Создание цифровой системы передачи для организации каналов связи различных типов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задача проектирования

2. Исходные данные

3. Расчет подсистемы аналого-цифрового преобразования.

3.1 Расчет частоты дискретизации _д

3.2 Расчёт по допустимому уровню шумов в незанятом канале

3.3 Расчёт по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала

3.4 Расчёт порога ограничения

3.5 Расчёт m

3.6 Расчет зависимости a_ш(P)

4. Расчет циклов передачи

4.1 Требования к циклу и сверхциклу

4.2 Алгоритм проектирования цикла

5. Схема организации сети

5.1 Нумерация компонентных потоков в сети

5.2 Выбор уровней агрегатных потоков

5.3 Схема организации сети

5.4 Структура мультиплексирования

5.5 Архитектура сети тракта одного компонентного потока

6. Схема встроенного контроля двунаправленного тракта VC-2

7. Схема синхронизации сети

8. Организация сети тактовой синхронизации

Заключение

Литература

Введение

Цифровые системы многоканальной передачи занимают господствующее положение на сетях местной связи, внедрены на сетях зоновой и магистральной связи. Такое положение для цифровых систем передачи обусловлено тем, что при передаче сигналов в цифровом виде получаем более высокую помехоустойчивость, возможность передачи различных сигналов в едином цифровом виде предопределяет универсальность цифрового линейного тракта. Цифровые системы передачи позволяют использовать интегральные микросхемы цифровой логики, что увеличивает их надёжность уменьшает габариты аппаратуры и эксплуатационные расходы. Цифровые методы передачи позволяют применять и цифровые методы коммутации сообщений, что способствует созданию интеллектуальных цифровых систем связи.

1. Задача проектирования

Создание цифровой системы передачи для организации каналов связи различных типов.

Курсовой проект необходимо выполнить в следующей последовательности:

1. Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования;

2. Проектирование циклов передачи;

3. Проектирование схемы организации сети;

4. Расчет нагрузки;

5. Разработка алгоритма процедуры встроенного контроля ошибок для слоя организуемых трактов виртуальных контейнеров и параметры оценки;

6. Разработка схемы защиты в каждом сетевом слое;

7. Проектирование схемы синхронизации сети.

2. Исходные данные

Таблица 1. Каналы цифровой системы передачи (последняя цифра зачетной книжки = 9).

Наименование	Параметры	Размерность	Величина
Канал телефонный	N		42
	r	кГц	32 - 40
	m	бит	1
Канал вещания	N		3
	r	кГц	Расчет
	m	бит	Расчет
Канал ПДС - 19,2 кбит/с	N		2
	r	кГц	20 - 26
	m	бит	3
Канал СУВ	N		100

где N - число каналов,

r - частота следования кодовых групп,

m - число битов в кодовом слове,

Таблица 2. Требования к каналам (предпоследняя цифра зачетной книжки = 9).

Параметры	Размерность
Для каналов вещания
н	кГц	0,05
в	кГц	10,0
ф	кГц	0,5
P1	дБм 0	-27
P2	дБм 0	+2
Ршн	дБн 0	-60
aн	дБ	34
Pш.и	пВт	500
Номер шкалы		13

где _н и _в - соответственно нижняя и верхняя границы эффективно передаваемых частот канала,

_ф - ширина полосы расфильтровки фильтров, используемых в дискретизаторе и восстановителе аналоговой формы сигнала,

p₁ и p₂ - соответственно нижняя и верхняя границы нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ,

a_н - минимально допустимое значение защищенности передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней

P_ш.и - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающих из-за погрешностей изготовления кодеков. Указанное значение приведено в ТНОУ и относится к полосе, равной половине частоты дискретизации

Таблица 3. Шкалы квантования для положительной ветви квантующей характеристики.

Номер шкалы	Сегмент № 2	Сегмент № 3	Сегмент № 4
13	2/1	n2/n1	3/1	n3/n1	4/1	n4/n1
	4	3/2	8	1/2	16	1

Где: ₁ и ₂ - соответственно шаги квантования в первом и втором сегментах,

n₁ и n₂ - число шагов квантования соответственно в первом и втором сегментах.

Шкала квантования семисегментная.

Таблица 4. Топология сети к схеме рисунок 1 (последняя цифра зачетной книжки = 9).

Вариант	С-D	D-E	E-F	C-G	G-H	D-H	F-L	F-K	K-L
9	76	181	175	32	51	65	9	38	42

Таблица 5. Цифровые сигналы в интерфейсах узлов (предпоследняя цифра зачетной книжки = 9).

№ варианта	Минимальное количество компонентных сигналов для связи каждого локального узла в сети с каждым локальным узлом
9	1

* На направлениях B-E, B-D и D-E количество компонентных сигналов должно быть в 10 раз больше минимального.

3. Расчет подсистемы аналого-цифрового преобразования.

3.1 Расчет частоты дискретизации _д

Частота дискретизации должна быть такой, чтобы исходный сигнал мог быть выделен из спектра дискретизированного сигнала в неискаженном виде, причем ширина защитного интервала между спектральными составляющими исходного сигнала и составляющими боковых полос должна быть не менее _ф.

