Плезиохронная цифровая иерархия — ПЦИ ( PDH )

По соединительным линиям между АТС, городским, зоновым и магистральным линиям сообщения передаются в цифровой форме. Для этого аналоговый телефонный сигнал подвергается преобразованию в цифровой поток методом импу-льсно-кодовой модуляции (ИКМ). Суть этого метода состоит в следующем. Аналоговый электрический сигнал разбивается (дискретизируется) на равные доли по амплитуде и по времени. После этого отдельные выборки, следующие периодиче­ски с частотой дискретизации, передаются в виде импульсов. Выборки амплитуд дискретизируются (квантуются) на равные части, в результате чего значениям выборок соответствуют численные значения в виде двоичных символов (бит). Для телефонных сигналов информация об амплитуде передается двоичным кодом, со­стоящим из 8 бит. максимальная частота дискретизации по времени определяется верхней граничной частотой телефонного канала, которая по ГОСТ принята равной 4 кГц. По теореме Котельникова, частота дискретизации аналогового сигнала по времени f_д равна удвоенной верхней частоте спектра этого сигнала, т. е. /_д = 2f_в = 8 кГц. Двоичный код из 8 бит соответствует 256 (2⁸) квантованным уровням амплитуды аналогового сигнала. При частоте дискретизации 8 кГц и 8 битах информации об амплитуде общее количество бит за одну секунду получается равным 64 кбит/с. Такой сигнал представляет собой последовательность импульсов, дли­тельность и частота следования которых определяются методом кодирования. При этом амплитуда и форма (чаще всего прямоугольная, а точнее, трапецеидальная) остаются постоянными. В результате преобразования аналогового сигнала в цифровой он превращается в поток информации в виде двоичных символов (бит) со скоростью передачи 64 кбит/с. Канал, в котором передается такой цифровой по­ток, получил название «Основной цифровой канал» (ОЦК) или по международной классификации DSO. Из сказанного выше понятно, что 64 кбит/с это ско­рость, соответствующая одному телефонному каналу. В существующих линиях и сетях связи передается одновременно большое количество (группа) таких каналов. Следовательно, по всем линиям, за исключением абонентского участка, передается групповой цифровой сигнал. Он формируется методом временного разделения каналов, состоящим в том, что импульсы основного цифрового потока DSO квантуются по времени на более короткие импульсы, которые затем с соответствующими временными сдвигами располагаются в один ряд, образуя новый цифровой поток (частота, с которой происходит временное квантование, называется тактовой). Для последующего выделения (разделения) каналов на приеме в этот цифровой поток на границах импульсов, соответствующих каждому основному каналу, добавляются идентификационные синхроимпульсы. Таким образом", в групповом канале скорость передачи информации возрастает в зависимости от количества основных каналов. Операция образования группового цифрового потока информации из ряда основных каналов DSO получила название мультиплексирования с временным разделением каналов.

Формирование групповых цифровых сигналов, предназначенных для передачи по линии связи, осуществляется методом линейного кодирования [4], для чего применяется ряд двоичных кодов, основные из которых следующие: Ib2b, ADI, AMI, B3Z9, B6ZS, B8ZS, CMI, HDB2, HDB3, niBnB, NRZ, RZ, Miller code. Более подробно с характеристиками этих кодов можно ознакомиться в [4, 5, 6]. В соеди­нительных линиях связи между АТС в настоящее время чаще всего применяются коды HDB3 и AMI. В соответствии с нормами ITU-T и ГОСТ РФ на этих линиях в европейских странах и странах Латинской Америки передается 30 телефонных (т. е. основных) каналов DSO. Кроме этого, в групповом линейном потоке передается еще два дополнительных канала сигнализации и управления. Таким образом, фактически количество передаваемых каналов п = 32. Перемножение количества каналов (32) на скорость основного канала (64 кбит/с) дает скорость передачи группового цифрового потока, равную 2048 кбит/с (2,048 Мбит/с). В США и Канаде аналогичный канал имеет скорость 1544 кбит/с (24 канала DSO). Пара­метры систем с этими скоростями стандартизированы документами МСЭ-Т (1TU-T) соответственно Рек. G.733 и G.732. Если исходный цифровой (абонент­ский) канал 64 кбит/с называется основным (ОЦК или DSO), то групповой циф­ровой канал со скоростью 2048 (или 1544) кбит/с называется первичным цифро­вым каналом (ПЦК или DS1).

