WSTĘP

PDH - plezjochroniczna hierarchia cyfrowa - jest technologią używaną w sieciach telekomunikacyjnych do przesyłania dużych ilości danych przez systemy fibre optic i radia mikrofalowe. Termin plezjchroniczny pochodzi od greckich słów „plesio” oznaczającego „niedaleko” i „chronos” oznaczającego „czas”, i odnosi się do faktu, że sieci PDH działają w takim stanie, że różne części sieci są prawie, ale nie do końca, zsynchronizowane. „Prawie", ponieważ nie ma idealnej synchronizacji sygnału zegarowego pomiędzy wszystkimi urządzeniami biorącymi udział w transmisji - przez co może się zdarzyć, że poszczególne odcinki toru różnią się nieznacznie przepustowościami. Hierarchia Plezjochroniczna PDH - zwana również prawie synchroniczną - określa sposób tworzenia strumienia zbiorczego 2048kb/s z sygnałów elementarnych o podstawowej przepływności 64kb/s oraz sposób zwielokrotnienia tych strumieni (2Mb/s lub większych) na kolejnych poziomach multipleksacji. Przyjęta technika multipleksowania uzupełnia informację w przeplocie bitowym o dodatkowe pozycje zwane bitami uzupełnienia. Bity te są usuwane z sygnału w procesie demultipleksacji.

PDH pozwala na transmisję strumieni danych które nominalnie  są przesyłane z tą samą prędkością (rate), ale zezwala sieci PDH na pewne wariacje prędkości przesyłu wokół prędkości nominalnej. Analogicznie, dwa zegarki nominalnie pracują z tą samą prędkością, 60 sekund na minutę, jednakże nie ma między nimi żadnego połączenia (link) gwarantującego pracę na dokładnie tej samej prędkości, i jest wysoce prawdopodobne że jeden z nich pracuje troszeczkę szybciej niż drugi.

Rys.1.

Hierarchia PDH standard G.703/G.704 widać zależności pomiędzy poszczególnymi strumieniami.

Standardy G.703/G.704 definiują następujące strumienie danych:

• 64 kb/s

• 1544 kb/s (24 kanały 64 kb/s, stosowany w USA, oznaczany jako T1)

• 2048 kb/s (30 kanałów 64 kb/s, stosowany w Europie, oznaczany jako E1)

• 6312 kb/s (4 połączone strumienie 1544 kb/s, T2)

• 8448 kb/s (4 połączone strumienie 2048 kb/s, E2)

• 32 064 kb/s (5 strumieni 6312 kb/s, stosowany w Japonii)

• 34 368 kb/s (4 strumienie 8448 kb/s, E3)

• 44 736 kb/s (7 strumieni 6312 kb/s, T3)

• 97 728 kb/s (3 strumienie 32 064 kb/s)

• 139 264 kb/s (4 strumienie 34 368 kb/s, E4)

UWAGA: Suma kanałów składowych jest mniejsza od przepustowości całego kanału

(np. 4 * 2048 kb/s = 8192 kb/s, a nie 8448 kb/s) - reszta przepustowości jest wykorzystywana do synchronizacji oraz przesyłania alarmów i sum kontrolnych.

Mówiąc o G.703 należy również wspomnieć o G.704 i G.706. Standard G.703 opisuje parametry elektryczne interfejsów (poziomy napięć, kształt impulsu, kodowanie linii, itp.). Standard G.704 opisuje podział strumienia danych na tzw. szczeliny czasowe - podkanały 64 kb/s. G.706 opisuje zasady synchronizacji dwóch urządzeń oraz sposób obliczania i przesyłania sumy kontrolnej CRC4.

PODZIAŁ PDH

Rys.2.

Trzy różne systemy PDH

ZWIELOKROTNIANIE W SYSTEMACH CYFROWYCH

(omówione na podstawie systemu europejskiego)

Podstawową prędkością transferu jest strumień 2.048megabitów/s (zwykle skracanych do 2 Mega). Dla transmisji mowy prędkości jest obniżana do 30 x 60 kilobitów/s (skracane do 64K) kanałów plus 2 x 64K kanałów używanych na sygnalizacje i synchronizację.