При n=0:

= 2 10 = 20 кГц;

С учетом _ф получаем:

_д = 20,5 кГц.

Минимальное значение _д = 7,6 кГц

Спектр для канала вещания будет состоять из:

(0,05 - 10,0) кГц - спектр исходного сигнала;

(10,05 - 20,45) кГц, (20,55 - 30,05) кГц - пара боковых спектров относительно частоты дискретизации;

(31,0 - 40,95) кГц, (41,05 - 51,0) кГц - пара боковых спектров относительно второй гармоники частоты дискретизации.

Таким образом, при выбранной частоте дискретизации 20,5 кГц, требуемый диапазон расфильтровки обеспечивается.

Спектр для канала вещания изображён на рисунке 1.

3.2 Расчёт по допустимому уровню шумов в незанятом канале

Шумы на выходе канала складываются из шумов квантования и шумов из-за погрешности изготовления. Поэтому мощность шумов в ТНОУ равна:

где

- множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала

только части спектральных составляющих шума при их равномерном распределении.

Известно, что средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен:

Тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале равна:

Для проектируемых каналов R = 600 Ом. С другой стороны, в соответствии с исходными данными мощность шума в незанятом канале не должна быть больше, чем:

Отсюда следует, что:

3.3 Расчёт по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала

цифровой сеть нагрузка алгоритм

Пиковые значения сигналов наиболее низкого уровня () сравнимы обычно с . Можно, поэтому считать, что передача таких сигналов осуществляется при линейном их квантовании и мощность шумов на выходе канала в ТНОУ равна:

Защищенность сигнала от этих шумов:

не должна превышать . Это может иметь место только при:

Из двух рассчитанных значений , выбираем наименьшее.

3.4 Расчёт порога ограничения

Известно, что ошибки квантования резко возрастают и соответственно этому падает защищенность сигнала от шумов когда мгновенные значения преобразуемого сигнала попадают в зону ограничения квантующей характеристики. Поэтому в системе следует принимать таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала значение превышалось сигналом крайне редко. Пикфактор сигнала, при нормальном распределении мгновенных значений, принимаем равным 4,0.

3.5 Расчёт m

Для нахождения m применим формулу:

где,

N - число сегментов положительной ветви квантующей характеристики.

m = 9,61, округляем до 10 бит в кодовом слове.

При округлении уменьшается значение , поэтому:

Остальные параметры квантующей характеристики:

D₂= 4 · D₁= 4,51 мВ.

D₃= 8 · D₁= 9,02 мВ.

D₄= 16 · D₁= 18,05 мВ

U₄ = U_огр. = 3,9 В.

3.6 Расчет зависимости a_ш(P)

Выполним расчет зависимости для следующих значений сигнала:

P_C1 = P₁ - 5 = -32 дБм ₀;

P_C2=P₁ = -27 дБм ₀;

P_C3=(P₂+P₁)/2 = -12,5 дБм ₀;

P_C4=P₂ = 5 дБм ₀;

P_C5=P₂+5 = 7 дБм ₀

Этим значениям уровней соответствуют значения эффективного напряжения:

(В).

В;

В;

В;

В;

В.

Находим ошибку ограничения по формуле:

где i = 1…5.

Д²_огр.1 = 0;

Д²_огр.2 = 0;

Д²_огр.3 = 0;

Д²_огр.4 = 6,38 · 10^-5 В ²;

Д²_огр.5 = 0,085 В ².

Полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала:

Входящие в формулу значения , , , , полностью определяются значением плотности распределения вероятностей мгновенных значений входного сигнала и параметрами шкалы квантования:

; ; ;

При нормальном распределении вероятностей мгновенных значений сигнала, среднеквадратическое значение которых:

,

вероятность попадания преобразуемых мгновенных значений сигнала в один сегмент рассчитывается по формуле

где

- интеграл вероятностей.

Рассчитаем значения W_1i, W_2i, W_3i, W_4i.

W₁₁ = 1;

W₁₂ = 0,99998;

W₁₃ = 0,56460;

W₁₄ = 0,11924;

W₁₅ = 0,06376.

W₂₁=0;

W₂₂=0,00002;

W₂₃=0,43539;

W₂₄=0,57776;

W₂₅=0,37432.

W₃₁=0;

W₃₂=0;

W₃₃=0,00001;

W₃₄=0,19776;

W₃₅=0,19910.

W₄₁=0;

W₄₂=0;

W₄₃=0;

W₄₄=0,10516;

W₄₅=0,33838.

Рассчитаем полную мощность шумов на выходе канала в ТНОУ:



Р_{ш 1}=6,57 · 10^-10 Вт;

Р_{ш 2}=6,57 · 10^-10 Вт;

Р_{ш 3}=1,78 · 10^-9 Вт;

Р_{ш 4}=8,89 · 10^-9 Вт;

Р_{ш 5}=1,17· 10^-5 Вт.

Рассчитаем помехозащищённость по формуле:

Данные, полученные при вычислении, сведём в таблицу 6.

Таблица 6.

