Мультиплексирование асинхронных потоков

При синхронном объединении потоков отношение Т_СЧ/(Т₃ - Г_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 (см. § 13.1), их мультиплексирование часто называют плезиохронным.

Отклонение отношения Г_СЧ/(7_Э - 7_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. 5.5.

Верхний ряд диаграммы рис. 5.5,а отображает последователь­ность импульсов считывания компонентного потока с тактовой час­тотой, несколько ниже номинальной. Поэтому периоды импульсов записи Т₃' этого потока больше номинального 7₃ на величину д₍. В результате возникает временная неоднородность At = пЪ_ь которая

через некоторое время достигает критического значения Af_Kp = Т₃. Нижний ряд отображает последовательность импульсов считыва­ния, период которых равен Г_сч = (32/33) Г₃. В запоминающем уст­ройстве предусмотрено две ячейки памяти для получения времен­ного сдвига, поэтому через 64 импульса считывания образуется двухпозиционный временной сдвиг АВ. Когда временная неодно­родность достигает критического значения, в последовательность импульсов считывания вводится вставка, которая и компенсирует накопившуюся неоднородность. Заметим, что вставка представляет собой исключение импульса из последовательности считывания, т.е. остановку процесса считывания на время, равное Т_сч.

Процесс отрицательного согласования иллюстрирует рис. 5.5,6. Компонентный поток поступает со скоростью, несколько больше номинальной, поэтому периоды его импульсов записи 7₃ укорочены на величину 8_t. Из-за этого возникает отрицательная временная неоднороднЪсть Af = -nt, которая по достижении ею критического значения Af = -nb_t, компенсируется за счет считывания очередного импульса на позиции В ближайшего временного сдвига.

Отрицательное согласование не имеет каких-либо преимуществ перед положительным, а аппаратная реализация его заметно сложнее. Поэтому отрицательное согласование самостоятельно не применяется. Традиционно в отечественных системах плезиохрон-ной цифровой иерархии применялось двустороннее согласование, а в европейских - одностороннее (положительное). В настоящее время двустороннее согласование широко применяется на стыках плезиохронных и синхронных телекоммуникационных систем, по­скольку оно обеспечивает несложный переход от асинхронного ре­жима работы к синхронному, который все больше получает распро­странение на цифровых сетях связи. При двустороннем согласова­нии синхронный режим соответствует посылкам нейтральных ко­манд (нет согласования), а при одностороннем согласовании синхронный режим невозможен принципиально, поскольку скорость считывания объединяемых потоков всегда должна быть выше ско­рости записи.

Кроме этого оборудование временного группообразования с двусторонним согласованием скоростей более устойчиво к размно­жению сбоев цикловой синхронизации, т.е. к возникновению сбоев цикловой синхронизации в системах низшей ступени иерархии при сбое цикловой синхронизации на более высоком уровне. Это свя­зано с тем, что в системах с односторонним согласованием за вре­мя сбоя синхронизации формируется достаточно большое число (до нескольких десятков) команд согласования, в то время как в системах с двусторонним согласованием обычно не более одной команды. Поэтому в системах с двухсторонним согласованием на время сбоя синхронизма приемники команд согласования можно блокировать и осуществить согласование после восстановления синхронизма.

Рассмотрим функциональную схему оборудования второго уров­ня европейской ПЦИ (ИКМ-120 ), обеспечивающего двустороннее согласование скоростей компонентных потоков. На рис. 5.6 приве­дены схемы передающего (а) и приемного (б) блоков асинхронного согласования скоростей (БАС пер и БАС пр). Полностью оконечное оборудование ИКМ-120 содержит четыре пары таких блоков.

