Файл: Раздел 6 Мультиплексирование цифровых потоков.doc

24

Раздел 6. Мультиплексирование цифровых потоков

6.1. Принцип и способы мультиплексирования

Многоканальные телекоммуникационные системы, в том числе и цифровые, строятся по иерархическому принципу. Цифровой поток, создаваемый цифровой телекоммуникационной системой данной ступени иерархии, получается в результате объединения нескольких потоков ЦТС предыдущей ступени. Такая операция называется временным группообразованием (ВГ) или мультиплексированием. Количество объединяемых потоков определяется коэффициентом мультиплексирования; в европейской плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) коэффициенты мультиплексирования для всех ступеней выше первой равны четырем. Равны четырем и коэффициенты мультиплексирования синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Принцип мультиплексирования заключается в том, что на передаче объединяемые (компонентные) потоки записывают каждый в своё запоминающее устройство (ЗУ), а затем поочередно считывают на общую шину, на которой, таким образом и образуется общий (агрегатный) поток. При этом длительность импульсов компонентных потоков уменьшают, по крайней мере, в число раз, равное коэффициенту мультиплексирования. На приеме осуществляется обратная операция: из агрегатного потока поочередно считывают импульсы компонентных потоков, их длительности увеличивают до прежнего размера и подают на соответствующие выходы.

В ЦТС ПЦИ из ЗУ поочередно считывают на общую шину биты компонентных потоков, что соответствует побитовому мультиплексированию. В ЦТС СЦИ применяется побайтовое мультиплексирование, при котором поочередно считывают отрезки компонентных потоков размером в 1 байт (8 бит). При этом эти отрезки могут совпадать с восьмиразрядными канальными сигналами ЦТС первой ступени иерархии (первичных ЦТС) или не совпадать с ними. В случае совпадения говорят о поканальном мультиплексировании. Можно объединять потоки и по другим их структурам, например, по циклам передачи. В этом случае говорят о посистемном мультиплексировании.

Побитовое мультиплексирование двух потоков иллюстрирует рис. 6.1, а на рис. 6.2 показана структурная схема записывающего устройства одного из компонентных потоков. Второй поток имеет точно такое же ЗУ, выходы ЗУ объединены. Различие ЗУ заключается лишь в том, что последовательности импульсов считывания, подаваемые на них, сдвинуты относительно друг друга на тактовый интервал агрегатного потока для того, чтобы импульсы компонентных потоков в агрегатном потоке не перекрывались.

---

Рис. 6.1. Принцип объединения цифровых потоков

Рис. 6.2. Записывающее устройство компонентного потока

На приеме компонентные потоки разделяются (демультиплексируются) временным селектором, осуществляющим поочередное считывание импульсов агрегатного потока на первый и второй выходы. При этом возникает задача идентификации (определения) номеров принимаемых потоков, которая может быть решена, например, в результате выравнивания фазы приемника и передатчика перед началом сеанса связи. Такой способ мультиплексирования называется синхронно-синфазным или синхронным с «жесткой» фазой. На практике чаще применяется синхронное мультиплексирование с «плавающей» («мягкой») фазой, обычно его называют просто синхронным мультиплексированием.

---

6.2. Синхронное мультиплексирование

При синхронном мультиплексировании компонентный поток записывается со скоростью, с какой он приходит, т.е. частота его записи f_З равна тактовой частоте f_T, получаемой от выделителя тактовой частоты (ВТЧ). Считывание же информации из запоминающего устройства осуществляется с частотой f_СЧ, превосходящей частоту записи, как это показано на рис. 6.3. Поскольку f_СЧ>f_З, то периодически ячейки памяти ЗУ будут оказываться свободными (эти моменты отмечены на рисунке 6.3 звездочками) и в считанном потоке появятся «пробелы», называемые временными сдвигами. Если отношение периода считывания T_СЧ к разности периодов записи Т_З и считывания T_СЧ целое число, то временные сдвиги будут следовать с постоянной частотой. Так на рис. 6.3 Т_З/T_СЧ=4/3 и T_СЧ/(Т_З-T_СЧ)=3, то временные сдвиги всегда отделены друг от друга тремя информационными символами. На позициях временных сдвигов передается цикловой синхросигнал агрегатного потока и другая служебная информация.

Рис. 5.3. Создание временных сдвигов:

а - записанная импульсная последовательность;

б- импульсы считывания;

в - считанная импульсная последовательность

Рассмотрим принцип синхронного мультиплексирования потоков на примере вторичной ЦТС, функциональная схема которой показана на рис. 6.4. Четыре первичных компонентных потока (КП1÷КП4) поступают на входы ЗУ приемной части оборудования (рис. 6.4,а).

