Цифрлық беру жүйелеріндегі синхрондау әдістерін зерттеу

 

1 БАЙЛАНЫС ЖЕЛІЛЕРІН ҰЙЫМДАСТЫРУДЫҢ ЖАЛПЫ ПРИНЦИПТЕРІ

 

1.1 Негізгі түсініктер  мен анықтамалар. Синхрондау түрлері. Синхрондау жүйелеріне қойылатын талаптар

 

 

Импульсті -кодты  модуляциясы бар және арналардың уақыттық бөлінуі бар (ЦСП ИКМ-ВРК) мен олардың түрлі модификациялары бар берілістің цифрлық жүйесінің жіберетін және қабылдау  станцияларының келіскен жұмысы үшін берілістегі арналық  амплитудалық - импульстық  модуляторлардың және қабылдаудағы арналық  селекторлардың  синхронды жұмысын қамтамасыз ету қажет, яғни, АИМ сигналдары мен басқару және өзара әрекеттесу сигналдарын (СУВ) сәйкес арналар бойынша  тарату; берілістің аналогты- цифрлық  түрлендіргіштердегі және қабылдаудағы  цифрлық-аналогты түрлендіргіштердегі  сигналдарды цифрлық өңдеу жылдамдықтарының теңдігі; уақыттық  айналма түзетін  жабдықтың цифрлық  ағындарын біріктірі мен бөлу  және оларды циклдың ұзақтығы бойынша тарату процесіндегі жылдамдықтарының теңдігі; устройств цифрлық  сигналдарды регенерациялау құрылғыларының  синхронды жұмысын.[1]

ЦСП жіберетін  және қабылдайтын  бөліктерінің қалыпты өзара әрекеттестігі үшін тактілік  жиілік (тактілік  синхрондау ) бойынша, кодалық топтар бойынша,  циклдар (циклдық синхрондау ) мен асқын циклдар (асқын циклды синхрондау) бойынша  келесі түрдегі синхрондау  қолданылады.[1]

Тактілік  синхрондау жіберетін  және қабылдайтын  станциялардағы сигналдарды өңдеу жылдамдығының теңдігін (есептеуді  кодтау және декодтау, цифрлық  ағындарды біріктіру және бөлу) қамтамасыз етеді. Бұл үшін  ақырғы қабылдау станциясының генераторлық жабдығы жіберетін станцияның тактілік  жиілігімен басқарылады ( синхрондалады ).

 Циклдық  синхрондау немесе   циклдар бойынша синхрондау арналардың дұрыс бөлінуін қамтамасыз етеді, яғни, белгілі бір арналардың декодталған Дұрыс таратудың бұзылуы бір арнаның сигналдарының басқа арнаның қабылдау құрылғысына түсуіне әкеп соғады.  Бұл жағдайда арналар арасында түсінікті және түсініксіз ауыспалы сөйлесу түріндегі өзара әсер ету туындайды [1]

Асқын циклдық  синхрондау СУВ арналарының   берілген арналық  интервалда дұрыс таратлыуын қамтамасыз етеді.

Синхрондаудың кез-келген түрін жүзеге асыру  ақпараттық  сигналдың статистикалық қасиеттерін қолдануға немесе топтық цифрлық сигналдың артығын  оның құрылымына арнайы сигнал – синхросигналды енгізу арқылы пайдалануға негізделген.[2]

Тактілік  синхрондауды  ұйымдастыру үшін, әдетте, бірінші тәсіл қолданылады, синхрондаудың басқа түрлері үшін екінші тәсіл қолданылады, яғни,синхросигналдың топтық цифрлық ағыны құрылымына енгізу (СС).

СС жіберуін және қабылдауын  қамтамасыз ететін құрылғылар жиынтығы, синхрондау арнасы деп аталады(КС).

Синхрондау  құрылғыларына келесідей жалпы  талаптарды тұжырымдауға болады:

- аппаратураның жұмысқа алғашқы қосылуындағы синхронизмге кіру уақыты және оның бұзылуынан кейінгі жұмыстың синхронды режимін қалпына келтіру уақыты минималды болуы керек.

