Электронный учебно-методический комплекс ТМ и О ЦВОСП( ЦСП)

1. Цель работы: разобраться с синхронизацией в цифровых сетях PDH.Изучить принцип работы неадаптивного приемника циклового синхросигнала 

 2.    Литература:

2.1  Попов Г.Н. Телекоммуникационные системы передачи. Часть 1, 2-ое изд. – Новосибирск: Веди. 2006.

2.2  Неудачина О.И. Элетронный учебник по ТМ и О ЦСП- Улан-Удэ: «БФ СибГУТИ», 2014.

2.3  Крухмалев В.В. Цифровые системы передачи [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д.— Электрон. текстовые данные. — М.: Горячая линия - Телеком, 2012.— 376 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12065. — ЭБС «IPRbooks», по паролю.

2.4  Ю.В. Скалин и др. Цифровые системы передачи. Радио и связь. М. 1988.

2.5  http://www.unitest.com/pdf/sinhro_det.pdf.

2.6  http://studopedia.ru/6_147044_neadaptivnie-priemniki-sinhrosignala.html. 

3.1 Повторить построение тактовой синхронизации в оборудовании 

сетей PDH.

3.2. Разобраться с работой неадаптивного приемника циклового синхросигнала во всех режимах.

3.3. Подготовить бланк отчета. 

Макет неадаптивного приемника циклового синхросигнала, питание которого осуществляется от сети переменного тока U=220 В.

В макете реализован трехразрядный неадаптивного приемника циклового синхросигнала. Синхросигнал передается кодовой комбинацией 111.

Назначение сигнальных диодов и кнопок управления макета:

Светодиоды «ИКМ» - отражают кодовую комбинацию ИКМ сигнала, повторяющегося циклично. Временное положение синхрогруппы соответствует 1,2,3 разрядам. Нумерация диодов – обратная порядку следования символов в кодовой комбинации.

Светодиоды «РС» - отражают запись символов группового ИКМ сигнала в разряды регистра сдвига.

Светодиод «СС» - соответствует проводящему состоянию схемы И1

Светодиоды «Н.ВЫХ» - отражают последовательность заполнения разрядов накопителя по выходу из синхронизма. Последний выполнен четырехразрядным.

Светодиоды «Н.ВХ» -  отражают последовательность заполнения разрядов накопителя по входу в синхронизм. Последний выполнен трехразрядным. После полного заполнения разрядов накопителя по входу в синхронизм высвечивается светодиод на выходе Н.ВХ, отражающий сигнал «сброс» для трех разрядов накопителя по выходу из синхронизма.

Светодиоды «ГО» - отражают моменты подачи импульсов от генераторного оборудования.

Светодиоды «КИ» - отражают моменты контрольного импульса от генераторного оборудования, что соответствует моменту определения опознавателем сихрогруппы в групповом ИКМ сигнале.

Кнопка «СТОП-ПУСК» - нажимая и отпуская кнопку, можно поэтапно проследить работу приемника синхросигнала. При постоянно нажатой кнопке работа прослеживается в автоматическом режиме.

 Кнопка «СБРОС» - приводит схему макета в исходное состояние. При этом должен светиться только восьмой светодиод ГО.

Кнопки «УСТ.0 УСТ.1» - для набора заданной преподавателем восьмиразрядной кодовой комбинации группового ИКМ сигнала.  

Для схемы НЕТ анализатора справедлива следующая таблица истинности:

5 Методические указания.

5.1 Необходимость синхронизации

Основные положения.

Синхронизация — это средство поддержания работы всего цифрового оборудования в сети связи на одной средней скорости. Для цифровой передачи информация преобразуется в дискретные импульсы.  При передаче этих импульсов через линии и узлы связи цифровой сети все ее компоненты должны синхронизироваться.  Синхронизация должна существовать на трех уровнях: битовая синхронизация (тактовая), синхронизация на уровне канальных интервалов (time slot) (цикловая) и кадровая синхронизация (сверхцикловая).

