transport Module of level N) или, коротко, STM-N. Например, STM-1 содержит 2430 байт (то есть 19440 бит), из которых 2340 байт – это полезная нагрузка, а остальной объем (90 байт) предназначен для передачи служебной информации.

Полезная нагрузка STM-1 не заполняется путем циклического опроса входов, здесь принят иной, более гибкий и универсальный принцип, пригодный как для синхронного, так и для асинхронного режимов передачи. Она заполняется одним или несколькими “виртуальными контейнерами”, то есть порциями входных потоков. Каждый контейнер в своей служебной части содержит числовой адрес того узла сети, в котором его следует “выгрузить”. Стандартизованы контейнеры пяти типов разных объемов, при этом мелкие контейнеры могут помещаться в более крупные. Такая организация транспортировки позволяет в любом узле сети быстро и просто находить нужные контейнеры без распаковки всего содержимого STM-1, а также вставлять другие контейнеры на свободные места.

Синхронный транспортный модуль уровня 4 заполняется один за другим четырьмя STM-1. Такая же операция проделывается и с модулями более высоких уровней.