Кґпарналы телекоммуникациялыќ жүйелер

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Алматы энергетика және байланыс университеті

Коммерциялық емес акционерлік қоғам

С.В.Коньшин
Б. Б. Ағатаева

Кґпарналы телекоммуникациялыќ жүйелер

Оқу құралы

Алматы 2013

УДК – 621.395.4:621.391(075.8)

ББК 32.883 273

К 64 Көпарналы телекоммутациялық жүйелер

Оқу құралы . Б.Б. Ағатаева, С.В.Коньшин

АЭжБУ. Алматы, 2013.– 80 б.

ISBN 978-601- 7327-82-8

Оқу құралы «Көпарналы телекоммуникациялық жүйелер» курсын өз бетінше оқуға септігін тигізеді. Оқу құралында телекоммуникациядағы көпарналы байланыс жүйелерінің негізгі элементтеріне шолу жасалған. Бұл оқу құралының қажеттілігі сымды байланыс аумағында, сонымен қатар телекоммуникацияда болып жатқан үрдістерді жете түсінуге негізделген. Телекоммуникацияның дамуы бір орында тұрмайды, телекоммуникациялық желілерді құрудың қандай да бір техникалық тапсырмаларын жүзеге асырудың жаңа әдістері, ақпаратты таратудың жаңа стандарттары пайда бола бастады, сондықтан оқу құралында техникалық сұлбаларды тұрғызудың негізгі принциптерін сипаттаудан басқа қандай да бір тақырыпты оқып үйренуге әбден болады. Телекоммуникация аумағында болып жатқан үрдістерді түсінуге қажетті негізгі құрылымдық және принципиалдық сұлбалар көрсетілген.

Оқу құралы 5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған. Безен.- 40, кесте - 6, әдебиет көрсеткіші –22 атау.

ББК 32.883 273

Пікір берушілер: техн., ғыл., канд., профессор Казиева Г.С.

ОӘК мүшесі Копесбаева У.А.

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігінің 2013 ж. жоспары бойынша басылады.

ISBN 978-601- 7327-82-8

Мазмұны

Кіріспе	3
1 Телекомникациялық цифрлықсигналдардың ерекшеліктері	4
2 Телекоммуникациялық цифрлық сигналдардың бөліну қағидалары	6
2.1 Ендік-импульстік модуляция	8
2.2 Амплитудалы-импульсті модуляция сигналдарының спектрі	10
3 Импульсті-кодтық модуляция	13
3.1 Дельта-модуляция	14
3.2 Адаптивті дельта-модуляция	15
3.3 Дифферециальды-импульсті-кодты модуляция	16
3.4 Цифрлы ИКМ тарату жүйесінде синхрондау	17
4 Еуропалық плезиохронды цифрлық иерархия	17
5 Цифрлық тарату жүйелерін құрастыру ерекшеліктері	23
6 Сызықты кодтардың негізгі типтері	27
7 Цифрлық ағындарды біріктіру	30
8 Цифрлықтарату жүйелерін құрудың ерекшеліктері	33
8.1 ИКМ тарату жүйелерінің негізгі артықшылықтары	34
9 Синхронды цифрлық иерархия	35
9.1 Синхронды цифрлық иерархияның негізгі қағидалары	35
9.2 Ақпараттық құрылымдар	39
9.3 Синхпронды цифрлық иерархия аппаратурасы	41
9.4 Синхронды цифрлық иерархия желілерінің архитектурасы	44
9.5 Аралас құрылымдар	50
10 ЦТЖ сызықты күре жолын жобалау	53
11 Ақпараттық тығыздау әдістері	55
11.1 Уақыттық тығыздау әдісі (TDM)	55
11.2 Жиіліктік тығыздау әдісі (FDM)	56
11.3 Модалық тығыздау (MDM)	56
11.4 Поляризация бойынша тығыздау (PDM)	57
12 Оптикалық тасушыларды көптолқынды тығыздау (WDM)	59
12.1 Оптоталшықты желілер және DWDM технологиясы	67
13 Өнеркәсіптің магистральды желісі	82
Әдебиеттер тізімі	84

Кіріспе

Тарихи түрде электр байланысы өзара бастапқыда тек бірнеше жақын тұрған абоненттердің хабарласу құралы ретінде пайда болды. Он-жүз шақты шақырым арақашықтықта байланыс телеграф, біртіндеп телефон байланысы түрінде әуе сымдары бойымен жүзеге асырылады.

Өмірдің жағдайларының өзгеруімен, мәдениет пен техниканың дамуымен адамдар арасындағы сөйлесу құралдары (байланыс құралдары) үздіксіз жетілдірілуде. Қазіргі кезде байланыс құралдары өндіріс үрдісінің және біздің тұрмыстың ажырамас бөлігі болып қалыптасты. Байланыстың қазіргі кездегі жүйелері ақпаратты таратудың жылдам өңделуіне және сенімділігіне ғана кепілдік беріп қоймай, сондай-ақ осы жағдайларды анағұрлым үнемді тәсілмен қамтамасыз етуі қажет. Байланыс жолының жоғары құны бір байланыс жолы бойымен бір уақытта хабарлардың тәуелсіз көп мөлшерін таратуға мүмкіндік беретін жүйелер мен әдістерді өңдеуді, яғни жолды көп рет қолдануды түсіндіреді. Мұндай тарату жүйелері көпарналы деп аталады. Осы жүйелердің көмегімен жүзеге асырылатын байланысты көпарналы деп атайды. Көпарналы байланысты құру кезінде шешілетін негізгі тапсырма байланыс қашықтығын және арналар санын өсіру болып табылады.

Көпарналы байланыстың дамуы дуплексті күшейткіштердің пайда болуынан басталады.

Автоматтандырылған байланыс желілері (АБЖ) екі түрге бөлінеді: біріншілік және екіншілік байланыс желілері.

Біріншілік желі әмбебап белгіленуі бар желілік түйіндердің, стансалардың, типтік желілік арналар мен күре жолдардың жиынтығынан тұрады және ортақ қолданыстағы арналар жүйесінен тұрады.

Біріншілік желі магистральды және халықаралық болып бөлінеді. Магистральды желі– 12500 км, зоналық желі– 600 км, жергілікті желі (ауылдық және қалалық) – 30-100 шақырымға дейін қашықтықтағы байланысты қамтамасыз етеді.

Біріншілік желі үшін бағыттаушы жүйелер ретінде байланыс кабельдерінің симметриялы және коаксиалды жүйелері, оптикалық кабель, радиорелейлік жолдар (РРЖ) және жерсеріктік байланыс кеңінен қолданылады.

Қазіргі кездегі телекоммуникациялық жүйелер мен желілер әртүрлі техникалық құралдардың күрделі кешені болып табылады. Олар берілген сапа параметрлерінің, қандай да болсын қашықтыққа түрлі хабар таратуды қамтамасыз етеді. Телекоммуникациялық жүйенің негізін күре жолдар мен типті арналарды реттеуге арналған радиожол, талшықты-оптикалық, электрлік кабель бойынша көпарналы тарату жүйелері құрайды. Тарату жүйесінің негізінде мемлекеттік телекоммуникация желісі тұрғызылады.

Адамдар арасында пайдаланатын телекоммуникация құрылғылары өмір жағдайларының өзгеруіне, мәдениет пен техника дамуына байланысты үздіксіз жетілдіріледі. Бүгінгі байланыс құрылғылары өндіріс процесінің және адамзат өмірінің ажырамас бөлігі болып табылады. Қазіргі байланыс жүйелері ақпарат таралуының тек сенімділігі мен тез арада өңделуіне кепілдеме ғана бермей, сонымен қатар осы шарттардың үнемді әдіспен орындалуын қамтамасыз етуі тиіс.

Телекоммуникация құрылғылары ақпараттық-транспорттық орта сияқты өзара байланысқан байланыс желісі болып табылады.

Интеграциялық қызметті байланыстың цифрлық желісі телефондық емес хабар мен тарату бойынша абонентке кең спектр қызметін ұсынуға арналған, соңғы құрылғылар (терминалдар) арасындағы толық цифрлық біріктіруді қамтамасыз етеді.

Интеллектуалды желі, берілген орынның берілген уақытындағы абоненттен алынған кең қызметті көрсетеді, мысалы, шақырылатын абонент есебінен төлемді телефондық байланыс, несие картасы бойынша шақыру, қысқартылған нөмірді алу бойынша қарым-қатынасты орнату.

Абонентке ұсынылатын қозғалыста болатын байланыстың ұялы мобильді желісі кез келген жерде байланыс қызметін алуға мүмкіндік береді.