I		1	2	3	4	5
Pci	дБ	-32	-27	-12,5	2	7
Uci	В	0,01946	0,0346	0,184	0,975	1,734
W1		1,0	0,99998	0,56460	0,11924	0,06376
W2		0,0	0,00002	0,43539	0,57776	0,37432
W3		0,0	0,0	0,00001	0,19776	0,19910
W4		0,0	0,0	0,0	0,10516	0,33838
	В 2	0,0	0,0	0,0	0,0000638	0,08507
Pш	Вт	6,57 · 10-10	6,57 · 10-10	1,78 · 10-9	8,89 · 10-9	1,17 · 10-5
aш	дБ	25,78	30,78	45,06	52,78	28,44

По полученным данным строим график зависимости помехозащищённости от уровней передаваемого сигнала (рисунок 2).

Рисунок 2 - График зависимости помехозащищённости от уровней передаваемого сигнала.

Вывод: в заданном динамическом диапазоне Р 1=-27 дБм ₀ и Р 2=2 дБм ₀ обеспечивается аш > ан - проектирование выполнено правильно.

Рассчитаем уровень шумов в незанятом канале, используя окончательное значение шага квантования в первом сегменте.

;

4. Расчет циклов передачи

4.1 Требования к циклу и сверхциклу

От того, как построен цикл передачи зависят скорость передачи, время поиска и вхождения в синхронизм при сбое синхронизации, коэффициент использования пропускной способности цифрового группового тракта и т.д.

На основании этого к циклу и сверхциклу предъявляются следующие требования:

1. Длительность сверхцикла не должна превышать (2-3) мс из-за ограничения максимального времени восстановления синхронизма в ЦСП.

2. Число битов в цикле и число циклов в сверхцикле ограничено:

где - число битов в цикле;

- число циклов в сверхцикле.

Желательно, чтобы эти числа разлагались на целочисленные сомножители возможно меньшей величины, при этом упрощается генераторная аппаратура ЦСП.

3. В цикле и сверхцикле должны быть предусмотрены тактовые интервалы для передачи сигналов синхронизации. Число битов в слове циклового синхросигнала рекомендуется принимать равным (7 - 12), а в слове сверхциклового синхросигнала - (4 - 8).

4. Групповой цифровой сигнал ЦСП должен быть получен в результате объединения цифровых сигналов по кодовым группам. Кодовые слова каждого канального сигнала должны располагаться в цикле (сверхцикле) по возможности регулярней, ритмичней. Чем регулярнее поток кодовых групп, тем проще аппаратура объединения и разделения цифровых потоков, так как можно использовать устройства буферной памяти с меньшим объемом и более простой алгоритм формирования управляющих импульсных последовательностей в генераторной аппаратуре.

5. Допустимо в цикле и сверхцикле иметь тактовые интервалы, незанятые передачей информации.

6. Первые тактовые интервалы в цикле рекомендуется использовать для передачи сигналов цикловой синхронизации.

7. Для оценки качества проектирования цикла и сверхцикла рекомендуется рассчитать коэффициент использования пропускной способности цифрового группового тракта системы передачи по формуле:

,

где - число битов в сверхцикле;

- число битов сигнала цикловой синхронизации в сверхцикле;

- число битов сигнала сверхцикловой синхронизации в сверхцикле;

- число свободных тактовых интервалов в сверхцикле.

Коэффициент использования пропускной способности проектируемой ЦСП должен удовлетворять условию .

4.2 Алгоритм проектирования цикла

Подготовим таблицу исходных данных для проектирования цикла (таблица 7).

Таблица 7 - Параметры ЦСП.

№	Тип канала	Число каналов	Min , кГц	Max , кГц	Оконч. , кГц	, бит		Номера тактовых интервалов в цикле	Номера циклов
1	2	3	4	5	6	7	8	10	11
1	Телеф.	42	32	40	32	1	168	8-91 191-274	1
2	Вещания	3	20,5		24	10	90	92-136 146-190	1
3	ПДС-19,2	2	20	26	24	3	18	137-145 275-283	1
4	Канал передачи СУВ	100			8	1	100	284-383	1
5	Цикл. синхр.				8	7	7	1-7	1
6	Своб. такт. инт.	-	-	-	-		1	384	1

2) Рассчитываем ориентировочные значения тактовой частоты группового сигнала:

,

где i - индекс типа канала;

N_i, m_i, _гi - соответственно число каналов данного типа, число бит в кодовых группах и частота повторения кодовых групп.

f _Т = 42·32·1 + 3·20,5·10 + 2·20·3 + 100 = 2179 кГц;

3) Примем в качестве частоты повторения циклов наименьшее значение частоты следования кодовых групп из четвертого столбца таблицы 7. Рассчитаем ориентировочное значение числа тактовых интервалов в цикле как ближайшее большее целое отношения:

4) Так как Nц<2000, то групповой сигнал может быть построен на основе цикла без сверхцикла.

5) Определим области предполагаемых значений частот повторения циклов и сверхциклов. Области разрешенных значений этих частот определяются требованиями:

,

,

6) Выберем окончательные значения частот следования кодовых групп, частот повторения циклов и сверхциклов. Принятые значения должны удовлетворять требованиям:

, для ,

где - целые числа;

.