Очевидно, что количество телефонных каналов, равное 30 (24), особенно при передаче в региональных, а тем более в магистральных линиях, совершенно недостаточно. Поэтому международными соглашениями было установлено, что скорость передачи ПЦК и каждого канала последующего порядка может быть увеличена с помощью мультиплексирования с коэффициентом, кратным 4. При этом используется тот же метод временного квантования импульсных последовательно­стей мультиплексируемых сигналов с новой, более высокой (в 4 раза) тактовой ча­стотой, которая может быть не синхронизированной с тактовой частотой исход­ных каналов ПЦК (или каналов предыдущего порядка). Таким образом получает­ся ряд скоростей передачи информации: 2048, 8448, 34368, 139264 и 564992 кбит/с. Из приведенного ряда видно, что значения скоростей не точно кратны четырем. Объясняется это тем, что для идентификации групп каналов (или блоков, паке­тов, контейнеров) вводятся дополнительные биты, нарушающие указанную выше кратность. Вместе с тем, по числу основных каналов (DSO), которые передаются в групповых потоках с перечисленными выше скоростями, кратность четырем соблюдается четко: 30 (DSO) — 120 — 480 — 1920 — 7680. Перечисленные скорости образуют иерархический ряд или цифровые иерархии. Для стран Европы и Латинской Америки каждая цифровая иерархия получила свое обозначение [4]:

· Первичная цифровая иерархия — ПЦИ (2048 кбит/с) Е2

· Вторичная цифровая иерархия — ВЦИ (8448 кбит/с) ЕЗ 

· Третичная цифровая иерархия — ТЦИ (34368 кбит/с) Е4 

· Четверичная цифровая иерархия — ЧЦИ (139264 кбит/с)

· Е5 Пятеричная цифровая иерархия — ПЦИ (564992 бит/с)

Отметим, что в перечисленных иерархиях скоростей передачи тактовые частоты соседних уровней, а тем более удаленных, не обязательно должны быть синхронизированы. Кроме того, частоты дискретизации в разных каналах также могут отличаться на небольшую величину. При этом используется внутренняя синхронизация в индивидуальных каналах. В таких системах в процессе мультиплексиро­вания для выравнивания скоростей или тактовых частот добавляются (или изыма­ются) дополнительные биты. В результате на выходе мультиплексора формируется синхронизированная цифровая импульсная последовательность, скорость которой в п раз выше, чем в индивидуальных каналах(п кратно 4). Такие системы получи­ли название плезиохронных (плезио — почти) цифровых систем передачи, а циф­ровая иерархия плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ (PDH).

Приведенные выше системы ПЦИ были первоначально разработаны для ли­ний связи, в которых средой распространения групповых сигналов являлись либо электрический (металлический) коаксиальный кабель, либо радиорелейные ли­нии. Для таких линий передачи была разработана соответствующая аппаратура иерархий Е1 — Е4. В этих линиях связи вследствие малой полосы пропускания и большого затухания коаксиальных кабелей длина регенерационного участка для Е1 — Е2 не превышала 5 км, а для Е4 и того меньше — 1,5...2 км. Такие линии связи были очень дорогими и широкого распространения не получили (особенно это относится к Е4). Линии связи на коаксиальном кабеле для скорости 64992 кбит/с (Е5) имели регенерационный участок менее 1,5 км и по причине очень высокой стоимости не получили дальнейшего развития, малая длина реге-нерационных участков для Е4 и Е5 — не единственная причина того, что Е4 не получила широкого распространения в кабельных линиях на основе традицион­ных (металлических) кабелей, а Е5 не получила дальнейшего развития. Вторая, не менее важная причина указанного выше обстоятельства связана с особенностями плезиохронных систем передачи. Отсутствие общей жесткой синхронизации так­товых частот различных уровней Е1 — Е5, а также добавление (или изъятие) вста­вок (стаффингов) в виде дополнительных бит в соответствующий код для вырав­нивания кодовых комбинаций приводят к невозможности выделения на ка­ком-либо промежуточном пункте зоновой или магистральной линии канала DSO или, скажем, DS1 из потока, например, уровня ЕЗ или Е4 без полного демультиплексирования группового информационного потока. И если для уровня Е2 эта процедура не является сложной задачей и стоимость аппаратуры, осуществляющей эту операцию, повышается незначительно, то для уровня ЕЗ стоимость аналогичных устройств существенно возрастает, а для уровней Е4 и Е5 в связи с не­обходимостью резкого повышения быстродействия электронных устройств эта стоимость возрастает до неприемлемых величин.

Развитие альтернативной среды распространения сигналов, переносящих информацию, оптического волокна, в котором носителем информации является не электрический ток, а оптическое излучение (поток фотонов), позволило мно­гократно увеличить длину регенерационных участков. Так, для иерархии ПЦИ Е1 и Е2 длина регенерационного участка возросла до 200 км, а для ЕЗ и Е4 — более 100 км. При этом из-за многократного уменьшения числа ретрансляторов стоимость плезиохронных систем передачи для уровней Е1 — Е4 весьма существенно снизилась, благодаря чему такие системы для ВОЛС получили широкое распространение.