Импульсы записи подаются от генераторного оборудования ГО₁ синхронизированного тактовой частотой компонентных потоков f_З=f_t (f_t одинакова для всех компонентных потоков, поскольку по определению они синхронны).

Считывание импульсов осуществляется с частотой f_СЧ=(33/32)∙f_t, а так как ЗУ имеет две ячейки памяти, временные сдвиги, равные двум импульсным позициям, следуют через 64 интервала. Импульсные последовательности считывания вырабатываются генераторным оборудованием ГО₂, синхронизированным частотой, получаемой от преобразователя частоты (ПЧ), и равной (33/32)∙f_t. Считывание с различных ЗУ осуществляется со сдвигом Т_АТ=Т_СЧ/4. Считываемые импульсы подаются на общую шину, где и объединяются в агрегатный поток. Временные сдвиги в различных КП следуют друг за другом, поэтому в агрегатном потоке они образуют восьмиразрядные пакеты, используемые для передачи циклового синхросигнала и другой служебной информации. Цикловой синхросигнал формируется передатчиком циклового синхросигнала ПЕР ЦСС.

---

Рис. 6.4. Структура оборудования синхронного объединения потоков:

а - приемная часть, б- передающая часть

Очевидно, что тактовая частота агрегатного потока f_tа=4∙(33/32)∙f_t и, следовательно, если скорость передачи компонентного потока равна 2048 кбит/с, то скорость агрегатного составит 4∙(33/32)∙2048=8448 кбит/с. Заметим, что скорость передачи служебной информации в агрегатном потоке будет равна 4∙(33/32)∙2048-4∙2048=256 кбит/с.

В приемной части оборудования (рис. 6.4,б) из агрегатного потока (АП) в ЗУ поочередно записываются импульсы компонентных потоков. Момент начала записи устанавливается приемником циклового синхросигнала (ПР ЦСС), импульсы записи вырабатываются ГО₂. Считывающие импульсы вырабатываются ГО₁ которое синхронизировано частотой f_t.

ГО₂ можно синхронизировать тактовой частотой агрегатного потока, поделенной на 4, a ГО₁ частотой, равной (32/33)∙f_З. Однако, на практике, если вторичная ЦСП объединяет синхронные потоки, синхронизация генераторного оборудования всегда осуществляется частотой f_t.

---

6.3. Мультиплексирование асинхронных потоков

При синхронном объединении потоков отношение T_СЧ/(Т_З-T_СЧ) является целым числом. Если же компонентные потоки синхронизированы автономными генераторами, то периоды их записи несколько различаются и, следовательно, указанное соотношение в общем случае изменяется во времени и целым числом не является. Этот случай соответствует асинхронному мультиплексированию. Поскольку отличие тактовых частот объединяемых потоков относительно невелико, их мультиплексирование часто называют плезиохронным.

Отклонение отношения T_СЧ/(Т_З-T_СЧ) от целого числа говорит о том, что временные сдвиги должны смещаться со своих позиций. Величина этого предполагаемого смещения называется временной неоднородностью, которая в общем случае может быть как положительной (временной сдвиг наступает раньше), так и отрицательной (временной сдвиг наступает позже). Однако смещение временных сдвигов недопустимо, поскольку при этом невозможно будет осуществить передачу циклового синхросигнала (его позиции во времени должны быть строго постоянны), и, следовательно, произвести разделение компонентных потоков на приеме. Чтобы временные сдвиги в агрегатном потоке не меняли своих позиций, временные неоднородности следует компенсировать. Это достигается периодическим вводом дополнительных (незначащих) позиций (вставок) в относительно медленно поступающие компонентные потоки и соответственно изъятием импульсов из потоков, поступающих с повышенной скоростью. В последнем случае эти импульсы должны быть также переданы, для чего выделяются специальные позиции на временных сдвигах.

На приеме вставки удаляются, а дополнительно переданные импульсы вставляются в компонентные потоки на соответствующие места. Эти операции осуществляются по командам, которые формируются на передаче и передаются на позициях временных сдвигов. Таким образом, на передаче осуществляется побитовая синхронизация компонентных потоков с агрегатным потоком, а на приеме - восстановление исходных скоростей компонентных.

Ввод вставок в относительно медленные потоки называется положительным согласованием скоростей передачи, а изъятие значащих импульсов и передача их на специальных позициях - отрицательным согласованием. Сочетание положительного и отрицательного согласования называется двусторонним согласованием скоростей передачи компонентных потоков. Сказанное поясняется диаграммами, приведенными на рис. 6.5.

---