Выберем

кГц,

Для телефонного канала:

n₁ = 32/8 = 4;

Для канала вещания:

n₂ = 24/8 = 3;

Для канала ПДС-19,2:

n₄ = 24/8 = 3;

Для канала СУВ

n₅ = 8/8 = 1;

Для канала ЦС:

n₆ = 8/8 = 1;

Заполним шестой столбец таблицы 7.

7) Определим число битов в кодовых словах цикловой и сверхцикловой синхронизаций.

8) Рассчитаем число тактовых интервалов в цикле и сверхцикле, необходимых для организации каналов каждого типа:

, для ;

Для телефонного канала:

N_ц = 42 · 1 · 4 = 168;

Для канала вещания:

N_ц = 3 · 10 ·3 =90;

Для канала ПДС-19,2:

N_ц = 2 · 3 · 3 =18;

Для канала СУВ:

N_ц = 100 · 1 · 1 =100;

Для канала ЦС:

N_ц = 1 · 7 · 1 = 7.

По данным расчета заполним восьмой столбец таблицы.

9) Рассчитаем минимально необходимое число тактовых интервалов в цикле:

min N_Ц = 383 бит в цикле

Количество тактовых интервалов в цикле должно превышать минимальное значение. В целях упрощения аппаратуры формирования управляющих сигналов ЦСП или генераторной аппаратуры желательно, чтобы число тактовых интервалов в цикле разлагалось на простые множители.

Исходя из этого выберем 384.

10) Разместим кодовые слова и биты сигналов по тактовым интервалам цикла, заполнив столбец 10 таблицы 7.

11) Подсчитаем количество свободных тактовых интервалов:

12) Рассчитаем коэффициент использования пропускной способности группового тракта ЦСП

Коэффициент использования удовлетворяет требованиям, приведенным в п. 7 подразд. 3.1[2].

13) Рассчитаем точное значение тактовой частоты цифрового группового сигнала:

8 · 384 = 3072 кГц = 3,072 МГц.

Основные параметры ЦСП по данным, приведенным в табл. 7:

8 кГц,

384,

3,072 МГц,

0,979.

Структура сверхцикла приведена в таблице 8.

Таблица 8.

1	…	7	8	…	91	92	…	136
ЦС	Телефония	Вещание
137	…	145	146	…	190	191	…	274
ПДС-19,2	Вещание	Телефония
275	…	283	284	…	383	384
ПДС-19,2	СУВ	Свободные

5. Схема организации сети

Разработка схемы организации сети начинается с определения топологии сети. Для этого используются исходные данные из таблицы 4 [1] и схема телекоммуникационной транспортной сети, приведенная на рисунке 1[1].

Рисунок 3 - Схема телекоммуникационной транспортной сети

Далее определяется необходимый уровень STM_N. Для его расчета предварительно определяется необходимое число компонентных потоков Е_n. Все потоки Е_n в сети, заданные в таблице 5, для связи каждого узла с каждым, нумеруется. Для определения уровня STM_N необходимо учесть, что для обеспечения прохождения потоков через несмежные с данным узлы, мультиплексоры в соседних узлах должны пропускать такие потоки без их выделения. После окончательного определения числа потоков Е_n, равных числу трактов виртуальных контейнеров, необходимых для обеспечения трафика, для каждого фрагмента проектируемой сети (в кольцах, на участках "точка - точка") определяются уровни STM_N.

Результатом разработки схемы организации сети должны быть:

- номера компонентных потоков в мультиплексорах для связи между узлами в сети;

- уровни агрегатных сигналов в сети;

- типы мультиплексоров и их размещение в узлах сети;

- коды применения оптических интерфейсов.

5.1 Нумерация компонентных потоков в сети

Тактовая частота сигнала составляет по расчетам предыдущего раздела:

3,072 МГц,

На основании этого запись осуществляется с тактовой частотой сигналов Е_2 виртуальных контейнеров:

Fvc=6848 кбит/с,

NZ - общее количество битов в VC - 2 = 3424.

Так как в соответствии с заданием каждый узел с каждым в сети должен обмениваться одним потоком Е_2 и, учитывая, что в сети организуется двухсторонняя передача, то есть компонентные потоки для прямой и обратной передачи между узлами должны иметь одинаковые номера, получим номера компонентных потоков. Будем считать, что в данном случае это соответствует номерам их интерфейсов (в десятичном коде) (таблица 9). Все приведенные узлы, кроме узла С, локальные. Узел С - транзитный.

Таблица 9 - Номера интерфейсов в узлах сети.

Интерфейсы узла	Двухсторонняя передача между узлами	Номера интерфейсов
G	G-H	1
	G-D	2
	G-E	3
	G-F	4
	G-K	5
	G-L	6
H	H-G	1
	H-D	7
	H-E	8
	H-F	9
	H-K	10
	H-L	11
D	D-H	8
	D-G	2
	D-E	12ч21
	D-F	22
	D-K	23
	D-L	24
E	E-H	8
	E-D	12ч21
	E-G	3
	E-F	25
	E-K	26
	E-L	27
F	F-H	9
	F-D	22
	F-E	25
	F-G	4
	F-K	28
	F-L	29
L	L-H	11
	L-D	24
	L-E	27
	L-F	29
	L-K	30
	L-G	6
K	K-H	10
	K-D	23
	K-E	26
	K-F	28
	K-G	5
	K-L	30

5.2 Выбор уровней агрегатных потоков

Количество трактов виртуальных контейнеров на отдельных участках сети равно количеству трактов компонентных сигналов с разными номерами на этом участке сети. Из данных таблицы 6 общее число трактов VC_2 в сети равно 30.