- синхрондау  жүйесі синхросигнал қабылдауындағы бірлі-жарым қателерге әсер етпейтіндей, сонымен бір мезетте ЦСП жабдығының синхронизм күйінен шығуына сезімтал болатындай, синхронизм жай-күйінің жоғары орнықтылығы; басқаша айтсақ, синхронизмнің жай-күйін аппаратураның жұмысы кезінде үздіксіз және автоматты түрде  қолдауы керек;

- циклдық  және асқын  циклдық  синхронизм жүйелеріндегі жалған синхронизмнің жай-күйін ықтималды табуын қамтамасыз ету;

- беріліс циклындағы қызметтік  синхронды ақпараттң көлемі қалпына келудің және синхронизмді қолдаудың берілген  параметрлерінде минималды болуы керек ;

- синхрондау  арналары жеткілікті түрде бөгеуілге орнықты болуы тиіс, синхронизм жай-күйінің бұзылу арасындағы уақыт барынша максималды болуы керек.

Аталған талаптарды орындау қарапайым техникалық жүзеге асырумен, экономикалығымен және синхрондау арнасының жұмыс істеуінің сенімділігімен үйлесуі тиіс. Синхрондау мәселесі берілістің цифрлық  жүйелерінің  және и  коммутацияның цифрлық  жүйелерінің байланыстың бірегей цифрлық желісіне  интеграциялануына қарай өте өзекті болып отыр.  Ақпараттың берілісі мен коммутациясы негізгі  цифрлық  арналарды пайдаланумен және оларды объединения цифрлық трактілерге біріктірумен орындалатын цифрлық  желі, синхрондаудың дұрыс жолға қойылған жүйесінсіз қалыпты  жұмыс істей алмайды.[4]

 

 

 

 

 

 

1.2 Синхрондаудың қажеттілігі

 

 

Синхрондау  – бұл байланыс желісіндегі барлық  цифрлық  жабдық жұмысын бір жылдамдықта қолдайтын құрал. Ақпарат  цифрлық  жіберу үшін дискретті импульстерге  түрленеді. Осы импульстерді цифрлық  желі  байланысының барлық жолдары мен траптары арқылы жібергенде оның барлық компоненттері синхрондалуы тиіс. Синхрондау  үш деңгейде жүзеге асуы керек: битті синхрондау ,   арналық  интервалдар (time slot) деңгейіндегі синхрондау және кадрлық синхрондау . Битті синхрондау  беріліс жолының жіберетін және қабылдайтын соңдары бір тактілік  жиілікте жұмыс істейтінімен көрінеді, сондытан, биттер дұрыс санап-оқылады. Битті синхрондауға жету үшін     қабылдағыш  өзінің тактілік импульстерін кіріс жолынан ала алады. Битті синхрондауға  беріліс жолының джиттері мен бірліктің тығыздығы сияқты мәселелер кіреді. Бұл мәселелер синхрондауға және   беріліс жүйесіне талап қойғанда көтеріледі.  Арналық  интервалды (time slot) Синхрондау қабылдағыш  пен таратқышты, арналық  интервалдар деректерді алу үшін идентификатталатындай етіп, сақтайды. Бұған байттарды бөлуге арналған кадрдың бекітілген  форматын қолдану арқылы қол жеткізіледі. Арналық  интервал деңгейіндегі  синхрондаудың негізгі мәселелер кадрдың өзгеріс уақыты мен кадрдың жоғалуын табу болып табылады.  Кадрлық  синхрондау  таратқыш пен  қабылдағыш фазасы бойынша кадрдың басталуын идентификаттау мүмкін болатындай етіп  үйлестіру қажеттілімен туындаған. DS1 немесе Е1 сигналдағы кадр сәйкесінше 24 немесе 30 байттан тұратын ( арналық  интервалдар) биттер тобы және кадрлық  синхрондаудың бір импульсы болып табылады. Кадрдың уақыты 125 микросекундқа тең. Арналық  интервалдар байланыстың нақты  (телефон) арналарын пайдаланушыларға сәйкес келеді. Көзінің торабында орналасқан желінің тактілік генераторы биттердің осы торабы арқылы беріліс жиілігін, кадрлар мен арналық интервалдарды басқарады. Қабылдау  торабында орналасқан желінің екінші генераторы   ақпаратты санап-оқу жылдамдығын  басқаруға арналған. Тактілік   желілік  синхрондаудың мақсаты   қабылдау  торабы мог правильно ировать  цифрлық  сигналды дұрыс интерпретациялай алатындай, бірінші генератор мен  қабылдағыштың келіскен жұмысы болып табылады. Бір желідегі синхрондау  тораптарының айырмасы, қабылдау  торабына жіберілген ақпаратты өткізіп алуына немесе қайтадан санап-оқуына әкеп соғуы мүмкін.. Бұл құбылыс қылаң беру деп аталады.[2]

