3 Организация системы тактовой сетевой синхронизации в телекоммуникационных сетях

3.1 Виды синхронизации

Цифровая сеть - сеть, в которой осуществляется совмещение процес­сов цифровой передачи и цифровой коммутации, обеспечивающая суще­ствование сквозного цифрового тракта передачи от одной коммутацион­ной станции до другой такой же станции. Все операции по обработке сиг­налов в цифровых системах передачи (будь то передающая или приемная аппаратура) и системах коммутации должны выполняться в строгой по­следовательности во времени и синхронно. Только в этом случае пере­данные сигналы попадут на приемной стороне на отведенные им времен­ные позиции и в свои каналы.

В технологии электросвязи существует четыре основных понятия син­хронизации: тактовая, фазовая, цикловая и временная.

Тактовая (частотная) синхронизация является наиболее важным ти­пом синхронизации, суть её заключается в согласованности по частоте задающих генераторов всех цифровых устройств, работающих на сети. Если во всех устройствах скорости передачи с высокой точностью равны скоростям приема, то при передаче информации не будет возникать поте­ри информации из-за периодических проскальзываний*.

Фазовая синхронизация обеспечивает соответствие фаз принимаемого и генерируемого сигналов. Как правило, этот вид синхронизации важен для функционирования тех или иных элементов оборудования, то есть для внутренних процессов в системах передачи. Например, фазовая синхро­низация используется при подаче стробирующего сигнала на решающее устройство регенератора с тем, чтобы момент принятия решения в реге­нераторе совпадал бы с максимумом амплитуды принимаемого импульса.

Цикловая синхронизация, или выравнивание кадров предполагает вы­явление циклового синхросигнала (метки кадра) с тем, чтобы обеспечить корректную работу временного селектора на приеме, и следовательно, компонентам цикла передачи.

Временная синхронизация сводится к установлению единого времени ля всех устройств сети. Обычно этот вид синхронизации предполагает использование системы всемирного скоординированного времени (UTC -Coordinated Universal Time). Это совершенно самостоятельная задача, од­нако существуют проекты, позволяющие объединить эту задачу с задачей частотной синхронизации.

Способы тактовой (частотной) синхронизации подразделяются на не зависимые (автономные), принудительной синхронизации и взаимной синхронизации. Способы принудительной синхронизации в свою очередь подразделяются на способы «ведущий - ведомый» и «распределенный ведущий».

Автономный способ используется на соединениях между цифровыми устройствами в случаях, когда эти устройства по тем или иным причинам не могут быть синхронизированы от одного генератора. Способы прину­дительной синхронизации применяются наиболее часто, причем способы типа «ведущий - ведомый» оказываются наиболее рентабельными. Пер­вым «ведущим» при этом является задающий генератор в автономном режиме, а «ведомым» - генератор с принудительной синхронизацией. От второго генератора синхросигнал передается следующему и т. д. Таким образом, образуется цепь генераторов, в начале которой находится авто­номный. При способе «распределенный ведущий» синхросигнал от веду­щего генератора передается каждому ведомому непосредственно.

Проскальзывание - возникновение ошибки при приеме очередного символа из-за расхождения скоростей передатчика и приемника. Если скорость приемника ниже - периодически происходит пропуск очередного символа, если выше – один и тот же символ считывается два раза.

Этот способ находит применение в радиосвязи и для внутриузловой синхрони­зации. Способы взаимной синхронизации наиболее совершенны теорети­чески, но весьма сложны и применяются по преимуществу для повыше­ния качества первичных (ведущих) генераторов на сетях СЦИ.

При автономном способе синхронизации (рис. 3.1) на каждой станции скорость обработки сигналов задается своим (автономным) задающим гене ратором (ЗГ).

^рис. 3.1 Связь между станциями с автономными задающими генераторами

Поступающие на станцию 1 сигналы записываются в устройство буферной памяти (БП) с помощью импульсов, синхронизирован ных выделенным из линейного сигнала сигналом тактовой частоты f2 _передающего генератора, а считываются - с частотой приемного f1 _Если среднее значение тактовой частоты f2 отличается от f1, то запоминающе устройство БП постепенно опустошается или переполняется, в зависимости от того, какая из частот больше. При f2 > f1 БП первой станции переполняется, что приводит, в конце концов, к исключению очередного бита принимаемого сигнала. При f2 <f1 БП первой станции опустошается, и это заставляет периодически осуществлять повторение одного бита прини­маемого сигнала. Такое явление называется неуправляемым проскальзы­ванием; это вызывает весьма существенные ухудшения работы цифровой сети, такие, как:

• потерю циклового синхронизма, потерю данных или замедление скорости их передачи;

• низкочастотный шум или щелчки при передаче речевых сигналов;

• потерю части изображения или остановку его движения, «замораживания» строк или даже целого кадра изображения;

• искажение изображений при факсимильной передаче.

Однако буферная память позволяет смещать импульсы записи и счи­тывания на интервал, равный длительности цикла передачи Т_и. При этом пропадает или повторяется целый цикл передачи, но сохраняется цикло­вая синхронизация. Такое проскальзывание называется управляемым.

Если при управляемом проскальзывании относительная нестабиль­ность частоты задающих генераторов станций равна

(1)

где Δf- отклонение частоты задающего генератора от номинального зна­чения fзг, то для наихудшего случая отклонения частот в противополож­ные стороны проскальзывания будут наблюдаться через время, равное

(2)

Из (2) следует, что интервал времени между проскальзываниями уменьшается с ростом относительной нестабильности тактовой частоты η, т. е. частота возникновения проскальзываний возрастает и, следовательно, качество предоставляемых услуг ухудшается прямо пропорционально разнице частот синхронизации в сети и ее элементах. При относительной нестабильности η= 10 ^-11 и длительности цикла Т_ц = 125*10 ^-6 с

проскальзывания будут наблюдаться через интервалы времени, равные 72,3 сут.

при относительной нестабильности η = 10 ^-9 проскальзывания будут возникать через 17,36 ч.

Следует отметить, что буферная память может использоваться также для подавления фазовых флуктуации выделяемого тактового сигнала.

Требования к частости проскальзываний при соединении от абонента до абонента по основному цифровому каналу (ОЦК) нормируются со­гласно Рекомендации МСЭ-Т G.822. Для стандартного цифрового эталон­ного соединения длиной 27500 км, которое представляет собой соедине­ние двух национальных сетей через несколько международных транзитов и насчитывает в общей сложности 13 узлов и станций, допускается:

А - не более 5 проскальзываний за 24 ч в течение 98,9 % времени работы;

В - более 5 проскальзываний за 24 ч, но менее 30 за 1 ч в течение 1 % времени работы;

С - более 30 проскальзываний за 1 ч в течение 0,1 % времени работы.

При этом считается, что общее время работы должно составлять не менее 1 года, а категория качества А соответствует случаю нормальной работы эталонной цепи, В - с пониженным качеством работы и С - с не­удовлетворительным качеством работы между национальными и между­народным участками соединения от абонента до абонента. На междуна­родный участок отводится 8% от продолжительности работы в указанных условиях, а на каждую из двух национальных сетей - по 46 %, из которых 40 % - на местную сеть.

В идеально работающей синхронной цифровой сети возможность воз­никновения проскальзываний исключена. Нормирование проскальзыва­ний означает, что в принципе допускаются в известных пределах наруше­ния в работе синхронизации и использование на синхронных цифровых сетях автономных режимов работы.