Systemy i sieci SDH i PDH

Transmisja

Proces przesyłania dowolnej wiadomości lub ogólnie danych między nadawcą (nadajnikiem) a odbiorcą (odbiornikiem) zapisanej określonym, zrozumiałym dla obu stron kodem i po określonej drodze. Do transmisji mogą być wykorzystane media transmisyjne przewodowe lub bezprzewodowe.

W ogólnym przypadku może być więcej niż jeden odbiorca nadawanej informacji. Jeśli wiadomość adresowana jest tylko do wybranej grupy spośród puli potencjalnych odbiorców, mówimy o multicastingu, a jeśli wiadomość celowo przeznaczona jest dla wszystkich bez żadnych ograniczeń – broadcastingu. W przypadku sieci komputerowych, takich jak np. Internet, stosuje się specjalne rozgłoszeniowe adresy IP, o określonej standardowo postaci.

W telekomunikacji teletransmisja (transmisja na duże odległości) odgrywa szczególną rolę, zwłaszcza w dzisiejszych czasach, gdyż zapewnia przepływ danych między ośrodkami współpracującymi z sobą, oddalonymi od siebie na odległości rzędu setek czy nawet tysięcy kilometrów. Dzięki zastosowaniu odpowiednich technologii, może się ona odbywać w czasie rzeczywistym, z zagwarantowaną z góry jakością.

Parametry transmisyjne

Jak wspomniano wyżej, transmisją nazywamy proces przesyłania sygnałów i danych między nadajnikiem a odbiornikiem. Odbywa się po torach transmisyjnych złożonych z dwóch żył tego samego kabla. Z powodu zniekształcenia i tłumienia sygnału, który towarzyszy transmisji, powinien on być na tyle czytelny, aby mógł być prawidłowo identyfikowany przez odbiornik.

Występują dwa rodzaje torów transmisji sygnałów:

• Tory symetryczne – cechuje je wzajemnie symetryczny układ (odbicie zwierciadlane) dwóch identycznych żył izolowanych, ułożonych jedna obok drugiej, przy czym odległość między nimi jest niezmienna

• Tory współosiowe – zbudowane są z pojedynczej żyły izolowanej, wokół której znajduje się druga żyła, cylindryczna,otaczająca izolację, przy czym osie obu żył pokrywają się (żyły ułożone są współosiowo)

Sygnał lub dane mogą być przesyłane w sposób analogowy lub cyfrowy, a ich transmisja odbywa się z pewną częstotliwością:

• Sygnały o częstotliwościach akustycznych – do kilkudziesięciu kHz,

• Sygnały o częstotliwościach radiowych – od kilkudziesięciu kHz (sygnały analogowe) lub kilkudziesięciu kilobajtów na sekundę (sygnały cyfrowe) w górę. Im większa częstotliwość sygnału, tym bardziej jest tłumiony i zniekształcany

Parametry transmisyjne kabli

• Rezystancja żyły [Ω/km]

• Asymetria rezystancji [%]

• Rezystancja izolacji [MΩ/km]

• Odporność izolacji [V]

• Pojemność skuteczna [nF/km]

• Asymetria pojemności względem ziemi [pF/km]

• Impedancja sprzężeniowa ekranu [mΩ/m]

• Impedancja falowa [Ω]

• Tłumienność falowa [dB/km, dB/100 m]

• Tłumienność odbiciowa [dB]

• Tłumienność przenikowa [dB]

Kategorie i parametry kabli teleinformatycznych

Kategorie i parametry kabli teleinformatycznych opracowane przez Underwriters Laboratories:

• Kategoria 1 obejmuje kable o torach przeznaczonych do transmisji sygnałów w paśmie częstotliwości akustycznych oraz do doprowadzania zasilania o niewielkiej mocy. Nie stawia się żadnych wymagań wobec parametrów transmisyjnych torów kabli tej kategorii.