Aby przesłać 2 megowe strumienie danych z jednego miejsca w drugie, są one „kombinowane” razem, lub zwielokrotnione w grupy po 4. Robi się to biorąc 1 bit ze strumienia #1, za nim 1 bit ze strumienia #2, potem z #3 i z #4. Zwielokrotniacz transmisji dodaje dodatkowe bity aby pozwolić zwielokrotniaczowi odbierającemu na dekodowanie które bity należą do którego strumienia 2 megowego i poprawnie zrekonstruować oryginalne strumienie danych.

Ponieważ każdy z 4 strumieni 2 megowych niekoniecznie pracuje na tej samej prędkości, trzeba wykonać pewną kompensację. Zwielokrotniacz nadający kombinuje (zlepia) 4 strumienie danych zakładając ze pracują na swojej prędkości maksymalnej. Oznacza to, że od czasu do czasu (chyba że strumień 2 megowy naprawdę pracuje na prędkości maksymalnej), zwielokrotniacz będzie szukał następnego bitu który jeszcze do niego nie dotarł. W takim przypadku zwielokrotniacz sygnalizuje odbiornikowi ze bit jest „missing” (zaginiony, nie ma go). To pozwala odbiornikowi poprawnie rekonstruować oryginalny kształt każdego strumienia 2 megowego i poprawne różne prędkości przesyłu.

Powstający w wyniku tego procesu strumieni danych jest przesyłany z prędkością 8.448 megabitow/s (8Meg). Podobne techniki są używane do kombinowania czterech strumieni 8Meg dając 34 Megs. 4 x 34Megs daje 140. 4 x 140 daje 565 (przykład europejski).
Dokładna ilość/prędkość danych strumienia 2 Meg jest kontrolowana przez zegar w sprzęcie generującym dane. Dokładna prędkość może się nieco różnić (+/-50ppm) po którejś ze stron dokładnych 2.048megabitow/s. Oznacza to, że różne 2 Meg strumienie danych mogę (najprawdopodobniej tak jest) być przesyłane przy lekko różnych prędkościach. 565 megabitow/s jest typowo używana prędkością do transmisji danych przez systemy fibre optic na długie dystanse. Ostatnio firmy telekomunikacyjne zastępują swój sprzęt PDH technologią SDH pozwalającą na dużo wyższe prędkości transmisji.

Systemy analogowe dla zwielokrotnienia większej ilości kanałów telefonicznych wykorzystują zwielokrotnienie częstotliwościowe, które to wymaga rozszerzenia pasma kanału transmisyjnego, ponieważ polega ono na układaniu kolejnych kanałów telefonicznych kolejno na wyższej częstotliwości w odstępie szerokości kanału telefonicznego. Inna możliwość w tych systemach nie wchodzi w rachubę, gdyż sygnał analogowy ograniczony w jakimś paśmie wysyła niepoliczalną ilość informacji o tym paśmie, przez co nie da się jej wysyłać w odstępach czasu, gdyż to powodowałoby utratę danych - tych nadmiarowych i tych nieodzownych.

Systemy cyfrowe przesyłają ograniczoną ilość danych, co umożliwia przyspieszanie sygnału przed zwielokrotnieniem i wysłanie w tej samej jednostce czasowej większej ilości danych uporządkowanych w szczeliny czasowe. Daje to możliwość stosowania zwielokrotnienia z podziałem czasu w sposób nie ograniczony, zwiększając przepustowość teoretycznie niemal w nieskończoność. Faktycznie takie coś jest niemożliwe, gdyż urządzenia teletransmisyjne mają ograniczoną szybkość i stąd nie można skracać im czasu trwania szczelin w nieskończoność, gdyż w którymś momencie przestaną zauważać wszystkie informacje. Dodatkowo występuje jeszcze ograniczenie wynikające z możliwości synchronizacyjnych urządzeń nadawczych i odbiorczych w systemach PDH, które jak sama nazwa wskazuje są plezjochroniczne i pomiędzy sygnałami synchronizacyjnymi muszą się posiłkować własnymi zegarami, które mają ograniczona dokładność.

Wysokie koszty wydzielenia i wprowadzania strumieni niższego pozio­mu z/do wyższego stanowią kolejne ograniczenie stosowania PDH. Brak bezpośredniego dostępu do pojedynczych kanałów (64 kb/s), transmito­wanych w strumieniu o dużej przepływności, wymaga praktycznie demulti­pleksacji wszystkich strumieni składowych oraz ich ponownego zwielokrot­nienie w każdym wydzielającym węźle. Procedura taka, oprócz tego, że ko­sztowna, obniża niezawodność całego systemu transmisyjnego.