Работа передающей части БАС пер происходит так. Поступаю­щий компонентный поток КП записывается в запоминающее уст­ройство ЗУ с помощью последовательности импульсов записи, ко­торая формируется генераторным оборудованием ГО^ Скорость записи точно соответствует скорости компонентного потока, по­скольку ГО! синхронизируется сигналом с тактовой частотой f/, вы­деленным из этого же потока устройством ВТЧ (выделителем так­товой частоты). Последовательность импульсов считывания посту­пает от генераторного оборудования ГО₂, которое синхронизиро­вано задающим генератором аппаратуры объединения компонентных потоков, через логические схемы «ИЛИ» и «НЕТ». Тактовая частота последовательности импульсов считывания рав­на {33/32)-f_t. Тактовые частоты f_t' и //могут отличаться от номи­нальной f_t тактовой частоты компонентного потока на величину в пределах допустимой нестабильности (см. § 13.1). Как показано на рис. 5.5,а (начало диаграммы), через 64 интервала записи образу­ется временной сдвиг из двух интервалов АВ, на это время ГО₂ прекращает подачу импульсов считывания. Таким образом, часто­та записи f₃ равна f_t - тактовой частоте компонентного потока, а частота считывания f_C4 - частоте f_t , определяемой генераторным оборудованием ГО₂ аппаратуры объединения. Цифровой фазовый детектор ФД сравнивает частоты импульсов записи и считывания, которые в крайнем случае могут отличаться в пределах суммы до­пустимых нестабильностей компонентного и агрегатного потоков. Ес­ли /з = /сч (выдерживается соотношение 7"_сч/(7"₃ - 7*^) = 32), то на вы­ходе ФД сигнал отсутствует. Если скорость КП относительно мала,

появляется положительная временная неоднородность (временной сдвиг наступает раньше), которая постепенно увеличивается (см. рис. 5.5,а). Когда величина неоднородности станет критической -равной Т₃, на положительном выходе ФД появится импульс, кото­рый будет подан на передатчик команд согласования скоростей ПЕР КСС. Последний, во-первых, через логический элемент НЕТ исключит очередной импульс считывания (осуществит вставку в агрегатный поток) и, во-вторых, сформирует команду положитель­ного согласования. Эта команда будет передана на приемный ко­нец в агрегатном потоке и послужит для удаления из данного ком­понентного потока вставки.

При относительно высокой скорости поступающего компонент­ного потока (см. рис. 5.5,6) временная неоднородность приобретает отрицательное значение. При достижении неоднородностью крити­ческого значения импульс появится на отрицательном выходе ФД. ПЕР КСС при этом через логический элемент ИЛИ введет в ЗУ им­пульс считывания на позиции дополнительного канала и сформирует команду отрицательного согласования, которая на приемном конце обеспечит ввод в компонентный поток импульса из дополнительного канала (организованного на позиции В временного сдвига).

Агрегатный поток на передаче состоит из символов четырех ком­понентных потоков, соответствующих этим потокам команд согласо­вания скоростей, которые передаются на позициях временных сдви­гов, и некоторых сервисных сигналов, которые также передаются на позициях временных сдвигов. К сервисным сигналам в первую оче­редь относится сигнал цикловой синхронизации агрегатного потока, затем сигналы извещения об аварийных состояниях и сигналы слу­жебной связи. К сервисным сигналам условно можно отнести и сим­волы компонентных потоков, передаваемые на позициях временных сдвигов при отрицательном согласовании скоростей.

В приемной части БАС пр (см. рис. 5.6,6) осуществляются об­ратные операции. Приемная часть управляется генераторным обо­рудованием ГО, его тактовая синхронизация осуществляется сиг­налом, выделяемым из агрегатного потока устройством ВТЧ. Кроме того, генераторное оборудование синхронизируется по циклам пе­редачи посредством приемника циклового синхросигнала ПР ЦСС, что позволяет установить порядок последовательностей импульсов записи, поступающих на различные БАС пр. Импульсы компонент­ного потока выделяются из агрегатного посредством временного селектора, состоящего из схемы «И», на один вход которого пода­ется агрегатный поток, а на второй - от ГО соответствующая импульсная последовательность, тактовая частота которой равна 1/4 тактовой частоты агрегатного потока. Последовательность импуль­сов записи формируется из подобной же последовательности, но из которой исключены такты, соответствующие временным сдвигам (формируется из последовательности, содержащей только инфор­мационные символы). Приемник команд согласования ПР КСС в случае получения положительной команды генерирует импульс на положительном выходе, который запрещает запись на позиции вставки посредством схемы «НЕТ». При получении отрицательной команды на отрицательном выходе ПР КСС формируется импульс, который позволяет записать в запоминающее устройство ЗУ ин­формационный символ, переданный на соответствующей позиции временного сдвига.

