Линейные коды в системах ВОЛС ПЦИ

При проектировании волоконно-оптических систем передачи необходимо учи­тывать целый ряд особенностей, связанных с физическими принципами работы как среды передачи оптического волокна и кабеля, так и оконечных устройств оптического передатчика и приемного устройства. Одна из этих особенностей — выбор типа линейного двоичного кода. Эти вопросы подробно рассмотрены в рабо­тах [4, 5, 6]. Здесь же мы коснемся тех аспектов этой проблемы, которые не были освещены в приведенных работах или рассмотрены недостаточно.

Как уже отмечалось выше, в соответствии с рекомендациями ITU-T G.703, для иерархии ПЦИ El, E2 и ЕЗ следует применять трехуровневый код HDB3. Используется также аналогичный код AMI (чаще всего для скорости 2048 кбит/с). Отличительной чертой этих кодов является то, что единицы (или нули) двоичной импульсной последовательности передаются импульсами, полярность которых изменяется на противоположную при передаче каждой следующей единицы (или нуля). Эти коды не содержат постоянную составляющую в своем спектре, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым при выборе кода для электрических линий передачи. Это требование остается в силе и для оптических линий. В отли­чие от электрического кабеля, по которому можно передавать импульсы тока как положительной, так и отрицательной полярности, по оптическому волокну можно

I   — источник электрического напряжения смещения для фотодетектора;

8 — широкополосный электронный усилитель электрического сигнала, выде­
ляемого в нагрузке фотодетектора;

9 — преобразователь линейного кода в коды DS1 и демультиплексор;

10 — демультиплексоры сигналов в коде уровня DS1 в сигналы уровня DSO;

II  — ОР — оптические разъемы;
12 — ОК — оптический кабель.

В конце 70-х — начале 80-х годов по приведенной конфигурации строились ВОСП 1-го поколения для передачи цифровых потоков ПЦИ El, E2 и ЕЗ. С уче­том современных технологий в локальных сетях для передачи таких же потоков по этой конфигурации строятся ВОСП и в наши дни.

1.5. Синхронный метод передачи цифровых сигналов. Синхронная цифровая иерархия — СЦИ (SDH)

Недостатки плезиохронных систем передачи и прогресс в технологиях воло­конно-оптических систем, имеющих по сравнению с электрическими кабельными системами практически неограниченную полосу пропускания и другие преимуще­ства ВОСП, с одной стороны, и растущие потребности в повышении качества традиционных услуг связи и предоставления новых услуг в сочетании с экспоненциальным ростом числа потребителей, с другой, стимулировали разработку и внедрение новых цифровых систем передачи информации. Этому также способствовала актуальность проблемы создания глобальной интегрированной информационной сети, оснащенной гибкой и оперативной системой управления. Эти проблемы было невозможно решить на основе систем передачи плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ или PDH). Поэтому в феврале 1988 г. на заседании комиссии МККТТ (сейчас ITU-T) в Ю. Корее (Сеул) было достигнуто соглашение о принятии нового стандарта Синхронной Цифровой Иерархии (СЦИ — SDH) и единой глобальной оптической сети. Этот стандарт был окончательно одобрен на Полномочной конференции МККТТ в г. Мельбурн (Австралия) в ноябре 1988 г. [9]. На основе SDH в различных странах были разработаны системы передач, в США и Канаде — это система SONET (Синхронная оптическая сеть — Synchronous Optical Network), в Европе — SDH (Synchronous Digital Hierarchy). При принятии нового стандарта цифровой связи SDH, одним из требований к новой системе было обеспечение совместимости с системами PDH. Это относилось прежде всего к цифровому потоку уровня Е4 PDH (140 Мбит/с). Для решения этой задачи в цифровой поток Е4 была введена избыточность в виде дополнительных бит, вследствие чего скорость передачи нового уровня возросла до 155,52 Мбит/с. Та­кая скорость была принята для основного формата синхронного сигнала, получившего название синхронный транспортный модуль STM-1. Учитывая требование совместимости с сетями PDH, в США и Канаде было решено преобразовать американский стандарт PDH для скорости 44,736 Мбит/с в скорость 51,84 Мбит/с (это 1-й уровень SDH для США). Благодаря этому с помощью муль­типлексирования такого потока с коэффициентом 3 достигается совместимость с Европейским транспортным модулем STM-1 — 51,84 Мбит/с хЗ= 155,52 Мбит/с. Новая американская синхронная система получила наименование SONET/SDH. В результате международных соглашений были установлены скорости передачи в виде синхронной цифровой иерархии (СЦИ — SDH), регламентируемые рекомендациями ITU-T (MKKTT) G.707, структура сигнала в интерфейсе сетевого узла — G.708, структура синхронного группообразования — G.709 [9]. Таким образом, была принята следующая градация скоростей для иерархий синхронных сигналов (SDH): STM-1 - 155,520 Мбит/с, STM-4 - 622,08 Мбит/с, STM-16 -2488,32 Мбит/с (2,488 Гбит/с), STM-64 - 9,953 Гбит/с, STM-256 (40 Гбит/с). Не­обходимо отметить, что скорость 40 Гбит/с (длительность тактового интервала 25 пс) для электронных средств реализации является предельной. За исключением STM-1, скорость STM-4, STM-16 и т. д. применяются исключительно в волокон­но-оптических системах передачи, а иерархии STM-16, STM-64 и STM-256 основа для использования в магистральных ВОСП.

В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных задающих генераторов синхронна с точностью не хуже 10~⁹ [1]. Жесткая синхронизация на всех уровнях СЦИ дает возмож­ность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преи­муществ синхронных сетей, среди которых отметим следующие:

1) возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков более низкого уровня вплоть до Е1 без полного де­мультиплексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой);

2) упрощение общей структурной схемы оборудования СЦИ благодаря тому, что все функции ввода—вывода выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток El PDH из потока (фрейма) STM-1;

3) возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их более гибкими в плане конфигурирования;

4) скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадет необходимость применения дополнительного преобразователя стыкового кода в линейный. (Во
всех ВОСП СЦИ в качестве линейного цифрового кода принят код NRZ).

Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оптическими си­стемами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных модулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию цифровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети за­нимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяют оптимально использовать емкости каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых потоков и резервных линий. В настоящее время в сетях связи крупных городов, а также в региональных и транспортных ВОСП технология передачи СЦИ является основной. В большинстве магистральных ВОСП, построенных в России с середины 90-х годов, передается на одной длине волны в диапазоне С цифровой поток СЦИ СТМ-16.