Inną niedogodnością systemu jest zbyt mała przepływność kanału sy­gnalizacyjnego, wynikająca z przyjętej struktury ramki transmitującej sy­gnały przez medium (30+2 szczeliny). W konsekwencji niemożliwe jest przystosowanie systemów plezjochronicznych do skutecznego i scentralizo­wanego zarządzania siecią, a także sprawowanie nad nią odpowiedniej kontroli. Niewielka przepływność kanału sygnalizacyjnego objawia się rów­nież ograniczeniem zdalnej rekonfiguracji sieci, prowadząc w praktyce do ręcznego krosowania torów w przełącznicach cyfrowych przy zmianie połą­czeń między nimi.

Istotnym ograniczeniem systemów plezjochronicznych jest też brak standaryzacji styku optycznego. Utrudnia to lub wręcz uniemożliwia po­wszechne stosowanie torów światłowodowych pochodzących od różnych producentów, a połączenie ze sobą dwóch systemów optycznych wymaga dokonania podwójnej konwersji optyczno-elektrycznej i realizacji połącze­nia na poziomie sygnału elektrycznego.

Ograniczenia systemów teletransmisyjnych opartych na plezjochro­nicznej hierarchii cyfrowej spowodowały, że od 1996 r. nowe PDH nie są już praktycznie instalowane. Równocześnie następuje szybki wzrost najnow­szej cyfrowej transmisji synchronicznej objętej międzynarodowym standar­dem SDH, bez wad i ograniczeń występujących w PDH.

Tabela. 1. Zalecenie G.703 dla systemu PDH703 dla systemu PDH

	2Mb/s	8Mb/s	34Mb/s	140Mb/s
Częstotliwość zegara	2048kHz ± 50ppm	8448kHz ± 30ppm	34368kHz ± 20ppm	139264kHz ± 30ppm
Kod liniowy	HDB3		HDB3	CMI
Impedancja linii	75 - koncenrtyk 120 - symetryczny		75	75
Amplituda impulsu wyjściowego	3 Vp ± 10% dla 120W 2,37Vp ± 10%	±2,37Vp ± 10%	75 1Vp ± 10%	75 1Vp ± 10%
Zakres tłumienia wejściowego	0 ± 6dB przy 1024MHz	0 ± 6dB przy 4,224MHz	0 ± 12dB przy 17,184MHz	0 ± 12dB przy 70MHz
Czas trwania impulsu	244 ± 25ns	59 ± 10ns	14,55 ± 2,45ns

Rys.3.

Schemat łączenia sygnałów PDH różnej przepływności w jednostki STM: C - kontener (ramka) VC - kontener wirtualny TU - jednostka podrzędna TUG - grupa jednostek podrzędnych AU - jednostka administracyjna AUG - grupa jednostek administracyjnych STM - synchroniczny moduł transportowy

WIELORAMKA SYGNALIZACYJNA W SZCELINIE 16

W strumieniu 2Mbit/s są 32 szczeliny. Zerowa zawiera wzór synchronizacji całej ramki lub słowo serwisowe. Pozostałe szczeliny wymagają dla siebie też sygnalizacji kanałowej. W tym celu zajęta jest szczelina 16 w każdej ramce. Do dyspozycji użytkowników pozostaje 30 kanałów użytecznych z sygnalizacją. Sygnalizacja niesie ze sobą wzór fazowania wieloramki oraz bit informacji alarmowej Dk. I tak szczeliny 16 ramki 1 niosą informację kolejno 4 bity dla kanału 1 i 4 bity dla kanału 16, a potem w ramce 2 niosą informację kolejno 4 bity dla kanału 2 i 4 bity dla kanału 17, itd. Schemat taki powtarza się od ramki 1 do 15, poczym od nowa od ramki 16 do 30, itd. 6.

Rys.4.

Wieloramka sygnalizacyjna

Ponieważ przy każdej z przepustowości sposób ramkowania jest inny, dlatego skupimy się tylko na przepustowości 2048 kb/s wykorzystywanej w urządzeniach Tahoe.

Jedna tzw. ramka składa się z 256 bitów ponumerowanych od 1 do 256. Ramki są wysyłane z częstotliwością 8000 Hz, co daje łącznie 2048000 bitów na sekundę. Każde 8 kolejnych bitów tworzy tzw. szczelinę czasową (ang. timeslot). Jeśli z każdej ramki tylko 8 bitów należy do danej szczeliny, a ramki wysyłane są 8000 razy na sekundę, to jedna szczelina ma przepustowość 64 kb/s.