Для обеспечения заданного трафика в сети по данным таблицы 6 на интервале "простая линейная цепь" необходимо:

F - E - D => 24 тракта VC-2.

Для обеспечения заданного трафика в сети по данным таблицы 6 в "кольце" C - G - H - D необходимо организовать 24 тракта VC-2:

от G => 6 трактов VC-2 с другими узлами;

от H => 5 трактов VC-4 с другими узлами;

от D => 13 трактов VC-4 с другими узлами.

Для обеспечения заданного трафика в сети по данным таблицы 6 в "кольце" F - K - L необходимо организовать 12 трактов VC-2:

от F => 5 трактов VC-2 с другими узлами;

от K => 4 трактов VC-2 с другими узлами;

от L => 3 трактов VC-2 с другими узлами;

Требуемый минимальный уровень агрегатных сигналов может быть определен следующим образом. Из схемы мультиплексирования STM_N (рис. 2.2 [2]) известно:

Из схемы мультиплексирования STM-N известно:

- STM_1 позволяет организовать 21 тракт VC_2,

- STM_4 - 84 тракта VC_2,

- STM_16 - 336 трактов VC_2.

- STM_64 - 1344 тракта VC_2.

Тогда для организации трактов VC_2 в "кольце" CGHD необходим агрегатный сигнал уровня STM_4.

Тогда для организации трактов VC_2 в "кольце" FLK необходим агрегатный сигнал уровня STM_1.

Тогда на участках сети с топологией "простая линейная цепь" F - E - D для организации 30 трактов VC_2 - STM_4.

5.3 Схема организации сети

Узлы B, C, D, E объединены в "кольцо", поэтому в этих узлах необходимы мультиплексоры ввода/вывода с матрицами соединений на три порта. Между узлами А - В и E - F применяется топология "точка-точка", по этому в этих узлах для организации связи необходимы терминальные мультиплексоры.

Таблица 10 - Типы мультиплексоров в узлах сети

Узел	Типы мультиплексоров	Интерфейсы компонентных сигналов	Интерфейсы агрегатных сигналов	Наименования мультиплексоров
G	ADM III.1	E_2	STM_4	G_1
H	ADM III.1	E_2	STM_4	H_1
D	ADM III.2	STM_4	STM_4	D_1
D	TM I.2	E_2	STM_4	D_2
Е	ADM III.2	STM_4	STM_4	Е-1
Е	TM I.2	E_2	STM_4	Е-2
F	ADM III.2	STM_1	STM_4	F-1
F	TM I.2	E_2	STM_1	F-2
L	ADM III.1	E_2	STM_1	L_1
K	ADM III.1	E_2	STM_1	K_1

На рисунке 4 приведена схема организации сети, последовательность разработки которой показана выше. Наименование мультиплексоров составлено из наименования узла и порядкового номера. Одной линией на схеме показана двухсторонняя передача сигналов.

Рисунок 2 - Схема организации сети.

Оптические интерфейсы

В таблице 1.2 - 1.5 [1] приведены классификация и параметры оптических интерфейсов. По приведенным в таблицах данным выбираем коды применения оптических интерфейсов, обеспечивающих минимальное число проходных регенераторов и, по возможности, одинаковую длину волны излучения. Заметим, что в курсовом проекте не требуется производить расчет длины регенерационных участков. Для ориентировочного значения длины регенерационного участка предлагается использовать данные, приведенные в таблице 1.2 [1] Необходимо помнить, что эти данные приведены только в целях классификации интерфейсов.

Выбранные типы оптических интерфейсов сведены в таблицу 11.

Таблица 11 - Оптические интерфейсы.

Интервал между узлами	Расстояние в километрах	Коды применения оптических интерфейсов
C-D	76	L-4.2; L-4.3
D-E	181/2 (регенератор в центре интервала)	L-4.2; L-4.3
E-F	175/2 (регенератор в центре интервала)	L-4.2; L-4.3
C-G	32	L-4.1
G-H	51	L-4.2; L-4.3
D-H	65	L-4.2; L-4.3
F-L	9	S-1.1; S-1.2
F-K	38	L-1.1
K-L	42	L-1.2; L-1.3

Далее укажем параметры используемых типов оптических интерфейсов. В таблице 12 приведем параметры интерфейса L-4.2.

Таблица 12 - Параметры оптических интерфейсов.