Телекоммуникациялық цифрлық желілердің қазіргі кезде үш түрі бар. Олар: плезиохронды иерархия, яғни жартылай цифрлық желілердің түрі, синхронды цифрлық иерархия – бұл толық цифрлық желіде сигналдардың екі- жақты бірдей таратылуы, ал асинхронды цифрлық желілердегі сигналдар жеке біржақты таратылады,

Синхронды цифрлық желілерді транспорттық желі ретінде локалды желілер мен ақпаратты таратуды құрайтын құрылғы ретінде қолдануға болады. Синхронды цифрлық желілердің дамуы асинхронды транспортты технологияның дамуымен қатар жүреді, өйткені локалды компьютерлік желілер мен глобалды транспортты желілер арасындағы байланыстырушы буын болып табылады.

Асинхронды режим тасымалдау технологиясының көмегімен ақпаратты тасымалдау негізінде жоғарғы жылдамдықты желілер құрылады.

Бұл оқу құралында телекоммуникация цифрлық тарату жүйелерінің басты қағидалары мен технологиялары көрсетілген: байланыс арналарының ерекшеліктері, деректемелер ағынын мультиплексерлеу, телекоммуникациялық цифрлық сигналдардың жалпы құрылымы, импульстік-кодтық модуляция, жылдамдықтар иерархиясы, цифрлық сигналдарды кодалау және олардың өндірісте қолданылуы.

1 Телекоммуникациялық цифрлық сигналдар ерекшеліктері

Адамзат дамуы, өркендеуі қарым-қатынас құралының үздіксіз және динамикалық өсуі, олар: іс-қимылдар, тасқа салынған суреттер, дыбыстар және жарықтан бастап, әртүрлі ақпаратты сақтау мен бөлу, өңдеу, қабылдау, таратуды қамтамасыздандырудағы, ғаламдық телекоммуникациялық жүйелер мен желілердің пайда болуына дейін болған. Ақпараттар сөзінің астарында, заттар, фактілер мен түсініктемелер, процестер, құбылыстар мен оқиғалар туралы мәліметтер жиынтығын түсінуге болады.

Телекоммуникациялық жүйелер - техникалық құрылғылар кешені, ол нақты электрлік байланыс түрін қамтамасыз етеді.

Келтірілген анықтамаларда "байланыс" және "электрбайланыс" деген кілттік сөздер бар. Осыларға анықтама берсек.

Байланыс – келісілген ережелерге сәйкес реттелетін құрылғылар көмегімен, ақпараттардың алмасуы.

Электрбайланыс бойынша халықаралық конвенция "электрбайланысқа" мынандай анықтама берді: тарату мен сигналдарды, белгілерді, жазбаша мәтіндерді, бейнелеу мен сым бойынша кез келген хабар, радио және электромагнитті жүйені қабылдау.

Электрбайланыс - бұл таралу ортасы немесе оптикалық, радио, сым бойынша электрбайланыс сигналдарының көмегімен хабарды тарату мен қабылдау. Хабар таратудың ақпарат көзінен тұтынушыға дейінгі ақпарат көрсету формасы. Телекоммуникациялық жүйелер ортасына байланысты хабар - бұл электрбайланыс құралдарының көмегімен элекромагнитті сигналдар берілетін ақпарат. Хабар мысалдары: телеграмма мәтіні, әуен, сөз, факс, телевизиялық бейнелеу телебақылау және т.б.

Сигнал - берілетін хабарды бейнелейтін, физикалық үрдіс немесе материал тасымалдаушы. Сигнал классификациясы әртүрлі болуы мүмкін, бірақ негізгі қызығушылықты электрлік сигналдар көрсетеді, бұлар электр- байланыс сигналдары деп аталады және электрлік ток немесе керенуді көрсе- теді. Электрлік сигналдарға: телефондық, телеграфтық, факсимильді сигналдар, мәліметтерді тарату сигналдары, теледидар және дыбыстық хабар тарату сигналдары жатады. Телекоммуникациялық жүйелер түсінігімен телекоммуникациялық желілер түсініктемесі тығыз байланысты, бұл оларды байланыстыратын жолдар (арналар, күре жолдар) мен түйіндер, пункттер жиынтығын көрсетеді. Телекоммуникациялық жүйелер мен телекоммуникациялық желілер бір-бірімен өзара әсерлесе отырып, электрбайланыс жүйесін құрайды.

Электрбайланыс жүйесі - электрбайланыстың нақты түрін қамтамасыз ететін, техникалық құралдар кешені. Электрбайланыс жүйесінің классификациясы әртүрлі, бірақ ол көбінесе электрлік сигналдардың таралу ортасы мен ақпараттың таралу әдісі және хабар тарату түрлерімен анықталады.

Телекоммуникациялық жүйелер мен желілер техникалық құралдар жиынтығын көрсетеді. Келесі іс-қимылдар іске асады:

- хабар көзінен электрбайланыс сигналына келіп түсетін, хабар түрленуі.

- хабарды тарату мен алуға ыңғайлы формада электрбайланыс сигналын түрлендіру.

Байланыс түйіндерінде немесе соңғы пункттерде орнатылған коммутация стансалары мен тарату арналарының электрбайланыс сигналдарының жанасуы. Телекоммуникациялық жүйелер мен желілердің өзара әсерлесуінің жалпылама құрылымдық сұлбасы 1 суретте келтірілген.

Хабар тарату - хабарды электрлік сигналға түрлендіруші, бұл біріншілік электрлік сигнал деп аталады.

Коммутация стансасы, әртүрлі байланысты орнатуды қамтамасыз ететін, басқарушы аппаратура жиынтығын көрсетеді.

1 сурет - Байланыс жүйесінің құрылымдық сұлбасы

Құрылғы жанасуы, біріншілік сигналдарды жолдық электрлік сигналдарға айналдыруды іске асырады.

2 Телекоммуникациялық цифрлық сигналдардың бөліну қағидалары

Арналары уақытпен бөлінген тарату жүйелеріндегі әрбір арнадағы сигнал бастапқы сигналмен модуляцияланған периодты импульстер тізбегін көрсетеді. Импульстік тізбектердің 2 суретте көрсетілгендей келесідей параметрлері бар.

Сигналдардың дискретизация периоды циклдің периодына тең Т_д=Т_u, әрбір импульстің ұзақтығы t_u, t_u≤ Т_д/М көп болмауы керек. Мұндағы М–кванттаудың максималь деңгейі. Бұл жүйелерде топтық кодтаумен қатар амплитудалы-импульсті модуляцияланған күре жолдың өте күшті сипаттамасы сақталады.

Импульстік модуляция импульстік тізбектің параметрлерінің модуляциялануына байланысты келесі түрлерге бөлінеді:

- амплитудалы импульсті модуляция;

- ендік - импульсті модуляция;

- жиілікті импульсті модуляция;

- фазалы импульсті модуляция;

- периодты импульсті модуляция.

2 сурет - Импульсті тізбектердің параметрлері

Амплитудалы импульсті модуляцияның бірінші түрі кезінде (АИМ-I) импульс амплитудасының лездік мәні кіріс сигналдың өзгеруімен сәйкес өзгеріп отырады.

Амплитудалы импульсті модуляцияның екінші түрі кезінде (АИМ-II) импульс амплитудасы тактылық мезет кезінде кіріс сигналдың мәнімен анықталады және импульс тарату уақытында тұрақты болып Аралықтың үлкен мәнінде АИМ-I мен АИМ-II түрлерінің айырмашылығы көп болмайды.

Ендік-импульсті модуляция, фазалы-импульсті модуляция, периодты-импульсті модуляция, жиілікті-импульсті модуляция кезінде импульс амплитудасы модуляция процесі кезінде тұрақты болып қалады да, импульс тізбегінің уақыттық параметрлерінің тек біреуі ғана өзгереді. Ендік-импульсті модуляция кезінде хабар заңы бойынша импульс ұзақтығы өзгереді.

Ендік-импульсті модуляцияның екі түрі бар: біржақты және екіжақты. Біржақты ендік-импульсті модуляция кезінде импульстер фронтының біреуі модуляцияланады, ал екіжақты ендік-импульсті модуляция кезінде – импульс центріне қатысты екі фронтта симмметриялы ығысады.

Фазалы-импульсті модуляция кезінде импульстер формасы модуляция процесі кезінде өзгеріссіз қалады, ал тактылық интервал шегіндегі импульс модуляциялайтын сигналдың лездік мәніне пропорционал өзгереді. Жиілікті-импульсті модуляция мен периодты-импульсті модуляция сипаттамалары: кіріс сигналдың лездік мәнінен жиілікті-импульсті модуляция кезіндегі ілесу импульстері жиілігінің, ал периодты-импульсті модуляция кезіндегі оның периодының өзгерісімен сипатталады. Фазалы-импульсті модуляция спектрі бастапқы сигналдың жиілігімен тұрақты құраушыны құрайды.