• Kategoria 2 obejmuje kable o liczbie par od 2 do 25, z torami przystosowanymi do transmisji sygnałów w zakresie częstotliwości do 2 MHz, z przepływnością binarną do 2 Mb/s. Sprecyzowane są wymagania dotyczące impedancji falowej (84 do 120 ) oraz tłumienności falowej torów do 1 MHz (przy 1 MHz, co najwyżej 26 dB/km).

• Kategoria 3 dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 16 MHz, przy przepływności do 16 Mb/s.

• Kategoria 4 dotyczyła kabli o torach przystosowanych do transmisji w paśmie częstotliwości do 20 MHz i przy większym zasięgu w stosunku do kategorii 3. Jako zamienniki tej kategorii, większość producentów oferuje obecnie kable kategorii 5.

• Kategoria 5 dotyczy kabli z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100 MHz, z przepływnością binarną do 100 Mb/s (transmisja simpleksowa – po dwóch różnych torach, po jednym dla każdego kierunku).

• Kategoria 5e dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 100 MHz, z przepływnością binarną do 1 Gb/s (transmisja dupleksowa – po czterech torach w obydwu kierunkach).

• Kategoria 6 dotyczy kabli czteroparowych z torami przewidzianymi do pracy przy częstotliwościach do 200 (250) MHz, z przepływnością binarną większą od 1 Gb/s (transmisja dupleksowa – po czterech torach w obydwu kierunkach).

• Kategoria 7 dotyczy kabli z dwoma lub czterema indywidualnie ekranowanymi parami, których tory przewidziane są do pracy przy częstotliwościach do 600 MHz, z przepływnością binarną znacznie większą od 1 Gb/s.

• Kategoria 8 dotyczy kabli z czterema indywidualnie ekranowanymi parami, których tory przewidziane są do pracy przy częstotliwościach do 3200 MHz, z przepływnością binarną znacznie większą od 4 Gb/s.

Wybrane systemy transmisyjne

• PDH

• SDH

Wstęp do systemów PDH

Znaczna część eksploatowanych dzisiaj systemów teletransmisyjnych oparta jest na urządzeniach typu PDH (Plesiochronus Digital Hierarchy). Są one dostosowane do transmisji sygnałów dla potrzeb połączeń międzycentralowych. Nie dopracowano się jednolitego standardu dla urządzeń PDH i obecnie mamy na świecie trzy strefy (USA, Europa, Japonia) z różnymi przepływnościami w różnych standardach.

Poziom zwielokrotnienia	PDH
	Ameryka
	Oznaczenie
1	T1
2	T2
3	T3
4	T4
5	T5

Sytuacja ta powoduje, że istnieją poważne trudności ze współpracą tych systemów powodujące konieczność stosowania specjalnych urządzeń zapewniających kompatybilność na stykach sieci różnych typów. Na pierwszym poziomie zwielokrotnienia w Europie stosuje się PCM 30/32 gdzie w strumieniu 2Mbit/s przenosi się 30 kanałów telefonicznych 64kbit/s oraz dwa kanały 64kbit/s zawierające informacje dodatkowe i sterujące.