Мысалы, егер ақпаратты жіберетін жабдық қабылдау жабдығының жиілігінен үлкен жиілікте жұмыс істейтін болса, онда  қабылдағыш  ақпарат ағынын бақылай алмайды.  Бұл жағдайда  қабылдағыш  жіберілетін ақпараттың бір бөлігін ара-тұра өткізіп алады. Ақпаратты жоғалту жоюдың қылаң беруі деп аталады.[3]

Егер қабылдағыш  таратқыштың жиілігінен асатын жиілікте жұмыс істейтін болса,  қабылдағыш , өзінің жиілігінде жұмыс істеуін жалғастырып, және таратқышпен байланысты жүзеге асырып, ақпаратты қайталайтын болады. Ақпаратты бұлай  қайталау қайталаумен қылаң беру деп аталады .

DS1 және E1 ағындардағы қылаң берумен  басқару үшін арнайы буферлерді қолданады. Деректер бірінші генератордың жиілігіндегі қабылдау жабдығының  буферіне жазылады да қабылдау жабдығының  тактілік жиілігіндегі буферден санап-оқылады. Тәжірибеде, буферлердің әр түрі қолданылуы мүмкін. Әдетте, буферде бір кадрдан көп болады.  Бұл жағдайда қабылдау жабдығы  қылаң беру кезінде  тұтас  кадрды өткізіп алады немесе қайталайды. Бұл басқарылатын қылаң беру деп аталады.(1.1 - сурет). [1]

 

  

1.1 – сурет. Қылаң беру буфері

 

Желілік  синхрондаудың негізгі мақсаты   басқарылатын қылаң берудің пайда болуын шектеу болып табылады. Қылаң берудің пайда болуының негізгі екі себебі бар. Бірінші себеп- тактілік жиіліктің айырмасына әкеп соғатындай, генераторлар арасындағы байланысты жоғалтудан синхрондау жиілігінің болмауы.  Екінші себеп-  - немесе байланыс жолдарындағы (мысалы, джиттер және вандер), немесе  бірінші және жетектегі  генераторлар арасындағы бір мәртелік ығысулар. Соңғысы,  яғни, бірінші генератордың және қабылдағыштың жиілігі арасындағы  фазалық ығысулар, жоғарыда көрсетілгендей, байланыс желілерінде қылаң берудің пайда болуының  негізгі себебі болып табылады. Қылаң беру, алайда, синхрондаудың жоқтығынан туындайтын жалғыз ғана істен шығу болып табылмайды.  SDH желілеріндегі нашар синхрондау  артық джиттерге және  цифрлық  сигналдарды беру кезінде кадрдың жроғалуына  әкеп соғуы мүмкін, бұл " SDH синхрондау қажеттілігі " тарауында жазылған.  Корпоративті (жеке) желілерде пайдаланушы жабдығының нашар синхрондалуы  (СРЕ) цифрлық  желідегі қателер дестесіне (шоғырына) әкеп соғуы мүмкін. Сондықтан,   қылаң беруді минималдауға қарамастан, ол синхрондаудың негізгі мақсаты болып қалады, синхрондау желілерін жобалағанда   синхрондаумен байланысты басқа да істен шығуды қарастыру қажет.[3]

 

1.3 Синхрондау желілері

 

 

Синхронды  және асинхронды  желілердің өзара әрекеттесу сценариін сипаттамас бұрын, мақалада қолданылатын түсініктердің негізгі мағынасын ашу қажет. Айта кету керек, бұл түсініктер ақпаратты байланыс жолдарымен жалғанған пункттер (тораптар) арасында беріліс функциясын атқаратын (тасымалдау) атқаратын тасымалдау  желілері мен технологияларға қатысты.[4]

"Синхрондау " түсінігі тактілік  синхрондау , байт-синхрондау  ( циклдық  және дестелі) және  желілік  синхрондау сияқты үш мәнде қарастырылады. Мақалада дестелердің келу уақыты бойынша синхрондау , яғни, дестелі желідегі уақытша бөгеуілді түзету қарастырылмайды.