Фазалы-импульсті модуляция сигналды қалпына келтіру үшін кері сипаттамасы бар 1/w_cбуынды пайдалану керек. Осы себептен төменгі жиілік сүзгісі көмегімен фазалы-импульсті модуляция сигналдың демодуляциясы қолданылмайды, тек фазалы-импульсті модуляцияны импульсті модуляцияның басқа түрлеріне (амплитудалы- немесе ендік- импульстік модуляция) түрлендіретін аралас әдіс пайдаланылады да, қалпына келтіру үшін төменгі жиілік сүзгісін қолданады

Ендік-импульсті модуляция, жиілікті-импульсті модуляция, фазалы-импульсті модуляция, периодты-импульсті модуляция кезінде сигналдар амплитудасы тұрақты және модуляция процесі кезінде өзгермейді. Сондықтан олардың флуктуациясы бөгеуілдердің әсерінен қабылдау пунктінде тарату кезінде алынып тасталынуы мүмкін, дәлірек амплитудалық шектеу жолымен алынады. Берілетін тізбектегі уақыттық қатынас бұрмалануларын алып тастау мүмкін емес, себебі импульсті сигналдардың уақыттық параметрлері ақпараттық болып табылады, яғни хабар туралы ақпаратты тасиды, ал ендік-импульсті модуляция, жиілікті-импульсті модуляция, фазалы-импульсті модуляция, периодты-импульсті модуляция тарату кезіндегі бөгеуілдер жинақталады.

2.1 Ендік-импульстік модуляция

Ендік-импульсті модуляция кезінде импульс амплитудасы тұрақты болып қалады да, ал импульс ұзақтығы модуляциялайтын тербеліс заңымен өзгереді. Ендік-импульсті модуляцияның бірінші (ЕИМ-I) және екінші (ЕИМ-II) түрі бар. ЕИМ-I түрі кезінде импульстер ұзақтығы фронттың пайда болуы және импульстің қиылу мезеттеріндегі модуляциялау функциясы мәнімен анықталады, ал ЕИМ-II кезінде өзгеріс тактылық нүктелерде байқалады. Егер импульс ұзақтығы дискретизация периодынан біршама аз τ_и<<Т_д, онда (ЕИМ-I) мен (ЕИМ-II) арасындағы айырмашылық елеусіз. Тәжірибеде көбінесе импульс ұзақтығы сигналмен модуляция кезінде

U_c(t)=U_max*sinw_ct

формуласымен анықталатын бір жақты ЕИМ қолданылады.

Ал τ_u импульс ені келесі түрде болады.

τ_u= τ_о_u+ Δτ_max*sinw_ct,

мұндағы τ_оu- импульс ұзақтығының орташа мәні:

Δτ_max – импульс фронтының максималь ауытқуы:

а) біржақты; б) екіжақты.

3 сурет – Модуляция түрлері

Бессель теориясы бойынша келесі түрлендірулерді аламыз:

U_шим(t)=A_u/q_o+(A_u*Δτ_max*sinw_ct)/T_д+2A_u/π* ,

мұндағы βk=kπ∆τ_max/T_д; q₀=T_д/τ₀;

n-N – бүйір жолақтардың жұптары;

k – дискреттеу гармоникасы;

w_c– сигнал жиілігі;

w_q – дискреттеу жиілігі.

Мұндай жағдайда, ендік-импульсті модуляция спектрі w_c сигнал жиілігі мен тұрақты құраушыны (w_g) дискретизация жиілігінің гармоникасының шексіз мәнімен (олардың әрқайсысы, амплитудалы-импульсті модуляциядан айырмашылығы, жиілігі кw_g+(-nw_c)-ге тең бүйір жолақтардың шексіз жұптарымен қоршалған) байланыстырады. Бастапқы сигналды қалпына келтіру ендік-импульсті модуляция сигналдың барлық спектрінен бастапқы сигналдың жолақтық енінде оның құраушысын бөліп алатын төменгі жиілік сүзгісі (немесе жолақтық сүзгі) көмегімен болады. Ендік-импульсті модуляция спектрі амплитудалы-импульсті модуляция спектріне қарағанда күрделілеу. Ендік-импульсті модуляция тарату жүйесіндегі бөгеуілден қорғанушылығы амплитудалы-импульсті модуляция тарату жүйесіне қарағанда, жоғары болады, себебі барлық импульстер амплитудасы бірдей болады, ал бөгеуіл өз кезегінде сигнал амплитудасын өзгертеді. Фазалы-импульсті модуляция бөгеуілден қорғанушылығы жоғары болып есептеледі. Бұл жағдайда импульс ұзақтығы мен амплитудасы тұрақты болып қалады, тек импульстің пайда болу уақыты (t_u) мен импульс фазасы t_u=f(U_c) өзгереді.

Жиілікті-импульсті модуляция кезінде модуляцияланатын сигналдың шамасына байланысты импульстердің бір-біріне ілесу жиілігі өзгереді, жиілікті-импульсті модуляция спектрі фазалы-импульсті модуляция спектрімен бірдей болады, бірақ жиілікті-импульсті модуляцияның бөгеуілден қорғанушылығы фазалы-импульсті модуляцияға қарағанда, төмендеу және аппараттық таратылуы күрделілеу, сондықтан жиілікті-импульсті модуляция тарату жүйесінде мүлдем қолданбайды.

2.2 Амплитудалы-импульсті модуляция сигналдарының спектрлері

Амплитудалы-импульсті модуляция кезінде периодты тізбектің амплитудасы модуляцияланған сигналға байланысты өзгереді. Бұл жағдайда периодты тізбек тасымалдаушы қызметін орындайды. Мұндай импульсті тізбектің жиілігі дискреттеуі жиілігіне тең және Котельников теоремасына сәйкес анықталады.

4 сурет – Импульсті тізбектің параметрлері

Мұндай импульсті тізбектің спектрі Фурье қатарына жіктеу жолымен алынады және келесі түрде көрсетіледі:

U_o(t)=A_u(1/q+2/π*∑((sinkπ/q)/k)*coskw_qt.

k=1

Бұл тізбектің спектрінде дискреттеу жиілігімен гармоникалар (тасымалдаушы емес) болады. Тасушысы бір гармоникалық тербелісті құрайтын арналары жиілікпен бөлінген жүйелерден айырмашылығы жиілігі дискретизация жиілігіне еселі болатын бір емес бірнеше тасымалдаушыларды модуляциялайды. Модуляциялайтын тербеліс түрі келесідей болады:

U_c(t)=U_m*sinwt .

Онда амплитудалы-импульсті модуляция сигналдың уақыт бойынша өзгеріс шамасы мынаған тең:

мұндағы m_АИМ=U_m/A_u–модуляция тереңдігі. Амплитудалы-импульсті модуляция тербелісінің спектрі келесі түрде болады:

w_min -нен w_max– ға дейінгі диапазонда жататын модуляцияланатын сигнал ретінде тональді-жиілікті сигнал пайдаланылады.

5 сурет – Амплитудалы-импульсті модуляция спектрі

6 сурет – Модуляцияланатын сигнал ретінде қолданылатын тональді-жиілікті сигналдың бола алатын диапазондары

Бастапқы сигналды қайта қалпына келтірудің екі түрлі әдісі бар. Төменгі жиілікті сүзгі көмегімен f_сигн –дан құраушыны бөліп алуға болады, яғни иілуін бөліп алу жолымен. Жолақты сүзгі көмегімен дискреттеу жиілігінің қандай да бір бүйір құраушысын бөліп алуға және арналары жиілікпен бөлінген w_q≥2w_maxәдісімен қалпына келтіруге болады.