Количество ячеек памяти ЗУ определяется следующими факто­рами:

- числом символов во временном сдвиге (одна ячейка на каж­
дый символ);

- числом видов согласования (одна ячейка на каждый вид);

- относительным временем ожидания момента согласования*
(менее 0,5 ячейки);

- относительными фазовыми флуктуациями записываемых по­
токов (на передаче менее 0,03, на приеме - до 1,5 ячеек);

- устранением взаимного перекрытия импульсов записи и счи­
тывания (до одной ячейки).

Таким образом, ЗУ БАС пер в нашем случае должна содержать около 5-6 ячеек, а БАС пр - 6 - 8 ячеек.

Импульсы записи в БАС пр следуют неравномерно, но считы­ваемый компонентный поток должен иметь постоянную скорость (частота последовательности импульсов считывания должна соот­ветствовать усредненной скорости последовательности импульсов записи). Это достигается применением системы ФАПЧ, состоящей из генератора, управляемого напряжением, ГУН, схемы управления СУ и аналогового фазового детектора ФД. Система ФАПЧ поддер­живает равенство частоты считывания f_C4 усредненному значению частоты записи f_{3 cp}. Если частота f_{3 cp} изменяется, например, из-за ввода вставки, на выходе ФД появляется сигнал, который поступает на систему управления СУ. Система управления содержит фильтр

нижних частот ФНЧ, который интегрирует поступающие сигналы. Напряжение с выхода СУ воздействует на ГУН и заставляет его изменить частоту f_c4 в нужную сторону.

Спектр сигнала на входе СУ состоит их трех слагаемых: первое представляет собой постоянную составляющую, соответствующую случаю идеального усреднения, т.е. наличию в считываемом потоке только временных сдвигов, второе обусловлено наличием разности частот записи и считывания в передающем устройстве, а третье -наличием времени ожидания. Следовательно, подавление состав­ляющих сигнала на входе СУ, определяемых двумя последними слагаемыми, обеспечивает идеальное восстановление первона­чальной скорости цифрового потока. Для выполнения данного ус­ловия в схеме управления необходимо использовать ФНЧ с беско­нечно малой полосой пропускания. Однако при этом не обеспечи­вается необходимая полоса захвата устройства ФАПЧ, которая не может быть меньше максимального расхождения частоты записи в передающем устройстве f_{3 пер} и частоты считывания в приемном устройстве /с_{Ч пр}, иначе неизбежен срыв работы ГУН, ведущий к пе­рерыву связи.Составляющие сигнала с входа СУ, попадающие в полосу пропускания ФНЧ, проходят на вход ГУН, что приводит к фазовым флуктуациям выделенного компонентного потока (ванде-ру и джиттеру), снижающим качество передачи.

Системы с односторонним согласованием скоростей характери­зуются относительно быстрым накоплением временной неоднород­ности (скорость считывания в передающем устройстве заведомо должна превосходить скорость записи). Поэтому составляющие, обусловленные наличием разности частот записи и считывания, являются достаточно высокочастотными и могут быть подавлены ФНЧ, а составляющие, обусловленные наличием времени ожида­ния, могут быть сколь угодно низкочастотными. Последнее объяс­няется тем, что в системах с односторонним согласованием коман­ды согласования посылаются относительно часто и время ожида­ния поэтому изменяется мало.

Системы с двусторонним согласованием скоростей характери­зуются относительно медленным накоплением временной неодно­родности (скорость считывания в приемном устройстве может при­ближаться к скорости записи). Поэтому составляющие, обуслов­ленные наличием разности частот записи и считывания, оказыва­ются весьма низкочастотными и не могут быть подавлены ФНЧ, в то время как составляющие, обусловленные наличием времени ожидания оказываются незначительными.

Таким образом, в системах с односторонним согласованием скоростей основным источником низкочастотных составляющих управляющего сигнала (а следовательно, и флуктуации сигнала на выходе аппаратуры сопряжения) является время ожидания, а в системах с двусторонним согласованием - разность частот записи и считывания.

Низкочастотные составляющие на выходе ГУН могут быть по­давлены способами, к которым можно отнести метод компенсации и метод передачи промежуточных значений временной неодно­родности. В первом случае в петлю ФАПЧ вводится компенсирую­щий сигнал, сформированный из последовательности импульсов, соответствующих моментам согласования. Во втором случае в пет­лю ФАПЧ вводится компенсирующий сигнал, сформированный на основе информации о промежуточных значениях временной неод­нородности, полученной по специальному каналу (на позициях вре­менных сдвигов) от БАС пер.