|
| |
|
Слаботочка Книги цифрового сигнала, обусловленные опустошением или переполнением эластичной памяти, называют проскальзываниями. Неуправляемые проскальзывания представляют собой весьма существенные ухудшения работы цифровой сети. Проскальзывания наносят наибольший вред, если они приводят к потере циклового синхронизма. Поэтому допускается, чтобы проскальзывания происходили только таким заранее установленным образом, чтобы не нарушить цикловый синхронизм. Один из общих подходов к управлению проскальзываниями состоит в том, чтобы обеспечить их появление только в форме повторения или удаления целого цикла. В результате этого счетчики тактовых интервалов и логические устройства цикловой синхронизации, связанные с группообразованием, остаются синхронизированными. Образование управляемых проскальзываний в виде целых циклов можно обеспечить, если использовать эластичную память объемом не менее одного цикла. При проскальзывании уровень заполнения эластичной памяти фактически увеличивается или уменьшается на целый цикл. Необходимый эффект легче получить, не производя фактических удалений и вставок циклов информации, а используя указатели индексирующего адреса в памяти с произвольным доступом. Такая система показана на рис. 7.10. В эластичную память на рис. 7.10 последовательно записывается информация со входа по адресам памяти, соответствующим отдельным каналам при временном группообразовании. Считывая информацию по тем же адресам в той же последовательности, можно получить на выходе цифровые сигналы отдельных каналов. В идеальном случае, когда нет сдвига между частотами задающих генераторов, моменты счи- Записывается в память Считывается из памяти П реобразователь последовательного сигнала в параллельный Счетчик Адрес записи Блок памяти с произвольным доступом Адрес считывания Преобразователь параллельного сигнала в последовательный
11 i. .1 ] 1 ] I I Г Двукратное считывание Рис. 7.10. Работа эластичной памяти объемом в один цикл тывания для каждого из каналов расположены посредине между моментами записи соответствующих каналов. Тогда эластичная память способна поглотить изменения задержки в передаче, равные времени передачи цикла. На диаграмме хронирования (см. рис. 7.10) изображен с преувеличением сдвиг хронирующих колебаний, когда тактовая частота коммутационной станции R2 больше тактовой частоты входящего сигнала R\. Как показано на рисунке, моменты считывания постепенно догоняют моменты записи до тех пор, пока не произойдет двукратное считывание. В этот момент информация, считываемая для каждого из каналов, представляет собой информацию, считанную для предыдущего исходящего цикла. Хотя на рисунке показаны моменты записи и считывания только для одного канала, то же соотношение справедливо и для соответствующих моментов во всех остальных каналах. Таким образом, проскальзывание наступает во всех каналах одновременно. Отметим, что если R\ больше Ro, то проскальзывание происходит, когда двукратная запись во всех каналах приводит к тому, что информация в предыдущем из пришедших циклов теряется. Работа эластичной памяти, изображенной на рис. 7.10, весьма похожа на работу памяти для перестановки канальных интервалов, описанной в гл. 5. Это сходство можно использовать в коммутационных системах типа ВПВ, где блок памяти на входе может выполнять функции как эластичной памяти, так и временной коммутации [5]. Когда эти две функции объединяются, проскальзывания в общем случае могут случаться в разных каналах в разные моменты времени. Несмотря на это, в индивидуальных каналах поддерживается правильное положение символов в цикле, поскольку сигнал каждого из каналов проходит через устройство входной памяти под управлением именно ему присвоенного адреса в памяти. Одним из привлекательных свойств использования входной памяти в качестве эластичной является то, что при установлении нового соединения можно выбрать канальный интервал внутренней коммутации так, чтобы сигнал конкретного канала из входной памяти считы-вался посредине между моментами записи во входную память. В результате этого проскальзывание в этом соединении не произойдет в течение длительного времени, возможно, даже до конца соединения. (Если относительная точность тактовой частоты составляет 10*, то интервал времени между проскальзываниями в каждом из каналов составляет 3,5 ч.) Для эластичной памяти (см. рис. 7.10) существует одна потенциальная проблема, когда моменты записи и считывания почти совпадают. Если оба обращения к одному каналу происходят один за другим, то нестабильности переходов в хронирующих колебаниях могут привести к тому, что оба обращения будут то и дело меняться местами друг по отношению к другу. Вследствие этого, проскальзывания, вызванные двукратными считываниями, будут следовать за проскальзываниями, вызванными двукратными записями, и наоборот. Для исключения этой ситуации необходимо использовать в процессе подстройки счетчика некоторое значение