Параметры	Ед.изм.	Значения
Передатчик в контрольной точке S
Тип источника		SLM
Спектральные характеристики:
- максимальная среднеквадратичная ширина	нм	-
- максимальная ширина по уровню -20 dB	нм	< 1
- минимальное подавление боковых мод-йи	дБ	30
Средняя введенная мощность
- максимальная	дБм	+2
- минимальная	дБм	-3
Минимальный коэффициент гашения	дБ	10
Оптический путь между S и R
Диапазон ослабления	дБ	10-24
Максимальная дисперсия	пс/нм
Минимальные обратные оптические потери в кабеле и в точке S, включая любые разъемы и соединения	дБ	24
Максимальный дискретный коэффициент отражения между S и R	дБ	-27
Приемник в контрольной точке R
Минимальная чувствительность	дБм	-28
Минимальная перегрузка	дБм	-8
Максимальный дефект оптического пути	дБ	1
Максимальная отражающая способность приемников, измеренная в точке R	дБ	-27

5.4 Структура мультиплексирования

По схеме организации сети необходимо привести все возможные варианты формирования агрегатных сигналов из компонентных. В данном задании таких вариантов три (таблица 11). Если компонентными сигналами являются сигналы STM - M (агрегатный сигнал STM - N, M<N), то предварительно необходимо сигнал STM - М демультиплексировать до сигнала VC - n, а затем сформировать агрегатный сигнал STM - N.

Для выполнения этого раздела курсового проекта может быть использована схема мультиплексирования сигналов SDH рисунка 1.1 [1], а также рисунки и материал раздела 2 [2].

Таблица 13 - Варианты формирования агрегатных сигналов.

Мультиплексоры в узлах	Агрегатный сигнал	Компонентный сигнал
F-2, K-1, L-1	STM - 1	E - 2
G-1, H-1, D-2, E-2	STM - 4	E - 2
F-1	STM - 4	STM - 1

Рисунок 5 - Структура мультиплексирования компонентного сигнала Е-2 в агрегатный сигнал STM-1.

Рисунок 6 - Структура мультиплексирования компонентного сигнала Е-2 в агрегатный сигнал STM-4.

Рисунок 7 - Структура мультиплексирования компонентного сигнала STM-1 в агрегатный сигнал STM-4.

5.5 Архитектура сети тракта одного компонентного потока

Результатом разработки должен быть фрагмент транспортной сети, содержащий не менее трех мультиплексоров, в котором заданный компонентный поток проходит из одного узла в другой через промежуточный узел. Схема должна быть выполнена с применением транспортных функций, сетевых слоев и транспортных объектов. В качестве примера можно использовать рисунки 1.1 - 1.2 [2], также материал раздела 2 [1].

Рисунок 8 - Фрагмент транспортной сети.

6. Схема встроенного контроля двунаправленного тракта VC-2

Результатом разработки является схема встроенного контроля двунаправленного тракта VC-2, аналогичная схеме рисунка 9.1 [1].

Рисунок 9 - Схема встроенного контроля двунаправленного тракта VC_2.

Далее из материалов раздела 7 [1] приведём следующие данные (только для сетевого слоя тракта VC-2):

- Размер блока в битах в процедуре встроенного контроля в сетевом слое тракта VC - 2 составляет 3424 бит/блок.

- Способ расчёта значения n битов, в результате применения процедуры BIP - 2: количество блоков с ошибками в течении одной секунды может быть подсчитано как количество циклов, в которых в кодовых словах BIP-2 источника и стока при их сравнении имелось любое количество нарушений. Процедуры внутреннего контроля BIP-2 позволяют получить в функции завершения стока тракта или секции количество нарушений в кодовых словах BIP источника и стока от 0 до 2, тогда количество блоков с ошибками в течение одной секунды может быть подсчитано по формуле:

E P,

где Е - количество блоков с ошибками в период измерения,

Р - количество индивидуальных паритетных нарушений в период измерений.

- Определения бита сигнала индикации ошибок удаленного конца (REI): если нарушений BIP нет, то REI устанавливает ноль в b3 и это сообщение посылается обратно в другом направлении тракта виртуального контейнера, если число нарушений одно или два, в b3 устанавливается единица.

- Приемка решения о том, что блок является блоком с ошибками: блок отмечается как блок с ошибками, если отмечено хотя бы одно нарушение при сравнении BIP источника и BIP стока в функции завершения стока тракта. Решение принимается в SEMF (функция управления синхронным оборудованием) через односекундные фильтры

- Приемка решения о том, что секунда является секундой с ошибками (ES): решение о том, что секунда является секундой с ошибками (ES) принимается в SEMF(функция управления синхронным оборудованием) через фильтр ES,SES от односекундного фильтра.

- Приемка решения о том, что секунда является секундой со значительными ошибками (SES): решение о том, что секунда является секундой со значительными ошибками (SES) принимается в SEMF(функция управления синхронным оборудованием) через фильтр ES, SES от односекундного фильтра.

- Определение блока с фоновыми ошибками (BBE): BBE наблюдается, когда отмечаются блоки с ошибками как аномалии в течении времени, не принадлежащего SES.

- Приведём определения параметров (характеристик) показателей качества (ESR, SESR, BBER) и требования к их значениям для международного цифрового гипотетического эталонного тракта длиной 27500 км.

1) Коэффициент ошибок по секундам с ошибками - (ESR) - отношение числа ES, к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений.