Wady systemów PDH zostały wyeliminowane w systemach teletransmisyjnych SDH. Mogą one jednak współpracować z istniejącymi systemami PDH. Współpraca ta realizowana jest poprzez łączenie w jeden standartowy sygnał SDH sygnałów plezjochronicznych. Dla zapewnienia współpracy urządzeń SDH różnych producentów, w 1985r. w USA opublikowano standard SONET (Synchronus Optical NETwork). Prace nad tym standardem prowadził Amerykański Instytut Standardów - ANSI (American National Standards Institute). W standardzie SONET określono przepływności, formaty danych, parametry optyczne, protokoły sygnalizacji APS (Automatic Protection Switching -przełączanie na rezerwę) i nadzoru oraz inne parametry. W 1986 r. SONET-em zainteresował się CCITT (International Consultative Committee on Telephony & Telegraphy). W 1989r. opublikowano w Księdze Niebieskiej w zaleceniach G.707, G.708 i G.709 zbiór standardów określonych mianem SDH (Synchronous Digital Hierarchy).
Zalecenie G.707 określa stosowane przepływności binarne na poszczególnych poziomach zwielokrotnienia synchronicznego. W zaleceniu G.708 określono strukturę modułu STM-1 oraz strukturę i funkcję nagłówka sekcji SOH. Zalecenie G.709 definiuje między innymi zasady zwielokrotnienia sygnałów składowych różnych poziomów hierarchii plezjochronicznej. Do chwili obecnej trwają prace nad szczegółami dotyczącymi standardów SDH.
Podstawową przepływnością binarną w SDH jest 155,52 Mbit/s. Aby umożliwić współpracę dotychczasowych systemów plezjochronicznych z kanałem 155 Mbit/s, zdefiniowano synchroniczny moduł transportowy pierwszego rzędu STM-1 (Synchronus Transport Module), jak i wyższe stopnie synchronicznej hierarchii cyfrowej pracujące z przepływnościami 622 Mbit/s (STM-4) oraz 2,5 Gbit/s (STM-16).

Proces przetwarzania danych analogowych na cyfrowe

1. Próbkowanie sygnału cyfrowego Zakres częstotliwości w jakim zachodzi próbkowanie sygnału jest ściśle związany z pasmem kanału telefonicznego i wynosi w tym przypadku 300Hz do 3,4kHz. Częstotliwości te zostały określone na podstawie badań mowy ludzkiej. Wynika z nich, że aby przenieść mowę ludzką, tak aby była ona jednoznacznie rozpoznawalna przez inną osobę z drugiej strony analogowego kanału telefonicznego i aby przy maksymalnym zawężeniu tego pasma wystarczy zakres częstotliwości 300Hz do 3,4kHz (teoretyczną wartością jest 0 - 4kHz). Dla uzyskania maksymalnie wiernego odtworzenia sygnału cyfrowego w analogowy, sygnał analogowy winien być próbkowany zgodnie z prawem Shannona-Kotielnikowa z przynajmniej dwa razy większą częstotliwością niż maksymalna częstotliwość sygnału jaki mamy spróbkować - fmax. W naszym wypadku dla szerokości pasma prawie 4kHz będzie to częstotliwość fp = 8kHz. Z zależności między okresem, a częstotliwością wynika, że próbki są przesyłane co odstęp czasu równy T=125µs.
   fp > 2*fmax
   fp = 1/T

2. Kwantyzacja sygnału według krzywej kompresji A zgodnej z zaleceniem CCiTT W celu uzyskania konsensusu między jakością transmisji, a ilością danych generowanych przez próbkowanie cały zakres amplitudy sygnału podzielono 256 części, co odpowiada 2⁸, czyli 8 bitom potrzebnym do przesłania jednej próbki sygnału. Można wtedy rozpoznawać mowę w sposób na tyle wyraźny, że wiadomo co dana osoba mówi. Sprowadzenie wartości próbki sygnału analogowego do dozwolonego poziomu kwantyzacji (jednego z 256) nazywamy kwantyzacją. Błędy wynikające z zaokrągleń amplitudy sygnału noszą nazwę błędów kwantyzacji. Charakterystyka krzywej kwantyzacji nie jest linią prostą, gdyż na podstawie doświadczalnej określono, że się błąd kwantyzacji jest mniejszy przy zakrzywieniu charakterystyki do postaci logarytmicznej. Charakterystyka ta zapewnia dużą dokładność próbkowania sygnałów o małej amplitudzie i mniejszą dokładność dla sygnałów o wysokich wartościach amplitudy.