Битовая синхронизация заключается в том, что передающий и принимающий концы линии передачи работают на одной тактовой частоте, поэтому биты считываются правильно. Для достижения битовой синхронизации приемник может получать свои тактовые импульсы с входящей линии.  Битовая синхронизация включает такие проблемы как джиттер линии передачи и плотность единиц. Эти проблемы поднимаются при предъявлении требований к синхронизации и системам передачи.

Синхронизация канального интервала (time slot) соединяет приемник и передатчик таким образом, чтобы канальные интервалы могли быть идентифицированы для извлечения данных.  Это достигается путем использования фиксированного формата кадра для разделения байтов. Основными проблемами синхронизации на уровне канального интервала являются время изменения кадра и обнаружение потери кадра. 

Кадровая синхронизация вызвана необходимостью согласования по фазе   передатчика и приемника таким образом, чтобы можно было идентифицировать начало кадра.  Кадром (сверхциклом) в сигнале DS1 или E1 является группа битов, состоящая из двадцати четырех (ANSI) или тридцати (ENSI) байтов (канальных интервалов) соответственно, и одного импульса кадровой синхронизации. Время кадра равно 125 микросекундам.  Канальные 

интервалы соответствуют пользователям конкретных (телефонных) каналов связи.

Тактовый генератор сети, расположенный в узле источника, управляет частотой передачи через этот узел битов, кадров и канальных интервалов.  Вторичный генератор сети, расположенный в принимающем узле, предназначен для управления скоростью считывания информации. Целью тактовой сетевой синхронизации является согласованная работа первичного генератора и приемника с тем, чтобы принимающий узел мог правильно интерпретировать цифровой сигнал. Различие в синхронизации узлов, находящихся в одной сети, может привести к пропуску или к повторному считыванию принимающим узлом посланной на него информации.   Это явление называется проскальзыванием.

Например, если оборудование, передающее информацию, работает на частоте, большей, чем частота принимающего оборудования, то приемник не может отслеживать поток информации. В этом случае приемник будет периодически пропускать часть передаваемой ему информации. Потеря информации называется проскальзыванием удаления или отрицательным проскальзыванием.

В случае, если приемник работает на частоте, превышающей частоту передатчика, приемник будет дублировать информацию, продолжая работать на своей частоте и все еще осуществляя связь с передатчиком. Это дублирование информации называется проскальзыванием повторения или положительным проскальзыванием.

Основной целью сетевой синхронизации является ограничение возникновения управляемых проскальзываний. Существуют две основных причины возникновения проскальзываний. Первая причина- отсутствие частоты синхронизации из-за потери связи между генераторами, приводящее к различию тактовых частот. Вторая причина - фазовые сдвиги либо в линиях связи такие, как джиттер и вандер, либо между первичным и ведомым генераторами. Джиттер это быстрое (>10 Гц) изменение фазы сигнала («дрожание фазы»). Вандер — это медленное (<10Гц) изменение фазы сигнала («дрейф фазы»). Основной же причиной возникновения проскальзываний в сетях связи являются фазовые сдвиги между   частотами первичного генератора и приемника,

Для управления проскальзываниями в потоках DS1 и Е1 используются специальные буферы (рис.1). Данные записываются в буфер принимающего оборудования с частотой первичного генератора, а считываются из буфера тактовой частотой принимающего оборудования. 

Рисунок 1. Буфер проскальзывания

На практике могут применяться различные размеры буферов. Обычно буфер содержит более одного кадра. В этом случае принимающее оборудование при проскальзывании будет пропускать или повторять целый кадр. Это называется управляемым проскальзыванием.

Влияние одного или более проскальзываний на качество предоставляемых услуг в цифровых сетях связи зависит от типа этих услуг. Рассмотрим влияние одиночных проскальзываний на различные виды услуг.

При предоставлении услуг телефонной (голосовой) связи проскальзывания могут вызвать случайные звуковые щелчки. Эти щелчки не всегда слышны и не приводят к серьезным искажениям речи. Поэтому услуги телефонной связи некритичны к проскальзываниям. Частота появления проскальзываний до нескольких проскальзываний в минуту считается допустимой.

