Электронный носитель - E-carrier

E-carrier входит в серию несущие системы разработан для цифровой передачи множества одновременных телефонных звонков мультиплексирование с временным разделением. В Европейская конференция администраций почты и электросвязи (CEPT) изначально стандартизировал Электронный носитель система, которая переработала и улучшила более раннюю американскую Т-авианосец технологии, и теперь это было принято Международный союз электросвязи Сектор стандартизации электросвязи (ITU-T). Он получил широкое распространение почти во всех странах, кроме США, Канады и Японии. Развертывание электронных носителей постепенно заменяется Ethernet поскольку телекоммуникационные сети переходят на все IP.

Структура кадра E1

Линия E1 работает через два отдельных набора проводов, обычно неэкранированная витая пара (балансный кабель) или используя коаксиальный (несимметричный кабель). Номинал 3 вольт пиковый сигнал кодируется импульсами с использованием метода, исключающего длительные периоды без изменения полярности. Скорость передачи данных по линии 2,048Мбит / с (полный дуплекс, т.е. 2,048 Мбит / с в нисходящем направлении и 2,048 Мбит / с в восходящем), который разделен на 32 временных интервала, каждому из которых выделяется 8биты в очереди. Таким образом, каждый временной интервал отправляет и получает 8-битный PCM образец, обычно закодированный в соответствии с Алгоритм A-law, 8000 раз в секунду (8 × 8000 × 32 = 2048000). Это идеально подходит для голосовых телефонных звонков, когда голос отобранный на этой скорости передачи данных и реконструируется на другом конце. Временные интервалы пронумерованы от 0 до 31.

Кадр E1 определяет циклический набор из 32 временных интервалов по 8 бит. Временной интервал 0 предназначен для управления передачей, а временной интервал 16 - для сигнализации; остальные изначально были предназначены для передачи голоса / данных.[1]

Основные характеристики кадра 2 Мбит / с описаны ниже.

Формат кадра E1 ITU-T

Особые временные интервалы

Один временной интервал (TS0) зарезервирован для обрамление целей и поочередно передает фиксированный узор. Это позволяет приемнику фиксировать начало каждого кадра и согласовывать каждый канал по очереди. Стандарты позволяют полностью циклическая проверка избыточности должно выполняться для всех битов, передаваемых в каждом кадре, чтобы определить, теряет ли схема биты (информацию), но это не всегда используется. Сигнал тревоги также может передаваться с использованием временного интервала TS0. Наконец, некоторые биты зарезервированы для национального использования.[2]

Один временной интервал (TS16) часто резервируется для целей сигнализации, чтобы управлять установкой и отключением вызова в соответствии с одним из нескольких стандартных телекоммуникационных протоколов. Это включает в себя сигнализация, связанная с каналом (CAS), где набор битов используется для имитации размыкания и замыкания цепи (как если бы вы снимали трубку и пульсирующие цифры на поворотном телефоне) или с помощью тональной сигнализации, которая передается в самих речевых цепях. Более современные системы используют сигнализация по общему каналу (CCS) такие Система сигнализации 7 (SS7), где для целей сигнализации не зарезервирован конкретный временной интервал, а протокол сигнализации передается по свободно выбранному набору временных интервалов или по другому физическому каналу.[3]

При использовании кадров E1 для передачи данных некоторые системы используют эти временные интервалы немного по-другому, например) TS0: Framing, TS1 -TS32: Data traffic Это называется Channelized E1 и используется там, где требуется кадрирование, оно позволяет использовать любой из 32 временных интервалов. быть идентифицированным и извлеченным.

b) TS0 -TS32: трафик данных. Часто называется ClearChannel E1 или Unchannelized, он используется там, где не требуется кадрирование, не требуется извлечение временных интервалов и требуется полная полоса пропускания (2 Мбит / с).

Выравнивание кадра

В канале E1 связь заключается в отправке последовательных кадров от передатчика к приемнику. Приемник должен получать индикацию, показывающую, когда начинается первый интервал каждого кадра, чтобы, поскольку он знает, какому каналу соответствует информация в каждом временном интервале, он мог правильно демультиплексировать. Таким образом, байты, полученные в каждом слоте, назначаются правильному каналу. Затем устанавливается процесс синхронизации, известный как выравнивание кадров.