2) Коэффициент ошибок по секундам, пораженных ошибками (SESR) - отношение числа SES, к общему числу секунд в период готовности в течение фиксированного интервала измерений.

3) Коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками (BBER) - отношение числа блоков с фоновыми ошибками ко всему количеству блоков в течение готовности за фиксированный интервал измерений за исключением всех блоков в течении SES.

7. Схема синхронизации сети

Под защитой в транспортных сетях понимается не только резервирование (которое является одним из методов защиты), но и обеспечение таких вариантов работы оборудования сети и сети в целом, которые в конечном итоге приводят почти к бесперебойному функционированию. Защита в транспортных сетях включает резервные функции мультиплексоров, резервное линейное оборудование, резервные пропускные способности секций и программное обеспечение для переключения на защиту.

Для защиты используются специально заложенные свободные "емкости" между узлами. В этом случае под "емкостью" понимаются свободные трейлы и соединения, их дублирование, а также дополнительное оборудование.

Классификация архитектуры защиты включает два метода:

(1 + 1); (m : n).

В названии архитектуры защиты первая цифра обозначает количество защитных емкостей (Р - Protection), а вторая - количество рабочих емкостей (W - Working).

В курсовом проекте примем архитектуру защиты 1+1 для защиты мультиплексных секций сети SDH.

Рисунок 10 - Архитектура защиты мультиплексной секции 1+1.

Известны два типа переключений на защиту: переключение на защиту только одного направления и двух направлений.

При переключении на защиту может использоваться канал автоматического защитного переключения (Automatic Protection Switching - APS).

Защита бывает возвратимая и невозвратимая.

Кроме того, регламентируется поcледовательность операций (алгоритмы переключений на защиту).

К характеристикам переключения на защиту относится также время переключения. Например, для мультиплексных секций это время составляет 50 мс.

Различают защиту трейлов и защиту соединений. При защите трейлов используют дополнительные матрицы соединений, так называемые матрицы соединений защиты. Для защиты трейлов мультиплексных секций функции этих матриц показаны на рисунке 11.

Рисунок 11 - Архитектура защиты 1+1.

Функции матрицы соединений:

Рабочий 1 - один рабочий трейл или соединение;

Защитный 0 - один защитный трейл или соединение

В топологии сети простая линейная цепь (на участке F - E - D) будет использоваться методы защиты (1 + 1).

В топологии "кольцо" применяется особенная классификация методов защиты:

2F SNP RING - двухволоконное кольцо с защитой соединений подсети;

4F SP RING - четырехволоконное кольцо с совместно используемой защитой (Shared Protection) мультиплексной секции;

4F SP RING - четырехволоконное кольцо с добавочно выделенной защитой (Dedicated Protection);

Для защиты трейлов мультиплексных секций в кольце F - L - K будем использовать 2F SNP RING. Этот тип защиты применяется только при транспортировании сигналов уровня STM-1. В каждом мультплексоре ввода/вывода ADM, включенном в кольцо, передача осуществляется в двух направлениях - на восток и на запад. Прием же осуществляется только с одного направления, иногда отмечается, что прием производится с того направления, где качество сигнала выше. При повреждении оптических волокон или оборудования на одном интервале между любыми мультиплексорами прием будет осуществляться с других направлений.

Для защиты трейлов мультиплексных секций в кольце C - G - H - D будем использовать 2F SP RING. Это двухволоконное кольцо с совместно используемой защитой (Shared Protection) мультиплексной секции. Этот метод предполагает защиту мультиплексной секции при транспортировании сигналов уровня STM-4 и выше. При этом в каждой мультиплексной секции АU-4 разделяются на рабочие и защитные поровну. Так, для STM-4 в каждой мультиплексной секции два рабочих и два защитных AU-4 (AUG).

8. Организация сети тактовой синхронизации

Нарушение тактовой синхронизации может привести к увеличению коэффициента ошибок, фазовым дрожаниям и проскальзываниям в цифровой последовательности. В сети допускаются только управляемые проскальзывания, которые не приводят к потере цикловой синхронизации.

Для построения сети синхронизации цифровых транспортных сетей используется первичный эталонный генератор (Primary Reference Clock - PRС). Первичный генератор представляет собой атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор) с точностью не хуже 10^-11. Он калибруется вручную или автоматически по сигналам мирового скоординированного времени. Кроме того, необходима надежная система передачи сигнала синхронизации на все узлы сети.

Существуют два основных метода синхронизации:

- главный-подчиненный (master-slave synchronization);

- взаимная (mutual synchronization).

Наиболее часто в России используется метод синхронизации транспортных сетей "главный-подчиненный".

Сети синхронной цифровой иерархии разрабатываются для организации различных типовых цифровых трактов. При построении сетей синхронизации используются разные версии. Каждая версия объединяет генераторы сигналов тактовой синхронизации различного качества. В курсовом проекте используем версию:

Таблица 15 - Версия I. Сигналы тактовой синхронизации.

Источник синхронизации	Порядок уровня качества	Параметры (по Рекомендации МСЭ-Т)
QL-SSU-A		G.812, тип I или V

Приведем обозначения генераторов.