2.3 Цифрлық тарату жүйелерін құрудың ерекшеліктері

Цифрлық тарату жүйелерін құрудың келесідей артықшылықтары бар:

1) бөгеуілге тұрақтылығы жоғары. Цифрлы формада ақпаратты көрсету, яғни рұқсат етілген сандары аз символдардың тізбегі түрінде көрсету, байланыс жолдары арқылы тарату кезінде ақпаратты тарату сапасына әсер ететін бөгеуіл мен бұрмалануды күрт төмендететін сигналдар регенерациясын қайта қалпына келтіруді туғызуы мүмкін;

2) тарату сапасының байланыс жолы ұзындығынан әлсіз тәуелдігі; Әрбір регенерациялық аймақ шегінде таратылатын сигнал бұрмалануы жоқтың қасы. Регенерациялық аймақ ұзындығы және регенератор құрылғысы ұзақ арақашықтыққа сигналды тарату кезінде қысқа ара- қашықтыққа тарату кезіндегідей болып қала береді. Ақпаратты тарату сапасын өзгеріссіз сақтау үшін жол ұзындығын 100 есе ұзарту кезінде регенерациялық аймақ ұзындығын бірнеше ғана пайызға қысқарту жеткілікті;

3) цифрлық тарату жүйесі параметрлерінің тұрақтылығы. Арналар параметрлерінің (қалдықты өшулігі, жиіліктік сипаттама және амплитудалық сипаттама) тұрақтылығы және ұқсастығы. Мұндай жүйедегі арналар параметрлерінің тұрақтылығы аналогтыға қарағанда біршама жоғары;

4) дискретті сигналдарды тарату үшін арнаның өткізу қабілетін пайдаланудың тиімділігі. Мысалы, егер бір ғана тональді-жиілікті Импульсті кодтық модуляция арнаға сәйкес уақыттық позицияны пайдаланса, онда дискретті сигналды тарату жылдамдығы 64 кБит/с жақын болады, ал уақыт аналогты жүйедегідей 9,6 кБит/с артық болмайды;

5) цифрлық коммутациялық стансалармен тіркескен цифрлық байланыс жүйелерін (ЦБЖ), цифрлық тарату жүйелерін (ЦТЖ) құру мүмкіндігі сигналдар коммутациясы, транзит, таратуы цифрлық формада болатын цифрлы байланыс желісінің негізі болып табылады;

6) техника-экономикалық көрсеткішінің жоғарылығы. Тарату және цифрлық формадағы сигнал коммутациясы цифрлық желідегі барлық аппаратуралық комплексті цифрлық интегралды сұлбаларды кеңінен қолданатын таза электрон негізінде шыңдауға мүмкіндік береді.

Бұл құрылғыларды дайындаудың еңбек өнімділігінің күрт төмендеуіне, құрылғылардың түйіндері бір ізге салу дәрежесінің жоғарғы мәніне ұмтылуға, бағасының, қолданылатын энергия мен габаритті өлшемдерінің біршама төмендеуіне мүмкіндік береді. Демек жүйе эксплуатациясы қысқарады және құрылғылардың сенімділігі артады.

3 Импульстік-кодтық модуляция

Байланыс жүйесінің жаңа типтерінің енгізу осы жүйелерді пайдаланудың техникалық мақсаттылығы тарату сапасының, тиімділігінің, эксплуатациясының және т.б сұрақтарын өңдеуге және күрделі дайындыққа әкеп соғады. Аналогты типтегі сигналдар алдында импульсті кодтық модуляция тарату жүйелерінің техникалық, экономикалық және эксплуатациялық-техникалық айырмашылықтары бар. Импульсті кодтық модуляция тарату жүйелерінің негізгі артықшылығы - олардың жоғары бөгеуілге тұрақтылығы. Таратудың талап етілген сапасын сақтау кезінде байланыстың ұзақтығын біршама арттыруға мүмкіндік беретін, магистральдағы бөгеуілдердің жинақталуын белгілі бір шамада әлсірететін құрылғы регенератор. Импульсті кодтық модуляция жүйелерінде шу және бұрмалану деңгейлері негізінен ақырғы құрылғылармен анықталады: абсолюттік шамасы бойынша лездік мәні регенератордың іске кірісу табалдырығынан кем адиативті бөгеуілдер беріледі. Импульсті кодтық модуляция тарату жүйелерінің жылдамдығы үлкен мәліметтерді таратуға жақсы икемделген. Аналогты жүйелердің байланыс арнасы мәліметтерді 600-2400 Бод жылдамдықпен тарата алады. Импульсті кодтық модуляция тарату жүйелерінің бір арнада екілік ақпаратты тарату жылдамдығы сызықты күре жолға жылдамдығы жоғары мәліметтерді енгізуге байланысты жүйелердегі арна құрастыру құрылғыларды қоспағанда 50-60 мың Бодты құрайды.

Қазіргі таңда импульсті кодтық модуляция аппаратурасының көмегімен көпарналы байланысты ұйымдастырудағы және ұзындығы 8-15 км басталатын жаңа кабельдерді орнатудағы шығын төмендеу. Мұндай кабель ұзындығында импульсті кодтық модуляция аппаратурасын қолдану арналары жиілікпен бөлінген қалалық телефон стансасын қолдануға қарағанда неғұрлым үнемді. Жартылай өткізгіш аспаптардың және интегралдық сұлбалардың бағасын төмендету импульсті кодтық модуляция жүйесіндегі құралдардың бағаларының төмендеуіне әкеп соғады.

Байланыс сапасы (телефондық арна параметрлері) жолдағы өшулік тербелісінен де, күре жолдың сертті сызықсыздығынан, бұрмаланудан да тәуелді емес. Қалдықтық өшуліктің тұрақтылығы, ЖС ұқсастығы жоғарғы дәрежесі және әртүрлі арнаның бәсеңдету уақыттары арналар коммутациясы кезінде біршама эксплуатациялық қолайлықты туғызады. Микроминиатюризацияға (интегралды сұлбаларға) цифрлы тарату жүйелерінің икемділігі аппаратуралардың жоғары сенімділігін қамтамасыз етуге габаритті өлшемдерін, массасын, сондай-ақ өндірістік және эксплуатациялық шығындарын төмендетуге мүмкіндік береді.

Импульсті кодтық модуляция тарату жүйелерінің негізгі кемшілігі болып неғұрлым кеңірек жиілік жолағын талап етуі, бірақ импульсті кодтық модуляцияның осы ерекшелігі берілетін жиілік жолағы тиімді түрде сигнал/бөгеуіл қатынасына ауысатындықтан, төменгі сапалы сызықты күре жолды (өтпелі өшулігі аз, шағылысу коэффициенті үлкен және т.б.) пайдалануға мүмкіндік береді.

Цифрлық тарату жүйесі келесі артықшылықтарын ескеру керек:

1) уақыттық тығыздау қағидасы негізінде берілетін сигналдың барлық түрлері біріктіріледі және бөлінеді;

2) импульсті тізбектердің транзит пунктінде түрлендірудің (қайта кодтау) және төменгі жиілікте немесе цифрлы-аналогты түрлендіру (ЦАТ) және аналогты-цифрлы түрлендіру (АЦТ) арқылы қайта қабылдауға цифрлық ағынның бұрмаланусыз тармақталуының мүмкіндігі;

3) жол бойымен өту нәтижесінде бұрмаланған импульсті сигналдар параметрлерін қалпына келтіру үшін регенерация қағидаларын пайдаланады.

3.1 Дельта-модуляция

Аналогты сигналдарды цифрлық формаға түрлендіру үшін ИКМ-мен қатар дельта-модуляция (ДМ) пайдаланылуы мүмкін. Дельта -модуляция кезінде импульсті кодтық модуляция кезіндегідей аналогты сигнал уақыттық дискреттеуге тап болады, кодтық топпен берілген санақ өсімшесінің таңбасы олардың таңбасын еске ала отырып, кейінгі өсімше қосындысымен қалыптасқан, алдыңғысына қатысты қалыптасады. Өсімше шамасы әрқашан шартты түрде болады. Таңба туралы ақпарат екі деңгейлі (+1 немесе -1 ) бір разрядты код көмегімен беріледі, ал өсімше таңбасы не оң болады, не теріс болады. Қабылдағыш стансаларда сигналдар тізбегімен қалпына келеді.

Дельта-модуляция мен импульсті кодтық модуляцияны салыстыру кезінде импульсті кодтық модуляция амплитудасының шектеулі диапазонында жұмыс істейді, ал дельта-модуляцияда кіріс сигналдың өсу жылдамдығы шектелген f – 800 Гц –те және 3.4 спектрінде жоғарғы жиілікті дельта-модуляция мен импульсті кодтық модуляцияны кванттау шуынан қорғаныстығын салыстыру үшін асқын жүктеме табалдырығында өсу жылдамдығымен келесі тәуелділік анықталады:

А_кв=Р_с.ср./Р_ш.кв.=30lglg- 17.4, [дБ].

Осы формуладан кванттау шуынан қорғанушылықтың берілген мәнінен дискреттеу жиілігін анықтауға болады. Дельта-модуляция жүйесінде дискреттеу жиілігі разряды m=8 сигналды таратудың тактылық жиілігіне тең.

Дельта - модуляция мен импульсті кодтық модуляцияда тактылық жиілік былай анықталады: f_T =8кГц·m, яғни f_T=8·8=64.

Кванттау шуынан қажетті қорғаныстықты қамтамасыз ету үшін дискреттеу жиілігі тактылық жиілікке тең кезінде разряд 150 кГц ретін құрайды. Егер дельта-модуляция мен импульсті кодтық модуляцияны салыстырсақ, кең жолақты арналарды көбірек қолданады, яғни дельта-модуляция шығыстары тарлау болады. Сондықтан дельта-модуляция қолданысы өте шектеулі (арна бойынша қызметтік байланысты ұйымдастыру үшін пайдалануы мүмкін).