Сигнал выравнивания кадра

Чтобы реализовать систему выравнивания кадра, чтобы получатель кадра мог сказать, где он начинается, существует так называемый сигнал выравнивания кадра (FAS). В системе кадров 2 Мбит / с FAS представляет собой комбинацию семи фиксированных битов («0011011»), передаваемых в первом временном интервале в кадре (нулевой временной интервал или TS0). Для поддержания механизма выравнивания FAS не нужно передавать в каждом кадре. Вместо этого этот сигнал можно отправлять в чередующихся кадрах (в первом, третьем, пятом и т. Д.). В этом случае TS0 используется в качестве слота синхронизации. Таким образом, TS0 остальных кадров доступен для других функций, таких как передача аварийных сигналов.

Мультикадр CRC-4

В TS0 кадров с FAS первый бит предназначен для переноса контрольной суммы циклического избыточного кода (CRC). Он сообщает нам, есть ли одна или несколько битовых ошибок в конкретной группе данных, полученных в предыдущем блоке из восьми кадров, известном как субмультикадр.

Процедура CRC-4

Цель этой системы - избежать потери синхронизации из-за случайного появления последовательности «0011011» во временном интервале, отличном от TS0 кадра с FAS. Для реализации кода CRC при передаче кадров 2 Мбит / с создается мультикадр CRC-4, состоящий из 16 кадров. Затем они группируются в два блока по восемь кадров, называемых субмультикадрами, по которым контрольная сумма CRC или слово из четырех битов (CRC-4) помещается в позиции Ci (биты # 1, кадры с FAS) следующего субмультикадра.

На принимающей стороне CRC каждого субмультикадра вычисляется локально и сравнивается со значением CRC, полученным в следующем субмультикадре. Если они не совпадают, определяется, что в блоке обнаружены одна или несколько битовых ошибок, и на передатчик отправляется аварийный сигнал, указывающий, что блок, полученный на дальнем конце, содержит ошибки.

Выравнивание мультикадра CRC-4

Принимающая сторона должна знать, какой бит является первым битом слова CRC-4 (C1). По этой причине необходимо слово выравнивания мультикадра CRC-4. Очевидно, получателю нужно сообщить, где начинается мультикадр (синхронизация). Слово выравнивания мультикадра CRC-4 - это установленная комбинация «001011», которая вводится в первые биты кадров, которые не содержат сигнал FAS.[4]

Преимущества метода CRC-4

Метод CRC-4 в основном используется для защиты связи от неправильного слова выравнивания кадра, а также для обеспечения определенной степени контроля частоты ошибок по битам (BER), когда она имеет низкие значения (около 10−6). Этот метод не подходит для случаев, когда BER составляет около 10−3 (где каждый блок содержит хотя бы один ошибочный бит).

Еще одним преимуществом использования CRC является то, что проверяются все переданные биты, в отличие от тех систем, которые проверяют только семь бит (те из FAS, которые являются единственными известными заранее) из каждых 51 бит (между одним FAS и Следующий). Однако код CRC-4 не является полностью безошибочным, поскольку существует вероятность около1⁄16 что ошибка может произойти и не быть обнаружена; то есть 6,25% блоков могут содержать ошибки, которые не обнаруживаются кодом.

Ошибки мониторинга

Целью мониторинга ошибок является постоянная проверка качества передачи без нарушения информационного потока и, если это качество не соответствует требуемому стандарту, принятие необходимых мер для его улучшения. Телефонный трафик двухсторонний, что означает, что информация передается в обоих направлениях между сторонами связи. Это, в свою очередь, означает, что необходимо учитывать два канала со скоростью 2 Мбит / с и два направления для передачи.