Тактілік  синхрондау  (бит-синхрондау  немесе биттер бойынша  синхрондау  ) – бұл синхрондау  сигналын цифрлық  құрылғылардың жұмысын қолдау және  оларды бірлі-жарым тактілік интервалдар (биттер) деңгейінде келісу  мақсатында ақпараттық  сигналдың периодтық құрылымынан бөліп алу.[2]

Циклдық  және дестелі синхрондау  алгоритмдерінің құрылымдары ұқсас, және оларды "байт-синхрондау " терминімен біріктіруге болады, яғни, байтқа дейінгі дәлдікте синхрондау (циклдағы немесе дестедегі әрбір байттың орнын анықтау мүмкіндігі):

- циклдық  синхрондау  ( циклдар бойынша синхрондау) - циклдық  құрылымы бар биттер қабылдау кезінде дұрыс тарату үшін, түрлі дереккөздерден келетін ақпараттың басы мен соңын анықтау;

- дестелі  синхрондау  (дестелерді синхрондау  ) - қабылдау кезінде дестелердің дұрыс реттілігін құру мақсатында түсетін дестелердің басы мен соңын анықтау, бұл әсіресе, важно при передаче по дестелі желі бойынша нақты уақыт сигналдарын беру кезінде маңызды (телефония, бейне және т.б.).

Дәл осы   циклдық  және синхрондаудың дестелі  түрлері сигналдарды тасымалдау желісінде берудің негізгі  екі  режимін анықтауда (ұйымдастыру тәсілдері) маңызды орын алады- синхронды және асинхронды.(1.2 - сурет)[1]

Жалпы түрінде,    циклдық  синхрондау  арнасы синхросигналдың белгілі бір құрылым  қалыптастыратын  синхросигналды қалыптастырушының(ФСС)  негізгі блоктарының жиынтығы болып табылады; синхросигналды таратқыш (Пер СС), синхросигналдың сәйкес цифрлық  ағын құрылымына енуін қамтамасыз етеді;   сәйкес ағынның цифрлық сигналынан  синхросигналды бөлетін синхросигналдың қабылдағышы; циклдық  синхрондауды басқару блогы (БУЦС), циклдық  синхрондау процестерін басқаруды қамтамасыз етеді, атап айтқанда, синхронизмді іздеу және қолдау, жалған синхронизмнен қорғау.[1]

 

 

1.2 – сурет. Ақпарат таратудың заманауи технологиялары

 

Берілістің синхронды режимі (СРП) циклдық ұйымдастыруды қарастырады, яғни, уақыттың белгілі бір интервал арасында периодты (циклды) қайталанатын нақты анықталған құрылымы, соның арқасында, жіберетін және  қабылдайтын тараптар арасындағы контакт периодты түрде қайталанады. Бұндай режим ""тұрақты" қосылысты қолдайтын" ретінде сипатталады және оны көбінесе " арналар коммутациясы" деп атайды. "Тұрақты " жақшаға алынған, себебі, арналарды уақыттық бөлуде "тұрақтылық " үздіксіздікте емес, беріліс режимінің аталған маңызды қасиетімен – периодтығымен көрінеді. " Арналар коммутациясы " атауы цифрлық АТС немесе  ауыстырып-қосудың электронды жабдықтары (цифрлық кросс- коннектілер) коммутация кезінде , онда арналар (арналық интервалдар) бір ағынның циклынан таңдап алынады және басқа  бірінші цифрлық ағынның арналық  интервалдарына ендірілетін,  циклдық құрылымдарды (әдетте, 2,048 Мбит/с жылдамдықтағы  алғашқы цифрлық ағын Е12) қолдануына қарай, пайда болған. Жалғау шақыртуға қызмет көрсету уақыты кезінде тең периодтары бар осы   циклдық құрылым аясында қолдауда болады.  СРП желілер үшін желілік синхрондауға қатаң талаптар қойылған , бұл туралы кейін айтамыз.[1]

 

1.1 – кесте. Берілістің синхронды режимі бар эелілерде қолданылатын цифрлық сигналдардың құрылымдары (СРП)

Синхронды құрылымдар

Tλ, мкс

Nλ, бит

B, Мбит/с

TЕИ, нс

Δf/f, ppm

Плезиосинхронды  құрылым-дар

Tλ, мкс

Nλ, бит

B, Мбит/с

TЕИ, нс

Δf/f, ppm

 

1.1 – кестенің жалғасы. Берілістің синхронды  режимі бар эелілерде қолданылатын  цифрлық  сигналдардың құрылымдары  (СРП)

E12 (P12s)	125	256	2,048	488	±50		\
E22 (P22s)	125	1056	8,448	118	± 30	E22 (P22e)	\100,38	848	8,448	118	± 30
E31 (P31s)	125	4296	34,368	29,1	± 4,6	E31 (P31e)	44,69	1536	34,368	29,1	± 20
E4 (P4s)	125	17408	139,264	7,18	±4,6	E4 (P4e)	21,03	2928	139,264	7,18	± 15
OS-N(STM-N)  (N=1, 4, 16, 64, 256)	125	2430*N	155,52*N	6,43 ÷ 0,0251	± 4,6