PRC - первичный эталонный генератор (генератор самого высокого уровня качества).

SSU - ведомые или вторичные генераторы сетевых узлов (локальных или транзитных).

Генератор более высокого качества синхронизирует генераторы более низкого уровня качества. Имеются ограничения на число генераторов, которые могут быть связаны в распределении или дистрибуции синхронизации. Опорные сигналы генераторов распределяются через сеть дистрибуции, которая использует средства транспортной сети.

Рисунок 12 - Схема сети тактовой синхронизации.

Возможны следующие два метода распределения синхронизации:

1) восстановление хронирования, которое поддерживается сетью SDH, например, на уровне выделения сигнала хронирования из STM-N. Это исключает непредсказуемое влияние регулирования указателя на подчиненный генератор исходящего потока;

2) получение хронирования от источника синхронизации, который не поддерживается сетью SDH.

В сетях SDH функции источников хронирования могут быть различных типов:

PRC может быть автономным генератором или синхронизироваться по радиосигналу или спутниковому сигналу;

SSU может быть автономным генератором или синхронизироваться от PRC.

В транспортной сети возможны четыре режима синхронизации:

- синхронный;

- псевдосинхронный;

- плезиохронный;

- асинхронный.

В курсовом проекте будем использовать синхронный режим, при котором все генераторы в сети синхронизируются единственным PRC. Изменения значений указателей TU/AU могут происходить только случайно. В этом режиме проскальзываний нет. Это нормальный режим работы в пределах сети отдельного оператора.

Распределение межузловое в сети тактовой синхронизации соответствует древовидной топологии. Такая архитектура, в которой генераторы более низкого уровня качества принимают хронирование от генераторов того же самого или высшего уровня качества, позволяет предотвратить петлю по синхронизации, а это необходимо для правильной работы сети синхронизации.

Информация о сигнале хронирования передается между узлами синхронизации. При нарушении синхронизации генератор узла должен выбирать другой эталон из предлагаемого набора. Когда нет возможности выбора, генератор узла должен входить в режим удержания.

Известна структура эталонной цепи сети синхронизации. Осуществляется метод хронирования "главный-подчиненный". Сигнал хронирования от PRC передается на все генераторы в цепи синхронизации. Самая длинная цепь не превышает k Ч SSU и содержит n Ч SEC между соседними SSU.

Качество хронирования ухудшается с увеличением числа синхронизированных генераторов и, следовательно, для практического проекта сети синхронизации число каскадно включенных элементов сети должно быть минимизировано. Для самой длинной опорной цепи синхронизации k = 10; n = 20, при этом общее число SEC не больше 60.

Величина n ограничена качеством хронирования, которое требуется для синхронизации последнего в соединении сетевого элемента. Величины k и n были получены из теоретических расчетов. В случае отказа синхронизации все элементы сети будут искать восстановление хронирования от источника с более высоким или равным по уровню качеством. Это гарантирует то, что SEC редко вступает в режим удержания или несинхронизированный режим. Статус синхронизации передается в заголовке мультиплексной секции.

Заключение

В данном курсовом проекте произведен расчет многоканальной цифровой системы передачи с соблюдением всех технических требований. Приведены структурные схемы построения системы передачи. Рассчитаны схемы контроля и синхронизации. По этому принципу можно спроектировать ЦС и для других передаваемых информационных сигналов с произвольным числом каналов, организовать любой цифровой поток.

Данный расчет ячеистой сети SDH недостаточно подробен, но он дает возможность изучить основные этапы расчета сетей SDH, такие как составление технического задания, выбор топологии сети, конфигурирование узлов и составление спецификации оборудования.

Сети SDH, несмотря на их очевидные преимущества перед сетями PDH, не имели бы такого успеха, если бы не обеспечивали преемственность и поддержку стандартов PDH. Как уже отмечалось, при разработке технологии SONET обеспечивалась преемственность американской, а при разработке SDH - европейской иерархий PDH. В окончательном варианте стандарты SONET/SDH поддерживают обе указанные иерархии.

Итак, первая особенность иерархии SDH - поддержка в качестве входных сигналов каналов доступа только трибов PDH и SDH. Другая особенность - процедура формирования структуры фрейма.

В данной работе производится расчет сети SDH, который позволяет познакомиться с основными этапами строительства: от получения технического задания до конфигурации узлов и установки программного обеспечения на мультиплексоры. Освоить основные методы защиты передачи информации и формирование синхронных транспортных модулей STM-N.

Литература

1. Кулева Н.Н., Федорова Е.Л. Учебное пособие: Телекоммуникационные сети синхронной цифровой иерархии. СПб ГУТ.; СПб.2001г.

2. Кулева Н.Н., Федорова Е.Л. Архитектурное представление сетевых слоев в процессах мультиплексирования в транспортных сетях SDH/СПб ГУТ. - СПб, 2004.

3. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: ЭКО - ТРЕНДЗ, 1998.

4. А.Ю. Матюхин, М.В. Лобастова. Разработка цифровой системы передачи и организация транспортной сети /СПбГУТ. - СПб, 2014.

Размещено на Allbest.ru