Слово выравнивания мультикадра CRC-4 занимает только шесть из первых восьми битов TS0 без FAS. В каждом втором блоке или субмультикадре есть два бита, задача которых - указывать ошибки блока на дальнем конце связи. Механизм следующий: оба бита (называемые E-битами) имеют значение «1» по умолчанию. Когда дальний конец связи принимает кадр 2 Мбит / с и обнаруживает ошибочный блок, он помещает «0» в бит E, который соответствует блоку в кадре, отправляемом по обратному пути к передатчику. Таким образом, ближний конец связи информируется о том, что обнаружен ошибочный блок, и оба конца имеют одинаковую информацию: один из процедуры CRC-4, а другой из битов E. Если мы пронумеруем кадры в мультикадре от 0 до 15, бит E кадра 13 будет относиться к субмультикадру I (блок I), полученному на дальнем конце, а бит E кадра 15 относится к субмультикадру II (блок II).

Биты контроля

Биты, которые находятся в позиции 2 TS0 в кадре, который не содержит FAS, называются контрольными битами и устанавливаются в «1», чтобы избежать моделирования сигнала FAS.

NFAS - запасные биты

Биты TS0, которые не содержат FAS в позициях 3–8, составляют так называемый сигнал без выравнивания кадра или NFAS. Этот сигнал отправляется чередующимися кадрами (кадр 1, кадр 3, кадр 5 и т. Д.). Первый бит NFAS (бит 3 TS0) используется, чтобы указать, что на дальнем конце связи возникла тревога. При нормальной работе он установлен на «0», а значение «1» указывает на аварийный сигнал.

Биты в позициях 4–8 - это запасные биты, и они не имеют единственного применения, но могут использоваться разными способами, по решению оператора связи. В соответствии с ITU-T Rec. G.704, эти биты могут использоваться в конкретных приложениях точка-точка или для установления канала передачи данных на основе сообщений для управления операциями, обслуживания или контроля качества передачи и т. Д. Если эти резервные биты в NFAS не используются, они должны быть установлены в "1" в международных каналах.

NFAS - бит тревоги

Метод, используемый для передачи сигнала тревоги, основан на том факте, что в телефонных системах передача всегда двухсторонняя). Устройства мультиплексирования / демультиплексирования (обычно известные как устройства мультиплексирования) устанавливаются на обоих концах связи для передачи и приема кадров. Тревога должна быть отправлена ​​на передатчик, когда устройство обнаруживает либо сбой питания, либо отказ кодера / декодера в его мультиплексоре; или любое из следующего в его демультиплексоре: потеря сигнала (LOS), потеря синхронизации кадра (LOF) или BER больше 10−3.

Индикация удаленной тревоги (RAI) отправляется в NFAS возвращаемых кадров с битом 3, установленным в «1». Затем передатчик определяет, насколько серьезна тревога, и продолжает генерировать серию операций в зависимости от типа обнаруженной тревоги.

Канал сигнализации

Помимо передачи информации, созданной пользователями телефонной сети, также необходимо передавать сигнальную информацию. Под сигнализацией понимаются протоколы, которые должны быть установлены между биржами, чтобы пользователи могли обмениваться информацией между ними.

Существуют сигналы, которые указывают, когда абонент снял трубку, когда он или она может начать набирать номер и когда звонит другой абонент, а также сигналы, позволяющие поддерживать связь, и так далее. В системе E1 PCM сигнальная информация может быть передана двумя разными способами: методом сигнализации общего канала (CCS) и методом сигнализации, связанным с каналом (CAS). В обоих случаях временной интервал TS16 основного кадра 2 Мбит / с используется для передачи информации сигнализации.

Для сигнализации CCS сообщения размером в несколько байтов передаются по каналу 64 кбит / с, обеспечиваемому TS16 кадра, причем эти сообщения обеспечивают сигнализацию для всех каналов кадра. Каждое сообщение содержит информацию, определяющую сигнальный канал. Цепи сигнализации обращаются к каналу 64 кбит / с TS16, и они также являются общими для всех сигнальных каналов. Существуют различные системы CCS, составляющие сложные протоколы. В следующем разделе в качестве примера будет рассмотрена сигнализация, связанная с каналом.

Плезиохронная цифровая иерархия

На основе сигнала E1 ITU определил иерархию плезиохронный сигналы, которые позволяют передавать сигналы со скоростью до 140 Мбит / с.[1] В этом разделе описываются характеристики этой иерархии и механизм устранения колебаний номинальных значений этих ставок, которые возникают как следствие допусков системы.