3. Kodowanie sygnału.
   Jest to operacja, która dzieje się zaraz po kwantyzacji i ma na celu przyporządkowanie 8 bitowej wartości cyfrowej skwantyzowanej próbce analogowej. Taka 1 bajtowa informacja przenosi informację o numerze poziomu, jakiemu odpowiadała dana próbka sygnału analogowego.

 

Określanie stopy błędów

Generator sekwencji pseudolosowej PRBS jest zbudowany na bazie rejestru przesuwnego sprzężonego zwrotnie z bramką EXOR.

Maksymalny okres wzorca zależy od:

• Długości rejestru przesuwnego

• Miejsca w którym jest przyłączony rejestr przesuwny.

Fazy pomiaru:

• Wybór wzorca pomiarowego dla nadawcy i odbiorcy

• Uzyskanie synchronizacji pomiędzy wzorcem odebranym, wzorcem porównawczym

• Porównanie obu wzorców i zliczenie bitów niezgodnych.

Stosowane wzorce:

• Słowo cyfrowe - jakaś kombinacja bitów powtarzająca się co określoną ilość czasu w sposób ciągły w jakimś określonym z góry czasie, lub cały czas.

• Przebiegi pseudolosowe - liczby generowane według jakiegoś matematycznego wzorca, czyli właściwie nie losowo nadawane w sposób ciągły w określonym czasie.

Zwielokrotnianie w systemach cyfrowych

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 nie możliwe, 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.

W systemach teletransmisyjnych rozróżnia się dwa rodzaje zwielokrotnienia z podziałem czasu:

• Zwielokrotnienie z przeplataniem bitów (bit po bicie) - np. systemy PDH

• Zwielokrotnienie z przeplataniem bajtów (bajt po bajcie) - np. ramka sygnału 2Mbitps, systemy SDH.

Budowa strumienia 2Mb/s

• Informacje są przekazywane w postaci 8 bitowych pakietów informacji (256 stanów),

• Próbkowanie odbywa się z częstotliwością 8kHz, czyli co 125ms,

• Ramka ma budowę według zasady bajt po bajcie (30 kanałów użytecznych) z dodanym bajtem wzoru fazowania ramki (FAW) i bajtem sygnalizacji dla szczelin czasowych.

Wzór Fazowania Ramki (FAW), Słowo serwisowe

• Umożliwia właściwe rozpoznanie kolejnych numerów ramek i w związku z tym właściwą interpretację przychodzących danych - synchronizację ramki.

• Umożliwia obliczanie stopy błędów (10-3, 10-5), czyli wierność przesyłu danych.

• Ma stałą postać "X0011011", gdzie X to wartość dowolna. Słowo serwisowe jest nadawane w szczelinie zerowej w ramce nieparzystej, zaś wzór fazowania ramki, też w szczelinie zerowej, ale w ramce parzystej włącznie z zerową.

Słowo serwisowe zwiera informacje alarmowe na bicie D i dane na bicie Y. Bit N może przenosić zarówno dane jak i alarmy, w zależności od konfiguracji. Ponadto słowo serwisowe może przenosić sygnał kodowania cyklicznego CRC4 wykluczającego pojawienie się w danych sekwencji synchronizacyjnej. 5.

Wieloramka sygnalizacyjna w szczelinie 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 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.

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.

Zalecenie G.703 dla systemu PDHG.703 dla systemu PDH

Częstotliwość zegara	2048kHz ± 50ppm	8448kHz ± 30ppm	34368kHz ± 20ppm	139264kHz ± 30ppm
Kod liniowy	HDB3		HDB3	CMI
Impedancja linii	75Ω - koncenrtyk 120Ω - symetryczny		75Ω	75Ω
Amplituda impulsu wyjściowego	3 Vp ± 10% dla 120W 2,37Vp ± 10%	±2,37Vp ± 10%	75Ω 1Vp ± 10%	75Ω 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

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:

