Первые цифровые сети были разработаны для того, чтобы обеспечить передачу телефонного трафика по высокоскоростным магистральным каналам. Преимущества передачи голосового трафика в цифровом виде оцифрованный сигнал одинаково хорошо распространяется на любые, сколь угодно большие расстояния. Для передачи по цифровым сетям аналоговый сигнал последовательно преобразуется сначала в информационный код, а затем, в линейный код.
Мгновенному значению амплитуды аналогового входного сигнала ставится в соответствие одна из 256 возможных кодировок. Таким образом, оцифрованный голосовой сигнал передается в виде 8-ми разрядного кода с частотой повторения 8 кГц. Шум квантования представляет собой изменяющуюся в времени разницу между исходным и оцифрованным сигналом.
Nкв (t) = S (t) - Sкв (t)
Для того, чтобы ослабить влияние этого шума на слабые аналоговые сигналы преобразование сигнала в код выполняют по нелинейному закону: меньшим значениям входного сигнала ставится в соответствие большее изменение выходного кода, и наоборот. Компрессор устанавливается на стороне передатчика и экспандер — на стороне приемника.
Тип линейного кода обеспечивает формирование требуемого спектра передаваемого сигнала, а также условий по обеспечению синхронизации внутренних генераторов тактовой частоты приемника и передатчика.
Двоичный нуль передается нулевым напряжением двоичная единица - чередованием положительного и отрицательного напряжения. У сигнала практически отсутствует постоянная составляющая. Однако, при передаче последовательности двоичных нулей кодированный AMI сигнал не изменяется во времени. Использование алгоритма AMI не позволяет решить проблему синхронизации.
Подавление 8-ми последовательных двоичных нулей — Binary 8 Zeros Suppression Специально сформированная последовательность полжительных и отрицательных импульсов образ нарушает правило чередования полярности bipolar violation (BPV), и следовательно, может быть распознан на приемном конце и заменен на 8 нулей.
Для линейного кодирования в европейских цифровых каналах используется метод HDB3 (High Density Bipolar 3, биполярное кодирование с высокой плотностью), комбинация из четырёх последовательных нулей во входном сигнале заменяется группой B00V, где B — компенсирующий бит, а V — бит, который нарушает правило чередования фазы. вставляемые биты поддерживают баланс импульсов положительной и отрицательной полярности.
Рекомендация G.703 устанавливает номиналы скоростей передачи данных и для каждой из этих скоростей иерархии устанавливает требования к электрическим параметрам сигналов.
Codirectional interface — сонаправленый вариант построения 64 Кбит/сек интерфейса потоки данных и синхронизирующие последовательности, которые формируются объектами информационного взаимодействия, направлены в одну сторону.Centralized clock interface - интерфейс 64 Кбит/сек с внешней синхронизацией, синхронизирующие последовательности для них формируются специальным внешним устройством — тактовым генератором. Contra directional — противонаправленныйвариант построения интерфейса 64 Кбит/сек. Cинхронизирующие последовательности формируются только одним из объектов информационного взаимодействия.
«Плезио» означает «почти» передачу данных в данном случае нельзя назвать ни синхронной, ни асинхронной, поскольку синхронизация приемника и передатчика производится только в отдельные моменты времени.
В скобках — номер соответствующего пункта рекомендации G.703
Рекомендация G.703 также определяет дробные (fractional) скорости передачи данных вида:
F = n * 64 Кбит/сек, где n = 2…31 для Е1 и n = 2…23 для Т1.
Для некоторых из иерархии скоростей передачи данных (в частности, для скоростей Е1 и Т1) могут использоваться два типа физической среды — витая пара или коаксиальный кабель. Интерфейсы G.703, которые используют коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом в качестве физической среды передачи, называются небалансированными (unbalanced). Интерфейсы G.703, которые используют витую пару проводов с волновым сопротивлением 120(100) Ом в качестве физической среды передачи, называются сбалансированными (balanced).
Информационный поток образуют кадры (frames) и мультикадры (multi frames). Кадр образуют 8-ми битовые канальные интервалы и управляющие символы. Каждый канальный интервал обеспечивает передачу оцифрованного голоса или данных со скоростью 8 бит * 8 кГц = 64 Кбит/сек.
Кадр — битовая последовательность фиксированной длины, которая состоит из нескольких канальных интервалов (тайм слотов) и управляющих символов и передается с частотой 8 КГц.
Мультикадр — битовая последовательность фиксированной длины, состоящая из нескольких кадров которые передаются с частотой 8 КГц.
Кадр потока Т1 состоит из 24 канальных интервалов и одного управляющего символа, что составляет 24*8+1 = 193 бита * 8000 Гц = 1544 Кбит/сек. Кадр потока Е1 может состоять из 30 информационных и двух управляющих канальных интервалов, что составляет 32 * 8 = 256 бит * 8000 Гц = 2048 Кбит/сек.
Номер 1 соответствует управляющему биту кадра, который имеет название «F-бит», и используется для разделения кадров, динамического определения производительности и обслуживания канала передачи данных. Существует два варианта организации мультикадров в потоке Т1 12-ти кадровый и 24-х кадровый. Поле управляющего символа используется для организации служебного информационного канала передачи данных со скоростью 8 Кбит/сек.