Дельта-модуляция кезінде аналогты сигнал бірінші уақыттық дискреттеуге тап болады, бірақ берілген санақтың кодтық топ, алдыңғылармен салыстырғанда, өсімше таңбасын бейнелейді. Санақ (өсімше) шамасы дельта-модуляция кезінде тұрақты болып қалады, тек бір разрядты кодтың өсімше таңбасы өзгереді, яғни оң немесе теріс болуы мүмкін. (D) өсімше белгілі болса, онда импульстер тізбегі қабылдағышта сигналды қалпына келтіреді дельта-модуляция кемшіліктері: тарату жылдамдығының аз болуы (8 импульс орнына біреуін ғана беру керек); күре жолдағы арналар санының көптігі; асқын жүктеме болуы мүмкін; күрделі сигналдардың тіркесуінің қиындығы; сигналдың бастапқы деңгей туралы ақпарат таратудың қажеттігі. Бұдан сигнал бұрмалануы неғұрлым дискреттеу жиілігі f_д=1/T_джоғары болған сайын соғұрлым аз болады. Сызықты дельта-модуляция жүйесінде дельта-модуляция мен импульсті кодтық модуляцияға қарағанда тактылық жиілік мәні біршама жоғары, дельта-модуляция кезіндегі дискреттеу жиілігін біршама төмендетуге болады, егер кванттау қадамы сигнал өзгерісінің тіктігіне тәуелді өзгеретін біркелкі емес кванттауды пайдалансақ. Неғұрлым сигнал деңгейі жоғары болса, соғұрлым кванттау қадамы да жоғары және керісінше. Бұл адаптивті дельта-модуляция жүйелерінде күшті әсер береді.

3.2 Адаптивті дельта-модуляция

Дискреттеу жиілігін дельта-модуляция кезінде біршама төмендетуге болады, егер кванттау қадамы сигнал өзгерісінің тіктігіне тәуелді өзгеретін біркелкі емес кванттауды пайдалансақ. Неғұрлым сигнал деңгейі жоғары болса, соғұрлым кванттау қадамы да жоғары, неғұрлым сигнал деңгейі төмен болса, соғұрлым кванттау қадамы да төмен болады. Бұл кодек сұлбасына интеграл жұмысының аппроксимациялайтын сатылы сигнал интегралда қалыптасқан кванттау қадамын өзгертетін басқарушы элементтері енгізілген адаптивті дельта-модуляция (АДМ) жүйелерінде күшті әсер береді.

Кванттау қадамының өзгерісі кіріс сигналдың түзетілген кернеуімен басқарылатын қадам түрлендіргішімен іске асады. Сондықтан кіріс кернеу түзеткіште түзетіледі және қосындылаушы құрылғыға беріледі және кодер шығысына барып түседі, сосын төменгі жиілікті сүзгі көмегімен бөлінеді де, қадам түрлендіргішке беріледі. Неғұрлым кіріс сигнал кернеуі көп болса, соғұрлым қадам түрлендіргішке көп тұрақты құраушы келіп түседі және кванттау қадамы да көп болады. Кодер кірісіндегі сүзгі кіріс сигналдың тұрақты құраушысын өткізбейді. Декодердің кванттау қадамымен сызықты цифрлы сигналдың тұрақты құраушысы басқарылады. Бұл интеграл алдына қосылатын қадам түрлендіргішімен және төменгі жиілікті сүзгі көмегімен іске асады. адаптивті дельта-модуляцияны қолдану дельта-модуляция кезіндегі 150..200 кГц орнына дискреттеу жиілігін 50 кГц-ке дейін төмендетуге мүмкіндік берді. Бұл кезде арна параметрлерін сегіз разрядты кодтаулы Импульсті кодтық модуляция жүйесі арналарының параметрлерімен салыстыруға болады.

3.3 Дифференциалды импульсті кодтық модуляция

Дифференциалды импульсті кодтық модуляция (ДИКМ) кезінде, импульсті кодтық модуляциядан ерекшелігі сигнал санағының дәл мәні емес, алдыңғы және кезекті санақ мәнінің айырымымен кодталады.

Өсімше таңбасы көрсетілетін және бір разрядты сандармен кодтау жүзеге асатын дельта-модуляциядан ерекшелігі бұл жерде санақ айырымымен кодталады. Импульсті кодтық модуляция мен салыстырғанда ДИКМ аз кодтық рұқсатты және сәйкесінше негізгі сигналдың тактылық жиілігін қамтамасыз етеді. ДИКМ-ны құру сұлбасының екі нұсқасы бар:

1) Аналогты формада айырмашылықты сигналдардың және оның келесі түрленуінің қалыптасуы аналогты цифрлы тарату.

2) Аналогты цифрлы таратудан кейін ДИКМ сигналды алу.

Бұл жағдайда бастапқы сигнал, импульсті кодтық модуляция жүйелеріндегідей шығысында импульсті кодтық модуляция сигналы бар аналогты цифрлы тарату құрылғысына беріледі. Кодтың разряды төмендейтіндіктен, ДИКМ цифрлы импульсті кодтық модуляция күре жолдарының өткізгіштік қабілетін жоғарылату үшін қолданылады, сондай-ақ бірлік уақытта берілген кодтық комбинация санын жоғарылатуға болады. Дельта-модуляциямен салыстырғанда ДИКМ-ның лездік мәндері күрт секіруі мүмкін сигналдарды таратуда артықшылықтары бар. Мысалы: күрт өзгеру бейнелердегі қараңғы және жарық бөлшектер арасындағы шекараға сәйкес келетін телевизиялық сигналдарды және бейнетелефонды сигналдарды тарату кезінде. ДИКМ кезінде f_д импульсті кодтық модуляция кезіндегідей етіп таңдап алынады. ДИКМ-ның келесідей кемшіліктерін бөліп алуға болады: цифрлық ағынды тарату жылдамдығының аздығы, сигналдың бастапқы деңгейін беру қажеттігі.

3.4 Цифрлы импульсті-кодтық модуляцияны тарату жүйесінде синхрондау

Арналары уақытпен бөлінген цифрлы тарату жүйелері қабылдағышта бастапқы сигналдың дұрыс қалпына келуі тек генераторлық құрылғылардың синхронды және синфазалы жұмысы кезінде ғана мүмкін. Цифрлы тарату жүйелері бірқалыпты жұмысы үшін цифрлық топтық сигналдардың қалыптасу қағидаларын ескере отырып, синхрондаудың келесі түрлері қамтамасыз етілуі керек: тактылық, циклді және жоғары циклдік. Синхрондау түрлерінің ең болмағанда бір түрі бұзылатын болса, бұл цифрлы тарату жүйелері барлық арналарында байланыстың жоғалуына әкеп соғады. Тактылық синхрондау таратқыш және қабылдағыш стансаларда сигналдардың өңдеу жылдамдықтарының теңдігін қамтамасыз етеді. Бұл теңдікті сақтау үшін ақырғы қабылдағыш стансаның генераторлық құрылғы қабылданған импульсті кодтық модуляция сигналдан бөлінген f_Tжиілігін басқарады. f_T – жолдағы топтық цифрлық сигналдар импульстерінің ілесу жиілігі, яғни f_T =m ·N· f_д, m=8. Мысалы, ИКМ–30: мұндағы тактылық жиілік f_T= 8· 32· 87 ·10³=2048 кГц, разрядты импульстердің ілесу жиілігі f_p= f_T/m=2048/8=256 кГц, арналық импульстер жиілігі (дискреттеу жиілігі) f_T=2048/(8·32)=8 кГц, циклдік синхрондау жиілігі 4 кГц-ке тең, жоғары циклдік синхрондау (ЖЦС) жиілігі f_д/16=8·10³/16=500 Гц. Түзеткіш екі полярлы сызықты сигналды бір полярлыға түрлендіреді. Тар жолақты сүзгі жиілігі f_T гармоникалық тербелістерді бөледі.

Тар жолақты сүзгінің іріктеуіне күшті талаптар қойылуы керек, басқаша импульсті кодтық модуляция бір полярлы сигналының энергетикалық спектрінің үзіліссіз құраушысының бөлігі сүзгі арқылы өтіп кетеді де, тактылық жиіліктің, яғни импульстер арасындағы уақыттық интервалдардың діріліне әкеп соғады. Бұндай гармоникалық тербелістермен қалыптастырғыш құрылғы басқарылады және импульс синусоидалы тербелістің «-» тан «+»-ке 0 арқылы өту кезінде қалыптасады. Қалыптастырғыш құрылғы шығысынан тактылық жиілік қабылдағыштың генераторлық құрылғысына оның жұмысын такт бойынша басқара отырып беріледі. Әрбір тактылық импульсте 1-ге немесе 0-ге тең бір екілік импульс (символ) берілуі мүмкін.