Pierwsze 8 bitów (szczelina 0) jest wykorzystywane do synchronizacji. W kolejnych ramkach te bity przyjmują na zmianę dwie różne funkcje:

Bit:	1	2	3	4	5	6	7	8
Ramka zawierająca FAS (Frame Alignment Signal)	Si	0	0	1	1	0	1	1
Ramka nie zawierająca FAS	Si	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8

Si - bit do "międzynarodowego" użytku, m.in. do CRC4
A - informacja o alarmie
Sa4-Sa8 - dodatkowe bity, mogą być użyte do dowolnych celów

Oprócz szczeliny 0 wykorzystywanej do synchronizacji, szczelina 16 jest wykorzystywana do sygnalizacji - np. przesyłania informacji o nadchodzącej w wybranym kanale rozmowie telefonicznej. Sygnalizacja jest przesyłana w 16 kolejnych ramkach. W pierwszej z nich, w szczelinie 16 znajdują się nieużywane bity. W każdej z następnych znajdują się po 4 bity sygnalizacji dla dwóch kanałów (łącznie 8 bitów - czyli cała szczelina). Zatem w 15 ramkach znajduje się sygnalizacja dla wszystkich 30 wolnych szczelin (od 1 do 15 i od 17 do 31).

Szczelina 16 ramki 0	Szczelina 16 ramki 1		Szczelina 16 ramki 2		...	Szczelina 16 ramki 15
0000xyxx	abcd kanał 1	abcd kanał 16	abcd kanał 2	abcd kanał 17	...	abcd kanał 15	abcd kanał 30

• Numery kanałów oznaczają kanały telefoniczne. Szczelinom od 1 do 15 i od 17 do 31 odpowiadają kanały od 1 do 30.

• a, b, c i d oznaczają 4 kanały sygnalizacyjne o przepustowości 500 b/s każdy.

• x - bity nieużywane

• y - informacja o alarmie

KODOWANIE CRC4

Kodowanie to stosuj się po to by uniknąć błędu synchronizacji pod wpływem wystąpienia identycznej sekwencji z wzorem fazowania w strumieniu danych. Obliczanie CRC4 polega na podzieleniu zawartości bitowej ramek 0 do 7 w nadajniku przez określony wielomian i zapisanie na bitach C1 do C4 słowa serwisowego powstałej sumy kontrolnej. Odbiornik po odebraniu danych wykonuje identyczną operację i gdy suma kontrolna jest taka sama oznacza to, że synchronizacja została znaleziona. W przeciwnym wypadku odbiornik szuka innego wzoru fazowania ramki.

Kodowanie danych

Podstawowym sposobem kodowania danych jest kod AMI (Alternate Mark Inversion). Zero jest kodowane jako zero, a jedynka jako impuls +1 lub -1 trwający 50% bitu i zero trwające drugie 50%.

Aby nie wprowadzać składowej stałej jedynki są kodowane naprzemiennie jako +1 i jako -1. Pogwałcenie tej reguły (wysłanie +1 po +1 lub -1 po -1) służy do wprowadzenia dodatkowego kodowania opisanego poniżej.

Dzięki specyficznemu kodowaniu jedynek do takiego sygnału łatwo jest dostroić zegar odbiornika. Niestety jeśli wysyłany ciąg zawiera same zera, to nie pojawiają się w nim żadne impulsy umożliwiające synchronizację. Dlatego wprowadzono dodatkowe sposoby kodowania odpowiednio modyfikujące ciągi samych zer:

• B3ZS (HDB2 - High Density Bipolar 2) - każdy blok 3 zer jest zamieniany na 00V lub B0V, gdzie 'B' oznacza impuls zgodny z kodowaniem AMI (tak jakby w tym miejscu była jedynka), a 'V' - pogwałcenie reguły AMI. Wybór pomiędzy 00V a B0V jest dokonywany w taki sposób, żeby ilość impulsów B pomiędzy kolejnymi impulsami V była nieparzysta. Innymi słowy mówiąc następujące po sobie impulsy V muszą mieć odwrotną polaryzację, żeby nie wprowadzać do sygnału składowej stałej.

• HDB3 - podobny do HDB2, z tym że blok 4 zer jest zastępowany przez 000V lub B00V.

