Интерфейс g 703 тактовая синхронизация. Физические характеристики и типы цифровых интерфейсов T1, E1. Плезиохронная цифровая иерархия
FXS
Интерфейс, используемый для подключения телефонного аппарата. Подает на телефонный аппарат необходимое напряжение (-48V), генерирует звонки и тональные сигналы, воспринимает положение трубки (снята/положена) и набор номера от телефонного аппарата.
FXO
Интерфейс, используемый для эмуляции телефонного аппарата, подключенного к АТС. Использует подаваемое АТС напряжение (-48V), воспринимает звонки и тональные сигналы. Эмулирует положение телефонной трубки (снята/положена) и генерирует набор номера для АТС.
E&M
Интерфейс взаимодействия между АТС. Имеет одну или две дифференциальных пары для передачи голоса и две дополнительных линии для передачи сигналов («занят», «свободен», «жду», «вызываю»). В зависимости от количества пар для голоса и методов передачи сигнализации различают E&M типов I, II, III, V.
E1
Цифровой интерфейс, подразумевающий передачу до 30 голосовых каналов. В отечественной терминологии называется также ИКМ-30 . Каждый голосовой канал занимает полосу 64 кбит/с, кроме того используется отдельный канал для синхронизации и отдельный канал для передачи управляющих сигналов. Т.е. всего поток E1 включает 32 канала по 64 кбит/с и имеет скорость 2 Мбит/с. При передаче голоса по E1 может использоваться сигнализация CAS, эмулирующая FXO, E&M или FXS, или сигнализация ISDN PRI. Некоторые типы оборудования позволяют использовать E1 и для передачи данных. В этом случае обычно можно объединить несколько каналов по 64 кбит/с в один виртуальный порт с пропускной способностью Nx64 кбит/с.
Интерфейсы для передачи данных
V.24 (RS-232)
Наиболее распространенный интерфейс для взаимодействия устройств передачи данных на низких скоростях. Согласно стандарту, RS-232 обеспечивает скорость до 19200 бит/с при длине соединительного кабеля до 15 метров. В современном оборудовании используется и на более высоких скоростях (при коротких кабелях - до 115.2 кбит/с и даже выше). Стандартный разъем – DB25M для DTE и DB25F для DCE. Часто встречаются другие типы разъемов (например, DB9 в IBM PC).
V.35
Используется для обозначения одного из интерфейсов взаймодействия устройств передачи данных на высоких скоростях (до 2 Мбит/с). Использует дифференциальные пары для сигнальных линий и линий тактирования и недифференциальные – для линий управления (DTR/DSR, RTS/CTS, DCD и т.п.). Стандартного разъема для V.35 не существует, в большинстве случаев используется четырехрядный разъем M34.
V.36 (RS-449)
Как и V.35, используется для обозначения интерфейса взаймодействия устройств передачи данных на высоких скоростях (до 2 Мбит/с). Отличается от V.35 тем, что все линии, включая управляющие – дифференциальные. Наиболее распространенная реализация RS-449 использует двухрядный разъем DB37.
X.21
Еще один интерфейс, предназначенный для работы на высоких скоростях (до 2 Мбит/с). Встречается достаточно редко. Отличается от V.35 и V.36 сокращенным набором сигнальных линий. Все линии – информационные, тактирующие, сигнальные – выполнены как дифференциальные пары. Стандартный разъем – DB15.
V.11
Стандарт, описывающий передачу информации, тактирования и управляющих сигналов через дифференциальные пары (как в V.36 и X.21). Часто используется для обозначения интерфейсов передачи данных с сокращенным набором сигнальных линий или вообще их не использующих. Разъем не специфицирован и зависит от оборудования.
G.703
Описывает передачу потока 2 Мбит/с по двум витым парам с волновым сопротивлением 120 Ом (балансный режим) или двум коаксиальным кабелям с волновым сопротивлением 75 Ом (небалансный режим). G.703 включает способ модуляции сигнала (HDB3) и методы тактирования. Применяется для передачи потока E1 (он же ИКМ-30), используемого для цифровой передачи до 30-ти голосовых каналов или для передачи данных.
Что такое G.703?
G - группа стандартов CCITT относящаяся к телефонным сетям. Наиболее известны:
G.703
стандарт, описывающий электрические характеристики для передачи
цифрового потока со скоростью 2Мбит/с в секунду через медную витую
пару. Для подключения обычно использует две витых пары с волновым
сопротивлением 120 ом (balanced) или два коаксиальных кабеля 75 ом (unbalanced).