4 Еуропалық плезиохронды цифрлық иерархия

Әртүрлі стансалар желісінде орналасқан, цифрлық тарату жүйесімен құрылған плезиохронды цифрлық иерархиялардың бірдей сатыдағы цифрлық ағындардың жылдамдықтары, таратқыш генераторлардың жиіліктерінің тұрақты болмау аймақтарында әртүрлі болады.

Осының байланысты қарастырылып отырған цифрлық тарату жүйесінің иерархиясы плезиохронды деп аталады. Таратқыш генераторлардың жиіліктерінің тұрақсыздығы, ағындарды басқа жоғарғы сатылы иерархия ағындарымен біріктірген кезде арнайы шаралар қолдануды талап етеді, ол оның біріншілік байланыс желісінің эксплуатациясын күрделендіреді және оның сапалық көрсеткіштерін төмендетеді.

Еуропалық плезиохронды цифрлық иерархияларының цифрлық ағындарының бірігу мен бөлінуі 7-суретте көрсетілген. Ақырғы стансаларда көрсетілген құрылғының тең жартысына ие болуы керектігін көреміз. Аралық стансаның төменгі жылдамдықты ағыны бөлінген кезде (мысалы, 7- суретте көрсетілгендей, 2 Мбит/с жылдамдықпен) сол стансадағы соңғы барлық құрылғыларда көрсетілген жылдамдық сақталады.

7 сурет – Еуропалық плезиохронды цифрлық иерархия цифрлық ағындарының бірігуінің сұлбасы

Байланыс жүйесіндегі отандық және шетелдік өндірістің цифрлық тарату жүйесінде плезиохронды цифрлық иерархия пайдаланылады. Отандық жүйелер импульсті-кодты модуляциялы цифрлық тарату жүйелері деп аталады. Иерархия деңгейінің орнына жүйенің белгілеуінде берілген жүйенің ақпараттық негізгі цифрлық арна саны көрсетіледі. Мысалы, иерархияның бірінші деңгейіндегі цифрлық тарату жүйесінде – ИКМ-30, екіншісіндегі цифрлық тарату жүйесінде – ИКМ-120 болып белгіленеді. Қазіргі кезде желіде еуропалық плезиохронды цифрлық иерархия шығаратын аппаратураның толық спектрі өңделген.

Плезиохронды цифрлық тарату жүйесінде арналарды уақыт бойынша бөлу қағидасы қолданылады, сондықтан бастапқы қабылданатын сигналдарды дұрыс қалпына келтіру, таратқыш және қабылдағыш стансалардағы генераторлық қондырғысы тек синхронды және синфазды жұмыс істегенде ғана мүмкін болады. Плезиохронды цифрлық тарату жүйесі дұрыс жұмыс істеуі үшін синхрондаудың келесі түрлері қолданылады:

- тактылық синхрондау – сызықты және стансалық регенераторлардағы, кодектағы және тактылық жиілігі F_т-ге тең сигналдың өңдеуін іске асыратын цифрлық тарату жүйесінің басқа құрылғыларындағы цифрлық сигналдарды өңдеу жылдамдықтарының тепе-теңдігін қамтамасыз етеді;

- циклді синхрондау – цифрлық сигналдың кодты топтарын декодерлеуін және дұрыс бөлуін және аппаратураның қабылдайтын бөлігіндегі сәйкес келетін арналар бойынша декодерленген санақтардың таратылуынын қамтамасыз етеді;

- асқын циклді синхрондау – сәйкес телефондық арналар бойынша қабылдау кезіндегі басқару мен өзара әсерлесу сигналдарын дұрыс таратуды қамтамасыз етеді. Басқару мен өзара әсерлесу сигналдары – АТС жұмысын басқаратын (нөмірді теру, жауап, үзілу т.с.с.) сигналдар жиынтығына кіреді.

Синхрондау түрінің ең болмаса біреуінің бұзылуы, цифрлық тарату жүйесінің барлық арналарындағы байланыстың жоғалуына әкеледі.

Тактылық синхрондау жүйесіне соңғы стансаның таратқыш құрылғысындағы генераторлық қондырғы құрамына кіретін және F_т тактылық жиіліктің импульсті тізбегін өндіретін таратқыш генераторы мен F_т тактылық жиілікті сигналдың өңделуі болатын қондырғыда орнатылатын тактылық жиілікті бөлу құрылғысы кіреді.

Тактылық жиілікті белгілеу әдісінің ең көп тарағаны пассивті сүзгілеу әдісі болып табылады. Бұл әдістің мағынасы - жоғары сапалы резонансты контурдан, сүзгіш – бөлгіштер немесе таңдалған күшейткіштерден тұратын топтық сандық сигнал спектрінен тактылық жиілікті белгілеу көмегімен тактылық жиілік бөлінеді. Бұл тәсіл тактылық жиілікті белгілеуін қарапайым іске асырумен сипатталады, бірақ оның кемшіліктері бар: тактылық жиілікті белгілеуінің тұрақтылығы сүзгілеу-бөлу параметрлерінің тұрақтылығына және сандық сигналдың құрылымына (нөлдер сериясы ұзын немесе байланыстың үзілуі қысқа уақытта өтсе, тактылық жиіліктің бөліну процесіне (қиындатылады) байланысты.

Жоғары жылдамдықты цифрлық тарату жүйелерінің күрделі тәсілі – қабылдау қондырғысындағы генератор жиілігін автоматты келтіру құрылғыларын қолдануымен жүретін тактылық синхрондау тәсілі болып табылады (активті сүзгілеу тәсілі).

Циклді синхрондау келесідей іске асады. Тарату стансасында циклдің басында, топтық сандық сигнал құрамына цифрлық синхросигнал енгізіледі. Қабылдау стансасында, циклдік цифрлық синхросигналды топтық сандық сигналдан бөліп алатын, циклдік таратрудың басын сонымен анықтайтын синхросигнал қабылдағышы орнатылады. Циклді цифрлық синхросигнал ерекшеленетін анықталған белгілерге ие болуы керек, олардың ретінде, алдын ала анықталған және өзгермейтін цифрлық синхросигнал құрылымы (мысалы, 0011011 ИКМ-30 цифрлық тарату жүйелері) қолданылады. Кездейсоқ болатын ақпараттық сигналдармен бірге, топтық сандық сигналдардың мұндай қасиеттері жоқ.

Тар – таратқыш құрылғысы;

Қаб – қабылдағыш құрылғысы

ТЖБ – тактылық жиілікті белгілеу;

8 сурет – Тактылы синхрондаудың құрылымдық сұлбасы

Циклді синхрондау жүйесіне келесі талаптар қойылады:

- аппаратураны бастапқы кезде қосқанда, синхрондауға кіру уақыты және синхрондау бұзылғанда, оның қалпына келу уақыты өте аз болуы керек;

- синхросигнал қабылдағышы жоғары бөгеуіл тұрақтылығымен анықталуы керек, яғни жалған синхрондауды орнатудан, және синхрондаудан жалған шығудан, қорғауы керек;

- синхросигналдың символдар саны мен қайталау жиілігі мүмкіндігінше өте аз болуы керек.

Плезиохронды-цифрлық синхросигнал сұлбаларының (9-суретті қараңыз) құрамына сәйкес келген сұлбалардың негізінде цифрлық синхросигналды табу блоктары, берілген уақыт позициясында цифрлық синхросигналды табу санауыштары, синхрондауға кіру және одан шығу бойынша санауыш-жинақтары кіреді.

Асқын циклді синхрондау жүйесінің жұмысы, циклді синхрондау жүйесінің жұмысы сияқты, циклдердің асқын циклдерінің біреуінде синхросигналдарын таратуында негізделген. Асқын циклді синхрондаудың қабылдағышының жұмысы синхросигнал қабылдағышының жұмысымен бір тектес.

Цифрлық тарату жүйесіндегі сигналдарды өңдеу процестері, уақыт бойынша қатаң регламенттелген. Цифрлық тарату жүйесі құрылғыларындағы сигналдарды өңдеудің тізбегі генераторлық құрылғымен таратылады.

Цифрлық тарату жүйесіндегі сигналдардың түзілу процестерін бақылайтын барлық импульсті тізбектердің таралуы мен түзілуін генераторлық қондырғы қамтамасыз етеді. Таратқыш стансалардың генераторлық қондырғыдағы импульсті тізбектерін жоғары тұрақты таратқыш генераторының тактылық жиілігін бөлу жолымен алады.