Właściwości i wady systemów PDH

• w porównaniu do nowszych technologii mała przepływność sygnału liniowego

• zawodność systemów PDH

• energochłonność

• konieczność stosowania hierarchii demultiplekserów kiedy chcemy wydzielić pojedynczy sygnał E1 z E4

• brak standaryzacji ostatnich stopni zwielokrotniania (E5, T4)

• trzy różne standardy PDH na świecie (Europa, Ameryka, Japonia)

Wstęp do systemów SDH

Systemy SDH stopniowo wypierają systemy PDH z rynku telekomunikacyjnego, gdyż gwarantują wyższe przepływności (powyżej 1Gb/s) z zastosowaniem światłowodów. Gwarantują synchroniczną transmisję zgodnie z głównym zegarem systemu o dokładności 10^-11. Generują ramki co 125µs o stałej budowie nagłówka. Stałe lub zmienne poślizgi fazy w punkcie odbiorczym sygnału wynikające ze zmieniających się warunków światłowodów transmisyjnych poprawia się za pomocą znaczników AU przyporządkowanych do kontenera wirtualnego VC.

Znacznik AU w VC wskazuje początek przestrzeni adresowej kontenera lub przesunięcie go względem znacznika. Przesunięcie może być dodatnie i zerowe (możliwe w PDH) oraz ujemne (tylko w SDH). Stosowanie takiej samej metody tworzenia nagłówków i znaczników w kontenerze zarówno wyższego rzędu, jak i niższego pozwala swobodnie wydzielać z kontenera np. STM-1 dowolny strumień 2Mb/s lub nawet 64kb/s (np. rozmowa telefoniczna).

Zalety systemów SDH

•         Zgodność standardów w Europie, Japonii i USA,

•         Dane przesyłane są synchroniczne,

•         Przepływność podstawowa to 155Mb/s,

•         Dla wielu systemów zwielokrotnienia ten sam nagłówek uzupełniany tylko za każdym razem o potrzebne informacje,

•         Przepływności STM są kolejnymi całkowitymi mnożnikami wartości 155Mb/s, np. 1, 4, 6, 8 ... ,

•         Zwielokrotnienie następuje bajtowo, a nie bitowo, · Możliwość transportowania danych plezjochronicznych,

•         Zwielokrotnienie oparte na wskaźnikach, · Możliwość dopełniania bitowego dodatniego, ujemnego lub zerowego,

•         Wskaźniki umożliwiają swobodne oddzielenie danych od nagłówka, co umożliwia wyseparowanie dowolnego zwielokrotnienia nawet na trasie.

Poziomy zwielokrotnienia w systemach SDH

Zwielokrotnienie rozpoczyna się od STM-1. Jest to najniższa jednostka zwielokrotnienia o przepływności 155Mb/s (155 520kb/s). Może ona bezpośrednio być nośnikiem strumienia PDH o przepływności 140Mb/s. Tylko trzy pierwsze zwielokrotnienia STM posiadają certyfikat CCiTT (ITU-T). Proces zwielokrotnienia przebiega dwuetapowo. Na początku przebiega multipleksacja kontenerów VC niższego do wyższego rzędu. Następnie odbywa się włączanie odpowiednich informacji o kontenerach do nagłówka SOH (Section Overhead). Tak powstały moduł STM jest wysyłany w trasę. Przetwarzanie zawartości nagłówka SOH daje możliwość wglądu w zawartość modułu STM na trasie i wyodrębnienia z niego pojedynczej przepływności lub włączenie innej. Sumaryczna przepływność może być dużo mniejsza od maksymalnej możliwej do osiągnięcia w danym STM'ie.