Дальность - порядка 1.5 км без регенераторов. Модификация G.703.1
описывает то же, но для скорости 64 кбит/с
G.704
описывает фрейминг, т.е. "упаковку" в 2-х мегабитный сигнал G.703
30-ти каналов по 64 кбит/с. В 2048 кбит/с вмещается 32 канала по 64
кбит/с, но два используются как служебные.
G.703 и G.704 вместе дают то, что называется E1 или ИКМ-30 - цифровой тракт для передачи между АТС 30-ти телефонных разговоров по одному проводу. Сейчас активно используется и для передачи данных.
G.711
Импульсно-кодовая модуляция (Pulse Code Modulation) - способ
превращения аналогового сигнала в цифровой поток со скоростью 64
кбит/с (оцифровка по определенному алгоритму со скоростью 8 тыс. раз
в секунду и разрядностью 8 бит). Обеспечивает неискаженную передачу
сигнала в полосе человеческого голоса (до 4 кГц) с отношением
сигнал/шум 40 дб
G.722
Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ADPCM).
Передает не абсолютные значения при каждом отсчете, а их приращение
относительно предыдущего. Позволяет снизить требуемую для передачи
голоса скорость с 64 кбит/с до 24-48 кбит/с (в зависимости от того,
насколько точно передается приращение). Приводит к снижению
отношения сигнал/шум и менее точному воспрозведению оригинального
сигнала. На слух это может быть незаметно, а вот модемы и факсы
могут не работать.
G.729
Алгоритм "сжатия голоса" (уменьшения нужной для передачи голоса
скорости), работающий на принципе кодирования. Т.е. вместо
оцифрованного голоса передаются номера выборок из хранящейся в
памяти "кодовой книги", где описаны типичные элементы человеческого
голоса. Называется ACELP - Algebraic Code Excided
Linear Prediction.
Позволяет передавать голос через канал со
скоростью 8 или 16 кбит/с. Работа факса или модема через такой
канал, естественно, невозможна, поскольку их "жужжание" и "шипение"
ничего общего с голосом не имеет.
Основным стыком, используемым для взаимного подключения блоков и систем ЦСП, является интерфейс по рекомендации G.703 МСЭ-Т.
Формально данный стандарт основан на следующих рекомендациях МСЭ-Т: G.702 "Скорости передачи цифровой иерархии" (ПЦИ); G.704 "Структура синхронных кадров, основанных на первичном (1544 кбит/с) и вторичном (2048 кбит/с) уровнях"; I.430 "Основной интерфейс ISDN сети пользователя - первый уровень спецификации (протокол сигнализации D-канала)".
Интерфейс G.703 предназначен для обслуживания сетей с обеими цифровыми иерархиями - ПЦИ и СЦИ. Рассмотрим основные физические и электрические характеристики интерфейса, регламентируемые рекомендацией G.703:
1.Схема взаимодействия аппаратуры . Предусмотрены три схемы взаимодействия аппаратуры:
· Сонаправленный интерфейс (СНИ) (codirectional interface). Информационный и синхросигнал передаются от одного терминала к другому, причем терминалы равноправны и симметричны (Рис. 6.54);
· Разнонаправленный интерфейс (РНИ) (contradirectional interface). Терминалы неравноправны. Синхросигнал предается от управляющего к управляемому. Информационные сигналы симметричны (Рис. 6.55).
Рис. 6.55. Разнонаправленный интерфейс
· Интерфейс с центральным тактовым генератором (ЦГИ) (centralized clock interface). Синхросигналы поступают от центрального тактового генератора, информационные сигналы симметричны (Рис. 6.56).
Рис. 6.56. Интерфейс с центральным тактовым генератором
2.Скорость передачи и частота синхронизирующего сигнала . Данные параметры в основном соответствуют ПЦИ. Синхросигнал может поступать от отдельного источника или формируется из информационного сигнала. Частота синхросигнала может совпадать со скоростью передачи или может быть в два, четыре или восемь раз меньше. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может применяться и частота 8 кГц.
3.Тип кода и алгоритм его формирования . Зависит от скорости передачи и схемы взаимодействия. Виды используемых кодов:
· AMI (Alternate Mark Inversion code) - двоичный код с изменением полярности сигнала на каждой единице, нуль соответствует отсутствию сигнала.
· B3ZS (Bipolar with 3 Zero Substitution code) - биполярный код с подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из трех нулей. Аналог кода HDB2.
· B8ZS (Bipolar with 8 Zero Substitution code) - биполярный код с подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из восьми нулей.