• B6ZS - blok 6 zer jest zastępowany przez 0VB0VB

• B8ZS - blok 8 zer jest zastępowany przez 000VB0VB

Najczęściej występujące kodowanie HDB3 jest używane przy przepustowościach 2048 kb/s, 8448 kb/s i 34 368 kb/s.

Rys.5.

Kodowanie HDB3

CRC4

Bit Si może być wykorzystywany do przesyłania sumy kontrolnej CRC4. 4-bitowa suma jest przesyłana w bitach Si w ośmiu kolejnych ramkach. Suma ta jest obliczana na podstawie 2048 bitów danych wysłanych w poprzednich 8 ramkach. Takie osiem ramek jest nazywane sub-multiramką (SMF - sub-multiframe). Co druga SMF zawiera dodatkowo informacje o błędach wykrytych w czasie transmisji. Dwie SMF tworzą pełną multiramkę (multiframe).

	Sub- multiramka	Numer ramki	Bity ramki
					1	2	3	4	5	6	7	8
: : : M u l t i r a m k a : : :		1	C1	0	0	1	1	0	1	1
			2	0	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			3	C2	0	0	1	1	0	1	1
		I	4	0	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			5	C3	0	0	1	1	0	1	1
			6	1	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			7	C4	0	0	1	1	0	1	1
			8	0	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			9	C1	0	0	1	1	0	1	1
			10	1	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			11	C2	0	0	1	1	0	1	1
		II	12	1	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			13	C3	0	0	1	1	0	1	1
			14	E	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8
			15	C4	0	0	1	1	0	1	1
			16	E	1	A	Sa4	Sa5	Sa6	Sa7	Sa8

C1-C4 - bity sumy kontrolnej CRC4
E - informacja o błędzie CRC4
Sa4-Sa8 - niewykorzystywane
A - informacja o alarmie

WNIOSKI

• Niestety przy zwielokrotnieniu w systemie PDH występują problemy, jeżeli chcemy wydzielić pojedynczy kanał 64kb/s, gdyż wymaga to od nas demultipleksacji całego strumienia.

• Jeszcze jedną wadą systemu PDH jest brak standaryzacji styku optycznego, co uniemożliwia stosowanie urządzeń różnych producentów po dwóch stronach światłowodu bez zastosowania dodatkowych urządzeń przekonwerterowywujących sygnał optyczny w elektryczny i z powrotem w optyczny o innym standardzie.

• Ma on ograniczoną przepustowość szczelin administracyjnych, co mocno redukuje jego możliwości w automatycznym przekrosowywaniu dróg połączeń i sprowadza się często do ręcznego przepinania kabli na krosownicach.

• System PDH przy multipleksacji korzysta ze zwielokrotnienia TDM. Polega ono na wysyłaniu w jednym paśmie sygnału i rozdzielaniu czasu równo pomiędzy wszystkich użytkowników, tutaj każdy strumień 64kbit/s.

• Aby w systemie np. PDH maksymalnie wykorzystać dostępną przepustowość i przesłać maksymalnie dużo danych stosuje się różne metody kompresji danych. W przypadku telefonii komórkowej stosuje się kompresję kanałów rozmównych mającą na celu wtłoczenie maksymalnie dużej ilości kanałów w jedną szczelinę o przepustowości 64kbit/s. W przypadku zaś zwykłego zjadacza chleba, który przy takim, a nie innym łączu telefonicznym chce się połączyć przez modem z np. internetem, musi on stosować kompresję np. Lempela-Ziv'a opisaną w standardzie V.42bis, a należącą pierwotnie do MNP5 Microcomu, aby uzyskać maksymalnie wysoki transfer danych. Oprócz tego musi on stosować modulację TCM (Trellis-Coded Modulation), by pokonać barierę ograniczonej jakości linii telefonicznej i dostać maksymalnie wielką szybkość transmisji. Przy przepustowości 64kbit/s modem teoretycznie jest w stanie przesłać 56kbit/s, ale w rzeczywistości z włączoną kompresją danych i korekcją błędów nie więcej niż 52kbit/s, a częściej coś ponad 33,6kbit/s.

• Występują trzy różne, niekompatybilne sposoby przesyłania danych w systemie PDH. Rozróżnia się system: europejski amerykański japoński

ŹRÓDŁA WIEDZY

www.tahoe.pl

http://en.wikipedia.org/wiki/Plesiochronous_Digital_Hierarchy

http://ciapek.uci.agh.edu.pl/~sskrzyni/PDH/wstep.html

encyklopedia telekomunikacji

8

---