Структура 24-х кадрового мультикадра
Канал с пропускной способностью 4 Кбит/сек используется для передачи диагностической последовательности DL (diagnostic link), два канала по 2 Кбит/сек используются для передачи сигнала обрамления мультикадра FAS (frame alignment signal) (001011) и 6-ти разрядной контрольной суммы CRC. Сигнал FAS используется для обеспечения мультикадровой синхронизации приемника и передатчика. Для передачи сигнальной информации используются биты №8 всех тайм слотовкаждого шестого кадра мультикадра (6,12,18,24).
Структура 12-ти кадрового мультикадра
Технологический канал используется для передачи двух последовательностей FAS (010101) и S-бит. Последовательность S имеет две функции: она может использоваться для разделения мультикадров или для передачи информации об аварии на удаленном абоненте.
Биты кадра Т2 нумеруются от 1 до 789. Частота повторения кадров Т2 составляет 8000 Гц. В состав кадр потока Т2 входят четыре потока Т1 + 5 управляющих битов и два управляющих канала 8 Кбит/сек для передачи сигнальной информации 789 = ( 24 * 4 = 96 ) * 8 + 16 + 5.
Биты TS0 используются для передачи управляющих последовательностей. Биты TS16 используются для передачи битов канальной сигнализации(ABCD). В четных кадрах значение первого бита TS0 используется для передачи CRC-4 субмультикадра. Остальные 7 бит этого тайм слота используются для передачи последовательности обрамления кадра (0011011).Первый бит TS0 нечетных кадров используется для передачи сигнала обрамления мультикадра (001011) и сигналов Е нарушения контрольной суммы. Третий используется для передачи сигнала «удаленная тревога».
В тайм слотах TS16 передаются биты сигнализации ABCD для каналов с 1 по 15 и с 17 по 31.
Размер кадра Е2 составляет 1056 бит, 132 байта, которые пронумерованы от 0 до 131. В тайм слотах 5-32, 34-65, 71-98, 100-131 передаются данные 120 телефонных каналов с 1 по 120. Для обеспечения передачи битов сигнализации и управляющих последовательностей 16 кадров Е2 объединяются в мультикадр. Схема формирования последовательностей сигнализации в мультикадре Е2 такая же, как и в мультикадре Е1. Различие заключается лишь в том, что для передачи сигнализации используется не один тайм слот, а четыре.
Для передачи бит сигнализации используются четыре тайм слота TS67—S70
Цифровые структуры PDH были разработаны для обеспечения передачи оцифрованного телефонного сигнала При передаче данных передача бит канальной сигнализации ABCD не требуется, однако, когда в одном потоке передаются данные и оцифрованные телефонные каналы, необходимость передачи бит сигнализации может привести к уменьшению пропускной способности каналов передачт данных.
Рекомендации G.703 и G.704 предусматривают возможность использования дробных (fractional) скоростей V = n * 64 Кбит/сек, где n=1,24 (T1) или 1,32 (Е1) которые обозначаются FT1 или FE1. В том случае, когда поле тайм слотов дробного потока Е1 перекрывает TS16, слот данных совпадающий по времени с TS16 и все последующие тайм слоты перемещаются на одну позицию вправо.
Интеграция дробных потоков FT или FE производится по принципу временного мультиплексирования (time division multiplexing — TDM). Устройства, которые выполняют функцию объединения дробных потоков, называются мультиплексорами доступа. Процедура, которую выполняет мультиплексор доступа называется «Вырвать и Вставить» (Drop and Insert). Использование мультиплексоров доступа является на сегодняшний день одним из самых дешевых способов интегрирования голоса и данных.Главный недостаток этого метода заключается в невысокой эффективности использования пропускной способности канала.
Важной особенностью кросс-коннект мультиплексоров является то, что одновременно с мультиплексированием информационных тайм слотов они также осуществляют коммутацию соответствующих им сигнальных последовательностей.
Передача данных производится по двум парам медных проводов (120 Ом) или по двум коаксиальным кабелям (75 Ом) с довольно высокой скоростью на достаточно большие (свыше 1 км) расстояния.
Полные интерфейсы предназначены для передачи данных с одной фиксированной скоростью (Т1 или Е1).
Дробные интерфейсы предназначены для передачи данных со скоростью, величина которой определяется и переопределяется при программной настойке интерфейса (FТ1 или FЕ1).
Cтруктурированные интерфейсы способны выполнять функцию мультиплексора доступа для входного потока и организовывать виртуальные логические интерфейсы, путем закрепления за ними групп тайм слотов входного потока (CE1 или CT1).
Элементарные интерфейсы предназначены для передачи данных со скоростью 64 Кбит/сек (G.703.1).
Преимущества
Качество передачи голосовых (телефонных) каналов значительно возросло. Значительно снизились затраты на эксплуатацию цифровых телекоммуникационных систем.
Недостатки
Недостаточно удобная процедура интеграции/дезинтеграции потоков иерархии. Для выравнивания скоростей входящих потоков синтезирующие мультиплексоры последующих уровней используют процедуру вставки битов (bit-stuffing), биты потока Е1 не могут быть извлечены непосредственно из потока Е3. Сначала поток Е3 должен быть раскрыт на 4 потока Е2, и только после этого возможно извлечение из одного из этих потоков потока Е1.