Более высокие иерархические уровни

Как и в случае с уровнем 1 плезиохронной цифровой иерархии (2 Мбит / с), более высокие уровни мультиплексирования выполняются побитно (в отличие от мультиплексирования каналов 64 кбит / с в сигнале 2 Мбит / с, который является байт за байтом), что делает невозможным идентификацию кадров нижнего уровня внутри кадра более высокого уровня. Восстановление подчиненных кадров требует полного демультиплексирования сигнала.

Более высокие иерархические уровни (8 448, 34 368 и 139 264 кбит / с и т. Д .; для простоты называемые 8, 34 и 140 Мбит / с) получаются путем мультиплексирования четырех кадров нижнего уровня в кадре, номинальная скорость передачи которого больше чем в четыре раза больше, чем на нижнем уровне (см. таблицу 3), чтобы оставить место для допустимых изменений скорости (биты согласования), а также соответствующие биты FAS, аварийного сигнала и запасные биты.

E2: уровень мультиплексирования 2: 8 Мбит / с

Структура кадра 8 Мбит / с определена в Рекомендации МСЭ-Т G. G.742. Кадр разделен на четыре группы по 212 бит каждая:

  • Группа I содержит FAS с последовательностью «1111010000»; бит A (удаленная сигнализация); S-бит (запасной); и 200 Т-битов (подчиненных) для передачи данных.
  • Группы II и III содержат блок из четырех J-битов (управление согласованием) и 208 T-битов для передачи данных.
  • Группа IV содержит блок из четырех J-битов, блок R-битов (возможность согласования), по одному на каждый трибутарный поток и 204 T-бита. Чтобы проверить, использовались ли R-биты, J-биты анализируются в каждой из групп II, III и IV (по три на каждый компонент). В идеале R-бит не несет полезной информации в 42,4% случаев. Другими словами, этот процент представляет собой вероятность выравнивания или вставки битов заполнения.
E2 | 212 бит / ряд
ГруппаБиты
яFAS 1111010000 (10 бит)АS200 вспомогательных битов
IIJ1 | J2 | J3 | J4208 вспомогательных битов
IIIJ1 | J2 | J3 | J4208 вспомогательных битов
IVJ1 | J2 | J3 | J4R1 | R2 | R3 | R4204 второстепенных бита

E3: уровень мультиплексирования 3:34 Мбит / с

Структура этого кадра описана в Рекомендации МСЭ-Т G. G.751 (см. Рисунок 20). Как и в предыдущем случае, кадр разделен на четыре группы, каждая длиной 384 бита:

  • Группа I содержит FAS с последовательностью «1111010000»; бит A (удаленная сигнализация); S-бит (запасной); и 372 Т-бита (компонентный) для передачи данных.
  • Группы II и III содержат блок из четырех J-битов (управление согласованием) и 380 T-битов для передачи данных.
  • Группа IV содержит блок из четырех J-битов, блок R-битов (возможность согласования), по одному на каждый компонент, и 376 T-битов. Чтобы проверить, использовались ли R-биты, J-биты анализируются в каждой из групп II, III и IV (по три на каждый компонент). В идеале R-бит не несет полезной информации в 43,6% случаев.
E3 | 384 бит / ряд
ГруппаБиты
яFAS 1111010000 (10 бит)АS372 второстепенных бита
IIJ1 | J2 | J3 | J4380 дополнительных битов
IIIJ1 | J2 | J3 | J4380 вспомогательных битов
IVJ1 | J2 | J3 | J4R1 | R2 | R3 | R4376 Приточных битов

E4: уровень мультиплексирования 4: 140 Мбит / с

Структура этого кадра описана в Рекомендации МСЭ-Т G. G.751 (см. Рисунок 20). В этом случае кадр делится на шесть групп, каждая длиной 488 бит:

  • Группа I содержит FAS с последовательностью «111110100000»; бит A (удаленная сигнализация); три S-бита (запасные); и 472 T-бита (компонентный) для передачи данных.
  • Группы II, III, IV и V содержат блок из четырех J-битов (управление согласованием) и 484 T-битов для передачи данных.
  • Группа VI содержит блок из четырех J-битов, блок R-битов (возможность согласования), по одному на каждый компонент и 480 T-битов. Чтобы проверить, использовались ли R-биты, J-биты анализируются в каждой из групп II, III, IV, V и VI (их пять на каждый компонент). В идеале R-бит не несет полезной информации в 41,9% случаев.
E4 | 488 бит / ряд
ГруппаБиты
яFAS 111110100000 (12 бит)А3 S бит472 второстепенных бита
IIJ1 | J2 | J3 | J4484 второстепенных бита
IIIJ1 | J2 | J3 | J4484 второстепенных бита
IVJ1 | J2 | J3 | J4484 второстепенных бита
VJ1 | J2 | J3 | J4484 второстепенных бита
VIJ1 | J2 | J3 | J4R1 | R2 | R3 | R4480 вспомогательных битов
Иерархия PDH с четырьмя уровнями от 2 до 140 Мбит / с. Более высокие ставки не входят в стандарт.
УровеньСтандартПоказательРазмерКадр / сКодАмплитудаЗатухание
E1G.704 / 7322,048 Мбит / с ± 50 ppm256 бит8,000HDB32,37–3,00 В6 дБ
E2G.7428,448 Мбит / с ± 30 ppm848 бит9,962.2HDB32,37 В6 дБ
E3G.75134,368 Мбит / с ± 20 ppm1536 бит22,375.0HDB31,00 В12 дБ
E4G.751139,264 Мбит / с ± 15 ppm2928 бит47,562.8CMI1,00 В12 дБ

Служебные биты в кадрах более высокого уровня

В любой из групп, содержащих FAS в кадрах 8, 34 и 140 Мбит / с, также можно найти биты аварийных сигналов и резервные биты. Они известны как служебные биты. Биты A (тревога) передают индикацию тревоги на удаленное мультиплексирующее устройство, когда на ближнем конце обнаруживаются определенные условия отказа. Резервные биты предназначены для использования на национальном уровне и должны быть установлены в «1» в цифровых трактах, пересекающих международные границы.

Плезиохронная синхронизация

Что касается синхронизации, мультиплексирование плезиохронных сигналов не является полностью беспроблемным, особенно когда дело касается демультиплексирования цепей. В мультиплексоре ИКМ с 30 + 2 каналами выборка тактовой частоты выходного сигнала (1/32) отправляется на кодеры, так что входные каналы синхронизируются с выходным кадром. Однако мультиплексоры более высокого уровня принимают кадры от мультиплексоров более низкого уровня с тактовыми частотами, значение которых колеблется около номинального значения частоты в определенных пределах допуска.

Пределы устанавливаются рекомендациями ITU-T для каждого иерархического уровня. Сформированные таким образом сигналы почти синхронны, за исключением различий в допустимых пределах допуска, и по этой причине они называются плезиохронными.

Положительное обоснование

Для выполнения побитового TDM каждый мультиплексор PDH более высокого порядка имеет эластичную память на каждом из своих входов, в которую записываются входящие биты от каждой сигнальной линии более низкого уровня или трибутария. Поскольку вспомогательные сигналы имеют разные скорости, они асинхронны по отношению друг к другу. Чтобы предотвратить переполнение емкости эластичной памяти, мультиплексор считывает входящие биты с максимальной скоростью, разрешенной в пределах диапазона допусков.

Когда скорость входящего потока в любой из вспомогательных линий ниже этой скорости чтения, мультиплексор не может прочитать какие-либо биты из эластичной памяти, и поэтому он использует бит заполнения или бит согласования (называемый возможностью согласования) в выходном совокупном сигнале. . Его задача - адаптировать сигнал, поступающий в мультиплексор, к скорости, с которой этот сигнал передается в пределах выходного кадра (его максимальное значение тактовой частоты). Этот тип согласования называется положительным согласованием. Биты согласования вместе с другими служебными битами повышают скорость вывода, чем общее количество входных сигналов.