CMI (Coded Mark Inversion code) - двухуровневый двоичный код без возвращению к нулю с изменением полярности на полный интервал на каждой единице и в середине каждого интервала "0".
HDB2 / HDB3 (High-Density Bipolar code of order 2/3) - двухполярный код высокой плотности единиц порядка 2 или 3.
Следует отметить, что указанные типы кодов относятся только к интерфейсу , а не к линии в целом. Если применяются кабели с металлическими проводниками, то коды могут совпадать. Для ВОЛС тип кода заменяют двухуровневым.
4. Форма (маска) импульса и соответствующие поля допуска. Специфицируются для каждой скорости передачи и схемы взаимодействия.
5. Тип используемой кабельной пары для каждого направления передачи. Обычно применяются КК, СК или их сочетание.
6. Волновое сопротивление .
7. Максимальное напряжение импульса, уровень сигнала в паузе, длительность импульса .
В Табл. 6.8 приведены основные параметры интерфейса для различных скоростей передачи.
Обычно производители цифровых систем передачи ограничиваются частичной реализацией интерфейса G.703, например, только скорости 2048 кбит/с в случае канала СЦИ со скоростью 2 Мбит/с. Для скорости 64 кбит/с часто указывается схема взаимодействия аппаратуры. Для сигналов со скоростями ряда n64 кбит/с, характерного для ISDN, передаваемых через оборудование европейской ПЦИ при n=2..31, интерфейс G.703 должен иметь те же физические и электрические характеристики, что и интерфейс для скорости 2048 кбит/с.
Аппаратура может не иметь интерфейса G.703. Для этих случаев используются конверторы с наиболее популярных типов интерфейсов V.24/RS232, V.35, V.36/V.11, X.21/V.11, RS-530.
В. А. Нетес
Рекомендация МСЭ-Т G.703 относится к числу наиболее известных и часто используемых, так как в ней даны определения интерфейсов для передачи сигналов, составляющих основу современных цифровых систем связи. Тем не менее в процессе экспертизы различных документов и при контактах со специалистами во время консультаций или обучения автору неоднократно приходилось сталкиваться с незнанием или некоторым недопониманием отдельных положений этой рекомендации. В какой-то мере к этому могли привести ошибки и неточности, имеющиеся в посвященной данной теме статье и соответствующем разделе книги . Поэтому стоит еще раз вернуться к этой теме и внести необходимые уточнения.
Р екомендация G.703 включает 12 разделов, в каждом из которых описан определенный интерфейс. В связи с этим любая ссылка на интерфейс G.703 без указания конкретного интерфейса лишена смысла. Следует обязательно привести скорость передачи или сослаться на соответствующий раздел документа - например, так: “Интерфейс G.703 со скоростью 2048 кбит/с”1 или, что то же самое, “Интерфейс G.703/6”.
В табл. 1 указано соответствие между разделами Рекомендации G.703 и иерархическими интерфейсами и выделены скорости передачи, используемые на сетях нашей страны. Скорости передачи для американской, европейской и японской плезиохронных цифровых иерархий (PDH) указаны в Рекомендации G.702 .
В разделе 1 (скорость 64 кбит/с) определены три типа интерфейсов: сонаправленный, противонаправленный и с центральным генератором. Они различаются по способу передачи сигнала синхронизации .
Помимо интерфейсов PDH, в этом документе описан и электрический интерфейс для 1-го уровня (STM-1) cинхронной цифровой иерархии (SDH), который используется для внутристанционных связей. Более высокие уровни SDH (STM-4, 16, 64) имеют только оптические интерфейсы.
Внимательный читатель заметит отсутствие в табл. 1 раздела 10, что не случайно, поскольку в нем дано определение интерфейса, который, строго говоря, не соответствует названию рекомендации (“Иерархические цифровые интерфейсы”). Этот раздел относится к сигналам, предназначенным не для передачи полезной информации, а исключительно для синхронизации. Однако в раздел 10 рекомендации включено определение специального синхронизационного интерфейса,
поскольку, во-первых, система синхронизации необходима для нормальной работы всех цифровых сетей связи, а во-вторых, для этого могут использоваться информационные сигналы со скоростями 2048 и 155 520 кбит/с, специфицированные в этом документе).
Характеристики интерфейсов
Прежде всего следует иметь в виду, что в Рекомендации G.703 даны только физические и электрические характеристики интерфейсов. Поэтому фраза: “Рекомендация G.703 вообще не предусматривает необходимые для нормальной маршрутизации заголовки” - лишена смысла, поскольку функциональные характеристики, в том числе и служебная информация (“заголовки”), имеются в других рекомендациях (в частности, G.704 для 1-го и 2-го уровней PDH).