Nośnik optyczny	Interfejs elektryczny	Moduły transportowe - STM	System (Mb/s) synchroniczny SDH/SONET	Zwielokrotnienie	Liczba kanałów telefonicznych
OC-1	STS-1	-	51,84	1	672
OC-2	-	-	103,68	2	1344
OC-3	STS-3	STM-1	155,52	3	2016
OC-4	-	STM-3	207,36	4	2688
OC-9	STS-9	STM-3	466,56	9	6048
OC-12	STS-12	STM-4	622,08	12	8064
OC-18	STS-18	STM-6	933,12	18	12 096
OC-24	STS-24	STM-8	1244,16	24	16 128
OC-36	STS-36	STM-12	1866,24	36	24 192
OC-48	STS-48	STM-16	2488,32	48	32 256
OC-96	STS-96	STM-32	4976,64	96	64 512
OC-192	STS-192	STM-64	9953,28	192	129 024

Budowa modułu transportowego STM-1

Moduł STM-1 składa się z 9 linii po 270 bajtów. W tym zawiera się nagłówek SOH 9*9bajtów. Czas trwania pojedynczej ramki to 125ms. Oznacza to, że częstość powtarzania się ramki to 8kHz-ów. Przepustowość pojedynczego bajtu ramki to 64kb/s.

Ramka STM-1 składa się z pola danych Payload, nagłówka SOH (utrzymaniowy) i blok wskaźników PTR.

Pole Payload zawiera 9*261 bajtów (2349 bajtów). Służy ono do przenoszenia właściwych danych użytecznych. Według zalecenia CCiTT zgodnie ze standardem G.703 w polu Payload można uzyskiwać przepustowość od 1,5Mb/s (poziom 1 w USA) do 140Mb/s (poziom 4 w Europie).

Nagłówek SOH przenosi dane utrzymaniowe, w postaci np. wzoru fazowania ramki, bajtów nadzoru, administracji siecią i sterowania nią. Nagłówek SOH dzieli się na dwie części: część RSOH, która stanowi zbiór danych sterujących i informacyjnych dla sekcji regeneratora i część MSOH, która stanowi nagłówek dla multiplekserów.

Blok wskaźników (PTR) służy do określenia położenia kontenera wirtualnego względem ramki STM. Umożliwia to dotarcie do strumieni składowych kontenera wirtualnego, bez demultipleksacji całego sygnału, określenie przesunięcia fazowego kontenera w przypadku współpracy z systemem plezjochronicznym, tj. dopełnienia dodatniego/zerowego/ujemnego. Wskaźnik PTR składa się z trzech wskaźników po 3 bajty każdy. Są one umieszczone w linii 4. Określają one rodzaj dopełnienia i jego wartość.

Budowa modułu transportowego STM-N

Ramka STM-N jest podobna w budowie do ramki STM-1. Różnica polega głównie na przepływności obu z mnich. Ramka STM-1 ma przepływność 155Mb/s, zaś STM-N N razy większą niż tamta. Wynika stąd, że w ciągu 125µs jest transportowane N*9*270 bajtów danych. Przy takim zwielokrotnieniu ulega zmianie położenie poszczególnych sygnałów użytecznych w ramce STM-N, niż w STM-1. W związku z tym muszą być modyfikowane po wprowadzeniu każdego sygnału nagłówki STM-N. Polityka zwielokrotniania sygnału np. STM-4 w STM-16 polega na tym, że ramka STM-16 jest zaopatrywana w odpowiednie nagłówki wynikające z wprowadzania do jej wnętrza 4 strumieni i wstawianiu kolejno po 4 bajty każdego ze strumieni wg narzuconej kolejności. Gdyby liczbę 4 zastąpić jakąś uniwersalną liczbą N, będącą liczbą całkowitą dodatnią i liczbę 16 zamienić na m zgodnie z tą samą konwencją, to liczba N oznaczała by ilość bajtów, co jaki następuje przeplot, a liczba M/N oznaczałaby maksymalną ilość strumieni jakie jest w stanie przenieść strumień wyższego rzędu oraz zarazem liczbę, co którą dany strumień wysyła N bajtów danych.