Жалпы генераторлық қондырғы жұмысының келесідей режимдері қарастырылады: жоғарғы тұрақты жеке таратқыш генераторының (салыстырмалы тұрақсыздығы + 10^-5...10^-6) жұмысы іске асатын ішкі синхрондау; ішкі таратқыш генераторының жұмысы іске асатын ішкі жіберу; ішкі сигналын басқаратын жиілікті автоматты реттеу сүзгісі көмегімен таратқыш генераторы жиілікті келтіру іске асатын сыртқы синхрондау.

Генераторлық қондырғы қабылдағыш стансасының құрылымы, оның тактылық жиілігінің таратқыш генератордан емес, тактылық жиілікті белгілеуден таралуымен ерекшеленеді, ал генераторлық қондырғысының цикл және асқынцикл бойынша қабылданыуы, цифрлық синхросигнал қабылдағыштарынан келіп түсетін сигналдар арқылы іске асады.

ИКМ-30 цифрлық тарату жүйесінің кадрын таратудың құрылымдық сұлбасын қарастырамыз. Берілген ағын біріншілік цифрлық ағын деп аталады да, отыз ақпараттық негізгі цифрлық арнаның бірігуімен ұйымдастырылады.

9 сурет – Синхросигнал қабылдағышының құрылымдық сұлбасы

АИ1-АИ15, АИ17-АИ31 арналық интервалдары, ақпараттық сигналдарды таратуға, ал АИ0 және АИ16 – қызметтік ақпараттық таратуға қарайласқан жұп циклдердегі АИ0 интервалдары, 0011011 түрлі және Р2-Р8 интервалдарын қамтитын циклді синхросигналды таратуға арналған.

Барлық циклдердің Р1 интервалында, берілгендерді тарату арналарына тұрақты әсер ететін ақпараттар беріледі. Тақ циклдердегі Р3 және Р6 АИ0 интервалдары, циклдік синхрондаудың жоғалтулары жөніндегі (Апат. синхросигналы) ақпаратты тарату үшін, және өзарақозулар пайда бола алатын мәндерінде арналардың қалдықтық өшулігінің төмендеуі (Қалд. өшул.).

Цифрлы тарату жүйелері плезиохронды цифрлық иерархияны құрудағы қабылданған құрылым, типтік сандық ағындардың қандай да бір әдісінің бірігуімен және бөлінуімен іске асады.

Әрбір біріктіру әдісінің мәнісі мынада: келіп түсетін ағындардағы ақпарат есте сақтау құрылғыларында жазылады да, содан кейін, біріккен ағынға біртіндеп әкетілетін кезеңі есеке алынады.

Ағындардың бірігуінің үш типін ажыратады: синфазды-синхронды, синхронды және асинхронды (плезиохронды). Бірінші жағдайда ағындарды біріктіретін жылдамдықтары ғана емес, олардың санау бастары да сәйкес келеді.

Екінші жағдайда ағындардың жылдамдықтары сәйкес келеді, бірақ олардың санау бастары кез келген бір-біріне қатысты ығысқан болады. Бұл, бірігу ретін көрсететін, біріктіру ағынына арнайы синхросигналды енгізуді мәжбүр етеді. Синхросигналдан кейін бірінші біріктіруші ағынның ақпараты таратылады, содан кейін – екінші және т.с.с.

Жалпы жағдайда асинхронды (плезиохронды) ағындардың бірігуі, біріккен ағындарға бірігу ретін көрсететін синхросигналдан басқа, біріктіруші ағындардың жылдамдықтарының керекті келісуін қамтамасыз ететін қызметтік ақпарат енгізіледі. Біріккен ағынның жазу жылдамдықтарын және біріккен ағынның санап алу жылдамдығының сәйкес келмеуінің екі жағдағдайы болуы мүмкін:

1) санап алу жылдамдығы жазу жылдамдығынан асады. Осы кезде жылдамдықтардың оңкелісу процесі қолданылады, ол біріккен ағынға қосымша биттің тіркелуін (стаффинг) көрсетеді;

2) санап алу жылдамдығы жазу жылдамдығынан кем. Бұл жағдайда жылдамдықтардың теріскелісу процесі қолданылады. Ол, қызметті бір биттің орнына қалып отыратын ақпаратты биттің таратылуын көрсетеді.

Ағындарды бөлу операциялары, бірігу операцияларына кері болып табылады: біріккен ағындағы ақпарат, алғашқы ағындарға сәйкес есте сақтайтын құрылғыда жазылады да, содан кейін, біріктіретін ағындардың жылдамдығына тең жылдамдықпен есептеледі.

Көпшілік жағдайда, ағындардың бірігуі, символды (бит бойынша) іске асырады, яғни біріккен кездегі есте сақтау құрылғысынан (ЕСҚ) ақпаратты санау, разряд бойынша жүреді: алғашында бірінші ағынның разряды саналып таратылады да, содан кейін – екіншісі және т.с.с., біріккен ағындардың соңғы разряды саналып болғаннан кейін, қайтадан біріншісінің кезекті разряды саналады, яғни цикіл қайталанады.

Символдардың топтар бойынша бірігуі мүмкін. Мысалы, біріккен ағында бірінші ағынның тарату цикліне немесе арнасына қатысты барлық символдары, содан кейін – екіншісінің символдар тобын таратуға болады. Символдардың топ бойынша бірігуі, символдардың біріккен топ санына пропорционалды жедел есте сақтау құрылғысының жады көлемін көбейтуді талап етеді.

Екіншілік цифрлы тарату жүйелері плезиохронды цифрлық иерархияны (ИКМ-120) кадрының құрылымы (10 суретті қараңыз) осы иерархияның барлық жоғарғы деңгейлері бір типті болып келеді. Тарату циклінің ұзақтығы 125 мкс және 1056 позициядан тұрады. Цикл ұзақтығы бойынша бірдей, 4 субциклге бөлінген. Бірінші субциклдің бірінші сегіз битінде, біріккен ағынның циклдік синхросигналы көрсететін, 11100110 комбинациясымен толтырылған. Екінші субциклдің алдыңғы төрт биті жылдамдықтардың келісу командаларының (ЖКК) бірінші символдарымен, ал келесі төртеуі – қызмет байланысының сигналдарымен толтырылған. ЖКК-ның екінші және үшініші символы үшінші және төртінші субциклдердің алғашқы 4 битін толтырады. Үшінші субциклдің 5-8 биттері, берілгендердің (2 бит) сигналдарын, апаттық сигналдарын таратуға және қызметтік байланыс (1 биттен) арнасы бойынша шақыруға арналған. Төртінші субциклдің 5-8 биттерінде ЖТК кезінде, біріккен ағындардың ақпараты таратылады. ЖОК кезінде, төртінші субциклдің 9-12 биттері алынады. Негізгі цифрлы тарату жүйесінен басқа, еуропалық плезиохронды цифрлық иерархиясына тікелей кірмейтін тарату жүйелері жасалған. Оларға:

-15 телефондық арналар сигналдарын 1024 кБит/с жылдамдықпен цифрлық ағынына түрлендіретін ИКМ-15 суббіріншілік жүйесі кіреді;

- арналары жиілікпен бөлінген аналогты цифрлық қондырғы кіреді. Ол арналары жиілікпен бөлінген тарату жүйелеріндегі арналардың (60-арналы) екіншілік типті топтың сигналдарын түрлендіреді;

- теледидарлық арна және дыбыстық (немесе бір стерио) екі арнасын, үш үшіншілік сандық ағынға түрленеді.

5 Цифрлық тарату жүйелерін құрастыру ерекшеліктері

Бүкіл әлемдегі телекоммуникация дамуының негізгі тенденциясы, байланыс желісін цифрлыққа ауыстыру болып табылады. Ол цифрлық әдістерін тарату мен коммутациялау басындағы желінің құрастырылуын қарастырады. Таратудың цифрлық әдістерінің аналогтыға қарағанда артықшылықтары көп.

Жоғарғы бөгеуілге тұрақтылық, ақпараттың цифрлы түрдегі келтірілуі, байланыс жолдарымен тарату кезіндегі осы символдардың регенерациясын (қайта қалпына келуін) іске асыруға мүмкіндік береді. Бұл ақпаратты таратудың сапасына әсер ететін бөгеулдермен бұрмаланулардың әсерін күрт азайтады.

Байланысжол ұзындығынан тарату сапасының тәуелділігінің аздығы. Тарату сигналдарының бұрмалануы, әрбір регенерациялық аймақ шектерінде өте аз. Регенрациялық аймақтың ұзындығы және сиигналдарды үлкен қашықтыққа тарату кезіндегі регенератордың қондырғысы кішкентай қашықтыққа тарату кезіндегідей болып қалады. Мысалы, ұзындығы 100 есе көбейгенде, ақпараттың ұзындығын бірнеше пайызға төмендету жеткілікті.