При передаче факсимильных сообщений, одиночные проскальзывания приводят к искажению или пропаданию строк в принятом факсимильном сообщении. Проскальзывание может вызвать пропадание до 8 сканированных линий. Это соответствует пропуску 0,08 дюйма вертикального пространства. На стандартной отпечатанной странице проскальзывание выглядит как отсутствие верхней или нижней половины отпечатанной строки. Длительное появление проскальзываний приведет к необходимости повторной передачи страниц, подвергшихся их влиянию. Повторная передача не может быть автоматизирована и   осуществляется пользователем вручную.

Влияние проскальзываний на передачу данных при помощи модемов проявляется в виде длинных пакетов ошибок. Продолжительность такого пакета ошибок зависит от скорости передачи данных и типа модема находится в диапазоне от10 миллисекунд до 1,5 секунд. В период появления этих ошибок оконечное приемное устройство, подключенное к модему, принимает искаженные данные. В результате пользователь должен осуществить повторную передачу данных.

При возникновении проскальзываний во время сеанса видеотелефонной связи происходит пропадание изображения. Абонентов просят повторно установить связь для восстановления изображения.

Влияние проскальзываний на передачу цифровых данных зависит от используемого протокола. В протоколах, не предусматривающих возможности повторной передачи, возможны пропуски, повторения или искажения данных.

Возможна потеря кадровой синхронизации, вызывающая искажения множества кадров при возобновлении поступления импульсов кадровой синхронизации. Протоколы с повторной передачей имеют возможность обнаружить проскальзывания и инициировать повторную передачу. Для инициализации и выполнения такой ретрансляции обычно требуется одна секунда. Поэтому проскальзывания будут влиять на пропускную способность, обычно приводя к потере секунды времени передачи.

При цифровой передаче изображений (например, видеоконференция) проскальзывание обычно вызывает искажение части изображения или его «замораживание» на время до 6 секунд. Серьезность и длительность искажений зависит от применяемого оборудования кодирования и компрессии. Наиболее значительные искажения возникают при использовании низкоскоростного декодирующего оборудования.

Наибольшее влияние проскальзывания оказывают при предоставлении услуг по передаче шифрованных данных. Проскальзывание приводит к потере ключа кодирования. Потеря ключа приводит к недоступности переданных данных до    повторной передачи ключа и повторного осуществления связи. Поэтому вся связь останавливается. Что более важно, необходимость в ретрансляции ключа значительно влияет на безопасность. Для многих приложений, связанных проблемами безопасности, число проскальзываний, превышающее 1 в день, считается неприемлемым.

5.2 Неадаптивный приемника синхросигнала

Структурная схема неадаптивного приемника синхросигнала показана на рис. 2. Групповой ИКМ сигнал поступает на вход опознавателя, содержащего регистр сдвига РС и схему совпадения И₁. Анализатор содержит схемы (элементы) НЕТ и И₂. Появление импульса на выходе схемы И₂ означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного импульса от ГО_прм. Появление импульса на выходе схемы НЕТ означает отсутствие синхросигнала в момент появления контрольного импульса от ГО_прм.

Решающее устройство (РУ) содержит накопитель по выходу из синхронизма, накопитель по входу в синхронизм и схему И₂. Накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма выполнены по схеме счетчика со сбросом. Накопитель по выходу из синхронизма необходим для исключения ложного выхода из синхронизма, когда в групповом ИКМ сигнале произошло изменение структуры синхросигнала. Обычно накопитель по выходу из синхронизма содержит четыре-шесть разрядов (на рис.2 накопитель содержит четыре разряда). Это обеспечивает помехозащищенность приемника синхросигнала от искажений синхрогруппы в групповом ИКМ сигнале по каким-либо причинам.

Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту приемника синхросигнала от ложного синхронизма в режиме поиска синхрогруппы, когда на вход опознавателя поступают случайные комбинации группового цифрового сигнала, совпадающие с синхросигналом. Обычно накопитель по входу в синхронизм содержит два-три разряда (на рис. 2 накопитель содержит три разряда).

 Рисунок 2. Структурная схема неадаптивного приемника синхросигнала

Управление работой ГО_прм производится схемой И₂, которая в режиме поиска синхронизма при поступлении синхросигнала установит в начальное положение разрядный РР и канальный РК распределители, определяя тем самым начало их работы. На выходе схемы. Из формируется контрольный импульс синхронизма от ГО_прм. Появление этого импульса по времени должно произойти в определенный разрядный интервал определенного канального интервала в соответствии с тактовой частотой. Для этого используется схема И₃ с тремя входами.

Если система передачи находится в состоянии синхронизма, то сигнал с выхода опознавателя совпадает по времени с сигналом от ГО_прм (выход схемы И₁). При этом на выходе схемы НЕТ, соединенной с накопителем по выходу из синхронизма, сигнал отсутствует, а на выходе схемы И₁, соединенной с накопителем по входу в синхронизм, формируется сигнал, соответствующий моменту опознания синхрогруппы. В результате накопитель по входу в синхронизм оказывается заполненным, а накопитель по выходу из синхронизма - разряженным до нулевого состояния. Ложные синхрогруппы, формируемые в групповом ИКМ сигнале, вследствие случайного сочетания 1 и 0 не совпадают по времени с сигналом на выходе ГО_прм, а, следовательно, и не участвуют в процессе накопления.

При кратковременных искажениях (один - три цикла подряд для данной схемы) синхросигнала, возникающих либо при сбоях синхронизации в цифровых потоках более высокого порядка, либо под действием помех, сигнал с выхода ГО_прм проходит через схему НЕТ на вход накопителя по выходу из синхронизма, который не успеет заполниться. Сбоя синхронизации при этом не происходит, и первый же сигнал, с выхода накопителя по входу в синхронизм осуществляет сброс накопителя по выходу синхронизма в нулевое состояние. Таким образом, кратковременные искажения синхросигнала не нарушают работу ГО_прм.

При длительном нарушении синхронизма (синхросигнал отсутствует четыре цикла подряд для схемы рис.2) накопитель по выходу из синхронизма будет полностью заполнен и на его выходе появится 1, что является сигналом к поиску синхронизма. Теперь первый же импульс от опознавателя при появлении синхросигнала пройдет через схему И₂ и установит 0 в последнем разряде накопителя по выходу из синхронизма и во всех разрядах накопителя по входу в синхронизм, а также установит в начальное положение РР и РК генераторного оборудования приема. Следующее опознание синхросигнала будет произведено ровно через цикл. Если синхросигнал выделен, верно, то через цикл произойдет совпадение очередного синхросигнала и контрольного сигнала от ГО_прм. В этом случае в накопитель по входу в синхронизм поступает 1. Когда это произойдет три раза подряд (для схемы рис. 2), накопитель по входу в синхронизм заполнится и установит 0 в первых трех разрядах накопителя по выходу из синхронизма (в четвертом разряде 0 уже установлен сигналом со схемы И₂). Трехкратное совпадение синхросигнала и контрольного сигнала от схемы И₁ ГО_прм подтверждает установление синхронного режима работы, передающей и приемной станций.

Возможно, но маловероятно, что в режиме поиска будет выделена опознавателем случайная кодовая группа, совпадающая с синхросигналом. В этом случае сигнал от опознавателя пройдет схему И₂ и также установит в начальное состояние РР и РК. Следующее опознавание синхросигнала произойдет через цикл. Так как кодовые группы ИКМ сигнала носят случайный характер, то через цикл синхросигнал не будет выделен. В накопитель по выходу из синхронизма поступит 1, а он уже заполнен, и опять начнется поиск синхросигнала. Процесс будет повторяться, пока не будет выделен истинный синхросигнал.Рассмотрим причины, вызывающие сбой цикловой синхронизации.

        б)