Биты возможности обоснования

Задача битов возможности согласования (R-битов) должна быть доступна в качестве дополнительных битов, которые можно использовать, когда скорость входящих потоковых потоков выше, чем ее номинальное значение (в пределах диапазона, указанного ITU-T), на величину, которая делает это необходимым. В этом случае бит возможности больше не просто вставка, а вместо этого становится информационным битом.

Чтобы устройство, которое принимает мультиплексированный сигнал, могло определить, содержит ли бит возможности согласования полезную информацию (то есть информацию от трибутария), в кадр включаются биты управления согласованием (J-биты). Каждая группа управляющих битов относится к одному из компонентов кадра. Все они будут установлены в «0», если связанный бит возможности несет полезную информацию; в противном случае они будут установлены на «1».

Несколько битов используются вместо одного, чтобы обеспечить защиту от возможных ошибок при передаче. При проверке полученных контрольных битов, если они не все имеют одинаковое значение, решается, что они были отправлены с большинством значений (например, "1", если единиц больше, чем нулей; предполагается, что есть была ошибка в битах, которые находятся в 0).

Можно видеть, что существует разброс управляющих битов, относящихся к компоненту, из-за чего они находятся в отдельных группах. Распределение J-битов (управляющих битов) снижает вероятность возникновения в них ошибок и принятия неправильного решения относительно того, были ли они использованы в качестве полезных битов данных. Если принято неправильное решение, в выходных данных есть не только ошибка, но и промах на один бит; то есть потеря или повторение одного бита информации.

Управление сигналами тревоги в иерархиях более высокого уровня

A-бит FAS в кадрах 8, 34 и 140 Мбит / с позволяет мультиплексорам, которые соответствуют этим иерархиям, передавать индикацию аварийной сигнализации на дальние концы, когда мультиплексор обнаруживает аварийное состояние.

Кроме того, мультиплексоры 140 Мбит / с также передают аварийную индикацию, когда сталкиваются с потерей выравнивания кадров сигналов 34 Мбит / с, полученных внутри сигналов 140 Мбит / с, а также в NFAS для 34 Мбит / с. сигнал, который потерял выравнивание (бит 11 группы I изменяется с «0» на «1») в обратном канале.

Глоссарий

  • Link - однонаправленный канал, находящийся в одном временном интервале линии E1 или T1, несущий необработанные цифровые данные 64 кбит / с (64000 бит / с)
  • Линия - однонаправленное физическое соединение E1 или T1
  • Магистраль - двунаправленное физическое соединение E1 или T1

Уровни иерархии

В PDH на основе скорости сигнала E0 разработан так, что каждый более высокий уровень может мультиплекс набор сигналов нижнего уровня. Framed E1 предназначен для передачи 30 или 31 канала данных E0 плюс 1 или 2 специальных канала, все остальные уровни предназначены для передачи 4 сигналов с уровня ниже. Из-за необходимости в служебных битах и ​​битах согласования для учета разницы в скоростях между секциями сети каждый последующий уровень имеет пропускную способность, большую, чем можно было бы ожидать от простого умножения скорости сигнала более низкого уровня (так, например, E2 составляет 8,448 Мбит / с, а не 8,192 Мбит / с, как можно было бы ожидать при умножении скорости E1 на 4).

Обратите внимание: поскольку используется битовое чередование, очень трудно демультиплексировать подчиненные компоненты низкого уровня напрямую, требуя от оборудования индивидуального демультиплексирования каждого отдельного уровня до необходимого.

Смотрите также: Сравнение систем T-carrier и E-carrier

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б «Монтаж и обслуживание цепей Е1» (PDF). АЛЬБЕДО. Получено 19 октября 2012.
  2. ^ E1 Окружающая среда В архиве 2013-10-14 на Wayback Machine, Учебные пособия по RAD Data Communications University
  3. ^ «Система сигнализации № 7 (SS7 / C7): протокол, архитектура и услуги, Ли Драйбург, Джефф Хьюетт, 2004». Архивировано из оригинал 1 января 2012 г.. Получено 26 мая 2010.
  4. ^ Карманное руководство E1 (PDF), получено 1 ноября 2017

внешние ссылки