гистерезиса. Гистерезис, в свою очередь, означает, что требуется дополнительный объем памяти для предотвращения таких случаев, когда проскальзывание одного типа наступает вскоре после появления проскальзывания другого типа. Одним из способов выполнения эластичной памяти с необходимым гистерезисом является использование памяти объемом два цикла, как показано на рис. 7.11. Для удобства эластичная память разделена на блок памяти для цикла А и блок памяти для цикла В. Логическое устройство имеет последовательный доступ к ячейкам памяти, за исключением того, что циклы записываются поочередно в блоках памяти А и В. При нормальной работе ячейки памяти выбираются для формирования выходного цифрового сигнала в том же порядке. Однако, когда появление проскальзывания становится неизбежным, логическое управляющее устройство вызывает такую перестройку счетчика каналов на выходе, чтобы считывание производилось из блока памяти А 2 раза подряд. Эта ситуация изображена на диаграмме хронирования (см. рис. 7.11), где снова предполагается, что Яг больше R\. Важной особенностью диаграммы хронирования, которую стоит отметить, является то, что после того, как подстройка счетчика приведет к двукратному считыванию из блока памяти А, моменты записи и считывания для каждой индивидуальной памяти будут отстоять друг от друга приблизительно на время передачи одного цикла. В результате П реобразователь последовательного сигнала в параллельный Счетчик
Преобразователь параллельного сигнала в поспедовательный Записывается в память Считывается из памяти В А В А В А . It \-T-г-г~т А А в Двукратное считывание Рис. 7.11. Эластичная память с блоками памяти объемом в два цикла этого следующую подстройку можно отложить до тех пор, пока моменты доступа для записи и считывания не сместятся друг по отношению к другу на время целого цикла. Структурная схема и диаграмма, показанные на рис. 7.11, относятся к эластичной памяти, используемой на стыках типа DS-1 станции типа № 4ESS фирмы Bell System [11]. Нормы на частость проскальзываний. Если разница между значениями тактовой частоты цифрового сигнала на входе и выходе эластичной памяти составляет АЯ, то время между проскальзываниями АГ = iV/АЯ, (7. 3) где N - число битов, которые изымаются или повторяются при проскальзывании. Обычно проскальзывание охватывает целый цикл цифрового сигнала; в этом случае частость проскальзываний определяется следующим образом: Частость проскальзываний = \/Т = AF, (7. 4) где AF -- разность частот повторения циклов. Поскольку управление проскальзываниями производится так, что они не нарушают процессы синхронизации в системах более высокого порядка, единственным их результатом является редкое выпадение или повторение информации в подверженных их воздействию каналах временного группообразования. Эффект проскальзываний в речевом сигнале, преобразованном в цифровую форму, состоит в слышимых изредка щелчках. Слышимый щелчок в ИКМ речевом сигнале возникает только в одном проскальзывании из 25. Если предположим, что приемлемым является интервал между слышимыми щелчками, равный 5 мин, то приемлемая частость проскальзываний для речи равна 300 проскальзываниям в час. При частоте повторения циклов, равной 8 кГц, 300 проскальзываний в час происходят, когда тактовые частоты отличаются на одну долю от 8000- 3600/300= 96000, что соответствует легко достижимой точности. Обмен засекреченной информацией (речь или данные) более чувствителен к проскальзываниям, поскольку процесс засекречивания обычно опирается на синхронность по битам скремблеров и де-скремблеров. Когда число битов изменяется за счет выпадения Или вставки битов в каком-либо канальном интервале, счетчики на передаче и приеме становятся несинхронизированными. В лучшем случае процесс рассекречивания приводит к слышимости каждого проскальзывания. В худшем случае, до тех пор пока синхронизм в дескремб-лере не восстановится, речь или данные остаются неразборчивыми. Более тонкий, но причиняюид1Й больше неудобств эффект проскальзываний возникает, когда в цифровом канале ТЧ передаются данные. Высокоскоростные модемы передачи данных для аналоговой телефонной сети используют фазовую манипуляцию с когерентным Обычно отклонения тактовой частоты нормируются в относительных значениях (например, 10~). Тактовая частота, которая имеет неточность, равную Р миллионных долей, имеет максимальное отклонение, равное AR = RP/l(f. детектированием в приемнике. Поскольку эти модемы особенно чувствительны к сдвигам фазы, они особенно подвержены действию проскальзываний. Проскальзывание на 8 бит вызывает в сигнале модема, преобразованном в цифровую форму и использующем несущую частоту 1800 Гц, мгновенный сдвиг фазы на 81°. Очевидно, что такой сдвиг фазы вызывает ошибку в передаче данных, а также, что более важно, и нарушение работы цепи восстановления колебания несущей в приемнике и служит причиной множественных ошибок. Одиночное проскальзывание может нарушить работу