Systemy PDH w celu zabezpieczenia danych przed błędami w czasie transmisji stosowały kody liniowe. Sprawa ma się identycznie dla systemów SDH wykorzystujących styki elektryczne zgodne z zaleceniem CCiTT G.703. Systemy SDH dla transmisji z udziałem włókna optycznego stosują Scrambling. Skramblowanie polega na przemnażaniu porcji danych przez sekwencję pseudolosową, w celu uprzypadkowienia danych i lepszego rozłożenia się mocy sygnału w paśmie transmisyjnym. Skrambler działa po stronie nadawczej urządzenia i ma postać rejestru przesuwnego połączonego logicznie z wejściem. Deskrambler działa po stronie odbiorczej i ma podobną budowę do Skramblera, zaś jego zadaniem jest jak nazwa sugeruje odtwarzanie danych przychodzących poddanych skramblowaniu.

Sieci SDH są w dzisiejszych czasach jedynym sposobem (oprócz DWDM) na przesyłanie danych cyfrowych do odległych lokalizacji, dzięki temu, że pozwalają na odwzorowanie wielu typów sygnałów, o niższych przepływnościach, niezsynchronizowanych z SDH, do struktur synchronicznych. Z usług SDH korzystają m.in. GSM, Internet, DQDB, FDDI. Sieci SDH charakteryzują się również o wiele większą niezawodnością od innych oraz mniejszą podatnością na uszkodzenia wynikającą z budowy m.in. struktur pierścieniowych. Dzięki temu mają możliwość automatycznej rekonfiguracji w czasie krótszym niż 50 ms.

Stosuje się następujące wielokrotności:

• STM-1      (155,52 Mbit/s),

• STM-4      (622,08 Mbit/s),

• STM-16    (2488,32 Mbit/s),

• STM-64    (9953,28 Mbit/s),

• STM-256  (39813,12 Mbit/s).

Budowa kontenera C

Kontener C to zdefiniowana przepływność binarna, którą umieszcza się w ramce STM-1. Oznacza to tyle, że co 125µs jest przesyłana paczka informacji o powyższej pojemności. W jego skład wchodzi:

•         Informacja użyteczna (np. system PDH),

•         Stałe bity informujące o dopełnieniu i służące do zgrubnej synchronizacji,

•         Bity służące do dokładnej synchronizacji,

•         Bity kontrolne dopełnienia.

Kontener np. C4 może zostać bezpośrednio dopasowany do kontenera wirtualnego VC-4, ponieważ jego przepływność jest taka sama. Sytuacja jest tak samo prosta dla kontenera C1, C2 i C3 itd. Należy pamiętać, że zawsze następuje dodanie nagłówka POH do kontenera C i utworzenie z niego kontenera VC. Kontener VC jest traktowany zawsze jako integralną część którą przeprowadza się w nie naruszonym stanie od nadawcy do odbiorcy.

Tak spreparowana informacja jest uzupełniana o przesunięcie. Nosi ona nazwę jednostki podrzędnej. Kilka jednostek podrzędnych TU zwielokrotnionych bajtowo stanowi jednostkę nadrzędną TUG.

Połączenie kilku jednostek TUG i np. kontenera C3 oraz nagłówka POH daje kontener wirtualny np. VC-4.

Budowa kontenera VC

Jest to kontener powstały z dodania nagłówka POH do kontenera np. C4. Kontenery dzieli się na wyższego i niższego rzędu. Kontenery niższego rzędu, to te, które są wewnątrz innych kontenerów np. VC-12, VC-3 itd. Kontenery wyższego rzędu to te, które są bezpośrednio transportowane w ramce STM-1.