· скорость передачи и ее максимально допустимое отклонение,
· используемый код,
· среда передачи (симметричная или коаксиальная пара) и значение характеристического сопротивления,
· форма и параметры сигнала (напряжение, длительность импульса и т. п.).
Для некоторых интерфейсов установлены дополнительные характеристики: максимальное фазовое дрожание (джиттер), уровень сигнала, затухание и др.
Не останавливаясь на всех важных для разработчиков аппаратуры параметрах (за ними следует обращаться непосредственно к тексту рекомендации), рассмотрим наиболее существенные из них.
Важным параметром, о котором ничего не сказано в , является максимально допустимое отклонение скорости передачи от номинальной. Его принято измерять в миллионных долях (английская аббревиатура - ppm - parts per million). Значения его для всех иерархических цифровых интерфейсов приведены в табл. 2. Относительные величины легко пересчитать в абсолютные. Например, для скорости 64 кбит/с величину абсолютного отклонения вычисляют следующим образом: 64 кбит/с 100 10–6 = 6,4 кбит/с.
Параметры импульсов (амплитуда, длительность, скорость нарастания) и допуски на них определяются графически в виде специальных масок, приведенных в рекомендации.
Номинальная форма импульса всех используемых в нашей стране иерархических цифровых интерфейсов прямоугольная.
Интерфейс синхронизации
Общие принципы построения системы тактовой сетевой синхронизации на цифровых сетях связи России изложены в РТМ . В этом документе учтены как требования соответствующих рекомендаций МСЭ-Т, так и особенности построения сетей связи в нашей стране. В том числе в нем упоминается сигнал синхронизации с частотой 2048 кГц, интерфейс которого описан в разделе 10 Рекомендации G.703. Этот сигнал применяют в случае необходимости внешней синхронизации аппаратуры, а конкретно - в приведенных ниже ситуациях:
· При использовании специальной аппаратуры синхронизации - первичных эталонных генераторов (ПЭГ) и ведомых задающих генераторов (ВЗГ). Каждое из этих устройств должно иметь не менее 16 выходов с интерфейсом G.703/10, а ВЗГ - еще и входы с этим же интерфейсом.
· При использовании систем SDH. Дело в том, что вследствие применения в этих системах механизма смещения указателей в компонентных сигналах возникает джиттер значительно большей величины, чем в системах PDH, содержащий к тому же трудно поддающиеся фильтрации интенсивные низкочастотные составляющие. По этой же причине сигнал 2048 кбит/с, прошедший через системы SDH, не рекомендуется использовать для синхронизации2. Кроме того, прошедший определенное число сетевых элементов SDH синхросигнал, выделяемый из линейного сигнала STM-N, должен подаваться на ВЗГ для фильтрации джиттера. Поэтому все оборудование SDH обязательно имеет выходы для выдачи синхросигнала другому оборудованию и входы для получения синхросигнала, например от ПЭГ или ВЗГ, с интерфейсом G.703/10.
· На узлах и станциях цифровой сети общего пользования для синхронизации аппаратуры в ведомственных и частных сетях.
· При использовании спутниковых линий связи для обеспечения точности установки их частоты не ниже 10–11.
Как и для интерфейса на скорости 2048 кбит/с, максимально допустимое отклонение частоты сигнала 2048 кГц равно 50 ррm, а осуществлять его передачу можно двумя способами: по симметричной или коаксиальной паре (с характеристическим сопротивлением 120 и 75 Ом соответственно). Согласно РТМ , предпочтение отдается первому варианту.
Сигналы с частотой 2048 кГц могут представлять собой последовательность прямоугольных (или близких к ним) импульсов с чередующейся полярностью, либо быть синусоидальными.
Литература
1. Recommendation G.703. Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces (Физические и электрические характеристики иерархических цифровых интерфейсов), 1991.
2. Слепов Н. Н. Интерфейс G.703 // Сети. 1995. № 8. С. 74-78.
3. Слепов Н. Н. Синхронные цифровые сети SDH. М.: Эко-Трендз, 1997.
4. Recommendation G.702. Digital hierarchy bit rates (Скорости передачи цифровой иерархии), 1988.
5. Recommendation G.704. Synchronous frame structures used at primary and secondary hierarchical levels (Структуры синхронных циклов, используемых на первом и втором уровнях иерархии), 1991.
6. Руководящий технический материал по построению тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети связи РФ. М.: ЦНИИС, 1995.