некоторых видов модемов для каналов ТЧ на несколько секунд [3]. Когда линия цифровой передачи используется для непосредственной передачи данных, эффект от проскальзывания может оказаться не более значительным, чем эффект одиночной ошибки в канале. Большинство приемников систем передачи данных запрашивают полное повторение передачи любого блока данных, не удовлетворяющего определенным проверкам на избыточность. Поэтому одна ошибка так же неприятна, как и множество ошибок или полная потеря данных. Эффект проскальзывания будет более существенным, если для определения границ блоков сообщения протокол связи (например, DDCMP фирмы Digital Eguipment) опирается на процедуры подсчета байтов. Ввод или удаление данных в сети приводит к тому, что счетчик на приеме становится несинхронизованным и нормальный обмен информацией нарушается до тех пор, пока не будет распознана потеря синхронизма. Исходя из высказанных соображений относительно передачи данных, норма на частость проскальзываний для развивающейся североамериканской цифровой сети установлена равной одному проскальзыванию за 5 ч на соединении от одного оконечного устройства до другого [3]. Поскольку проскальзывания могут возникнуть во множестве точек внутри сети, норма для стыков отдельной соединительной линии с коммутационной станцией установлена равной одному проскальзыванию за 20 ч. Пример 7.3. Определим требования к относительной точности двух независимых задающих генераторов, чтобы при этом выполнялась норма на частоту проскальзываний, равная одному проскальзыванию за 20 ч. Предполагается, что частота повторения циклов равна 8 кГц, как при передаче речевых сигналов методом ИКМ. Решение. Норма на частоту проскальзываний означает, что частота повторения циклов, формируемая одним задающим генератором, может отличаться от частоты повторения циклов, формируемых другим генератором, не более, чем на AF = = 1/20 - 60 - 60= 1,39- 10~ проскальзываний / секунду. Поскольку в секунду передается 8000 циклов, относительная точность равна 1,39- 10-5/8000= 1,7- 10- проскальзываний / цикл. Следовательно, тактовые частоты должны иметь точность лучше, чем 10-*. 7.2.2. Согласование скоростей В предыдущем разделе рассматривались определенные аспекты синхронизации сети, которые указывали на необходимость синхронизации задающих генераторов для предотвращения потери цифрового сигнала из-за проскальзываний. В данном разделе рассмотрим процедуру, носящую название согласование скоростей, при которой удается избежать как проскальзываний, так и необходимости синхронизации задающих генераторов. Согласование скоростей представляет собой чисто логическую операцию, которая не зависит от используемых кодов передачи и способа модуляции. Термину согласование скоростей в странах Северной Америки соответствует термин стаффинг , в то время как то же самое понятие в Европе называют цифровое выравнивание . Основная концепция согласования скоростей заключает в себе использование канала, пропускная способность которого умышленно взята более высокой, чем скорость передачи входного сигнала. Поэтому канал на выходе может переносить весь входной цифровой сигнал плюс некоторое переменное число битов в виде пустышек , или вставок . Биты пустышек не являются частью входного цифрового сигнала. Их вводят определенным способом для того, чтобы подогнать цифровой поток под более высокую скорость передачи на выходе. Естественно, что посторонние биты пустышек или вставок должны быть опознаваемы, чтобы на приеме можно было восстановить исходный цифровой поток. Наиболее часто согласование скоростей применяется при образовании групповых (агрегатных) сигналов более высокого порядка, когда каждый из входных компонентных сигналов не синхронизирован друг с другом. В этой ситуации согласование скоростей представляется единственным возможным средством, позволяющим избежать появления проскальзываний. Основную проблему иллюстрирует рис. 7.12, где изображено устройство группообразования двух каналов. Отметим, что скорости передачи на выходе для обоих каналов обязательно должны быть одинаковыми, поскольку для каждого из каналов предусмотрено определенное число тактовых интервалов за некий период времени. Отсюда, если скорости передачи двух каналов на входе слегка отличаются друг от друга, то по меньшей мере одна из этих скоростей отличается от соответствующей данному каналу скорости передачи на выходе. При использовании согласования скоростей подканал для каждого компонентного сигнала в аппаратуре группообразования имеет точно одну и ту же пропускную способность. Но скорость передачи потока информации в каждом подканале может меняться за счет ввода по мере необходимости пустышек, не несущих информации. В соот-  Рис 7.12. Аппаратура группообразования при равных скоростях передачи для каждого из двух входных сигналов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 [60] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
||||||||||