Zegary synchronizujące sieć SDH

Stosuje się następujące źródła sygnałów zegarowych:

1.      PRC (Primary Reference Clock) - Pierwotny Zegar odniesienia.
Jest to zegar, który wytwarza przebiegi wzorcowe dla całej sieci SDH. Wymaga się, aby zegar taki miał dużą stabilność częstotliwości, był pozbawiony znacznych fluktuacji fazy i był niezawodny. Norma CCiTT G.811 definiuje maksymalny błąd przedziału czasu takiego generatora - MTIE:

•         100*S dla 0.0005<S<5,

•         (5*S + 500)ns dla 5<S<500

•         3ms dla S>500, gdzie
S - czas obserwacji wyrażony w sekundach.

Z doświadczenia wiadomo, że tylko generatory cezowe są w stanie wytworzyć przebieg o żądanej stałości. Zegar jest zbudowany z kilku generatorów cezowych, których żywotność waha się w granicach pięciu lat. Struktura taka nosi nazwę nadmiarowej. Oprócz 4 generatorów cezowych w układzie wytwarzania przebiegu jest jeszcze układ porównywania (komparacji) częstotliwości, głosowania większościowego. Układ pracuje z tzw. gorącą rezerwą, tj. jeden generator pracuje w warunkach zbliżonych do tego generatora, który jest aktualnie wykorzystywany. Układ porównywania zajmuje się przełączanie na tą właśnie rezerwę, w przypadku awarii lub wymiany generatorów.

Układ wyjściowy generuje strumień synchronizujący 2Mb/s lub2MHz.

2.      SSU (Synchronization Supply Unit) - Zegary sieciowe SSU.
Jest to urządzenie, które podejmuje decyzję z którego źródła należy synchronizować urządzenia całego systemu SDH w danym obiekcie (węzeł telekomunikacyjny). SSU może wybierać z pośród sygnałów wejściowych 2Mb/s, 2MHz, 5MHz lub innych dostępnych. Urządzenie DPLL to mała pętla fazowa, która odszumia przychodzący sygnał zegarowy - czyli stabilizuje go. SSU na wyjściu oferuje zegar o częstotliwości 2MHz.
Urządzeń może być połączone kaskadowo i synchronizować do 20 krotnic na raz (zalecenie G.803).

Wymaga się od SSU, aby miały wysoką dokładność odtwarzania zegara z sygnału wejściowego (niskie fluktuacje fazy - CCiTT G81s ), co najmniej taką jak centrale tranzytowe.

Układy zegarowe krotnicy SDH są ostatnią deską ratunku w przypadku zaniku synchronizacji centralnej systemu.

Synchronizacja sygnałem przychodzącym jest ostatnią możliwością synchronizacji. Jest ona wysoce niedokładna i podatna na zakłócenia.

Podsumowanie systemu SDH

1.      Systemy synchroniczne umożliwiają osiągnięcie ogromnych przepływności rzędu kilku 10Gb/s (STM - 64) z zastosowaniem światłowodów (np. na 80 nośnych we włóknie).

2.      Uniwersalność systemu SDH umożliwia kompatybilność z technikami PDH i ATM.

3.      Łatwość wydzielania ze strumienia o wysokiej przepływności pojedynczego strumienia.

4.      Uniwersalna konstrukcja umożliwiająca szerokie wykorzystanie kanału administracyjnego np. do zarządzania siecią.

5.      Technika przeplotowa umożliwia zminimalizowanie opóźnień wytwarzanych przez urządzenia pośredniczące w systemie SDH (multipleksery itd.).

6.      Metoda wytwarzania uprzypadkowienia została pomyślana tak, aby jak najmniej obciążać układ nadawczy, a zarazem nie wprowadzać nadmiernych opóźnień.

7.      Kompatybilność SDH z różnymi standardami transmisji w różnych krajach.

8.      Możliwość działania według struktury punkt-punkt (2; 4 włókna), ring (samonaprawialność) i gwiazdy. Struktura punkt-punkt może działać na 2 włóknach - ta sama informacja idzie różnymi drogami lub na jednym włóknie tj. przełączana na inne o ruchu na niższym priorytecie w czasie awarii.

Damian Świrski E1C1S1