10 сурет – ИКМ-120 аппаратурасының кадрлық сұлбасы

Цифрлық тарату жүйелері арналарының параметрлерінің тұрақтылығы. Арналардың параметрлерінің тұрақтылығы мен ұқсастығы (қалдық өшулік, амплитуда-жиіліктік сипаттамалар) негізінде сигналдарды аналогты түрде өңдеу құрылғыларымен анықталады. Осы құрылғылар Цифрлық тарату жүйелері қондырғысының маңызды емес бөлігін құрғандықтан, осындай жүйедегі арналар парметрлерінің тұрақтылығы аналогтыға қарағанда айтарлықтай жоғары. Және де осыған, жүйе жүктеуінің бөлек арналарының параметріне әсері цифрлық тарату жүйелерінде жоқтығы ықпал етеді. Дискретті сигналдарды таратуға арналған арналардың өткізу қабілеттілігін пайдалану тиімділігі, цифрлық тарату жүйелерінде топтық күре жолына дискретті сигналдарды тікелей енгізгенде, олардың тарату жылдамдығы топты сигналдың тарату жылдамдығына жақындайды. Мысалы, егер сол кезде тарату жүйесінің тек бір арнасына сәйкес келетін уақыт позициялары қолданылса, онда тарату жылдамдығы 33,6 кБит/с-тен аспайды.

Байланыстың сандық желісін құру мүмкіндігі. Цифрлы тарату жүйесі, коммутацияның цифрлық жүйесімен бірге байланыстың цифрлық желісінің негізі болады. Онда сигналдардың коммутациясы, транзитті және таратылуы цифрлық түрде орындалады. Сол кезде, арналардың парметрлері, желі құрылымына тәуелсіз. Сонымен қатар желіні ажыратып, иілгіш қылып тұруға мүмкіндік береді.

Жоғарғы техника-экономикалық көрсеткіштер. Сигналдардың цифрлық түрде коммутациясы мен таратылуы, қондырғыны біртұтас апараттық платформада орындауға рұқсат етеді. Бұл қондырғыны жасауды жеңілдетеді, оның бағасын, тұтыну энергиясын және габаритін айтарлықтай төмендетеді. Одан басқа жүйелердің іске қосылуы жеңілдетіліп, сенімділігі артады.

1кесте

Параметр	ИКМ-15	ИКМ-30 (ИКМ-30С)	ИКМ-120	ИКМ-480	ИКМ-1920
ТЖ арналар саны	15	30	120	480	1920
Кіріс ағындарының тарату жылдамдығы, кбит/с	-	-	2048 (1+3*10^-5)	448(1+2*10^-⁵)	4368 (1+1,5*10^-5)
Шығыс ағындарының тарату жылдамдығы, кбит/с	1024(1+3*10^-5)	20481+3*10^-5)	84482*10^-5)	34368(1+1,5*10⁵	13926(1+1*10^-5)
Сызықтык сигналдың код типі	NRZ-S	CMI	CMI не месе HDB-3	HDB-3	HDB-3
Циклдік синхрондау-дың қалпына келуінің орташа уақыты	2	2+2(СЦС)	0,75	0,5	0,15
Максимальды ұзындық тықтағы сызықтық күре жолының қателік коэффициенті	10^-7	10^-7	10^-7	10^-7	10^-7
Кабель түрі	КСПП, ВТСП	Т,ТП.КСПП	МКС, ЗКП	МКТ-4	КМБ-4
Регенерациялық аймақтың ұзындығы, км	7,4-ке дейін	2,7(3,8)-ге дейін	5+0,5	2,3...3,2	2,75...3,15
ДП секциясының максималь ұзындығы, км	50	43(110)	200	200	240
Байланыстың максималь ұзақтығы, км	100	85(440)	600	2500	2500
Қызмет етілетін стансалар арасындағы ҚЕРА–ның максимальды саны	7	20 (28)	40	80	80

Біріншілік жүйенің құрылымы таратылатын ақпараттық ағындарын біріктіруін және бөлуін алдын ала болжайды, сондықтан онда қолданылатын тарату жүйелері иерархиялық қағидамен құрылады. Цифрлық жүйелерге қатысты бұл қағиданың мағынасы мынада: иерархияның берілген сатысына сәйкес келетін цифрлы тарату жүйесің арналар саны, алдыңғы сатыдағы цифрлы тарату жүйесі арналар сатысынан бірнеше есе үлкен.

Арналары жиілікпен бөлінген аналогты тарату жүйелері де иерархиялық қағидамен құрылады, бірақ цифрлы тарату жүйесіне қарағанда олардың иерархия сатысы, тарату жүйелерінің өздері емес, арналардың типтік топтары болып табылады.

Иерархияның бірінші сатысына сәйкес келетін цифрлы тарату жүйесі, біріншілік деп аталады; бұл цифрлы тарату жүйесі, біріншілік сигналдардың шамалы сандарына қатысты, біріншілік цифрлық ағынға тікелей түрлендіру орындалады. Иерархияның екінші сатысының тарату жүйелері, біріншілік ағындардың белгілі санын екіншілік цифрлық ағынға және т.с.с. біріктіреді.

ХЭБ-Т ұсынысында цифрлы тарату жүйесі иерархиясының екі типі келтірілген: плезиохронды цифрлық иерархия және синхронды цифрлық иерархия (СЦИ). Цифрлы тарату жүйесі барлық типтері үшін, біріншілік сигналдың тарату жылдамдығы 64 кБит/с-қа тең, біріншілік цифрлық ағын болып табылады, ол негізгі цифрлық арна (НЦА) деп аталады. Біріншілік аналогты сигналдарды (сонымен қатар телефондық) НЦА-ға түрлендіру төменде қарастырылады («Аналогты сигналдарды цифрлық өңдеу» тарауын қараңыз).

Тарихи бірінші болып шыққан плезиохронды цифрлық иерархияның еуропалық, солтүстік американдық және жапондық түрлері бар (2 кестені қараңыз).

2 кесте

Иерар- хия деңгейі	Еуропа		Солтүстік Америка		Жапония
Иерар- хия деңгейі	Жылд., МБит/с	Мульти плекс коэфф.	Жылд., МБит/с	Муль- типл. коэфф.	Жылдамд. МБит/с	Муль- типл. коэфф
0	0,064	-	0,064	-	0,064	-
1	2,048	30	1,544	24	1,544	24
2	8,448	4	6,312	4	6,312	4
3	34,368	4	44,736	7	32,06	5
4	39,264	4	-	-	97,72	3

Плезиохронды цифрлық иерархия цифрлық ағындары үшін, сәйкес белгіленулер қолданылады. Солтүстік американдық және жапондық цифрлық иерархияда, Т (кейде DS) белгіленулері, еуропалық плезиохронды цифрлық иерархия – Е белгіленулері қолданылады. Бірінші деңгейдегі Плезиохронды цифрлық иерархия ағындар, сәйкес Т-1 және Е-1, екінші Т-2 және Е-2 және т.с.с. белгіленеді. Екіншілік кодтар, тек екі элементті қолдану арқылы құрылады. Әдебиеттерде, екіншілік кодтар символдарының әртүрлі шартты белгіленулері кездеседі. Солардың ішіндегі көп кездесетіні, ХЭБ-Т мен ұсынылған және 3 кестеде көрсетілген.

3 кесте

x1	1	+1	+	Z	Mark
x0	0	-1	-	A	Space

Кодтарды іске асыру кезінде, олардың символдарын дискретті сигналдың келесі операцияларды орындауға және байланыс жолдары бойынша таратуға арналған басқа формадағы элемент түріне келуі қажет.

Сигналдар түрі символдар кодынан кейін қатаң түрде бекітілуі міндетті емес. Қатысты кодтау ережелері кең таралған. Онда кодтың бір символы түрлерінің кезекпен, ал екіншісі - алдыңғы элементтің түрімен көрсетіледі. Сигналдың тікелей түрін таңдауы: энергетикалық спектрін (орын алатын жиілік жолағы), синхрондау сигналдарын бөлу мүмкіндігін, жиіліктің бірлік жолағына есептегендегі тарату жылдамдығын (таратудың меншікті жылдамдығын) анықтайды.

Байланыс жолдары бойынша таратуға арналған сандық сигналдардың түрлері, сызықтық кодтар (СК) деп аталады. СК нөлден басталатын жиіліктің біріншілік жолағында модуляциясыз мәліметтерді таратуға қолданылады. Басқаша айтқанда, плезиохронды цифрлық иерархия мен синхронды цифрлы иерархия ережелеріне сай қалыптасқан және екіншілік тізбек болып келетін, цифрлы тарату жүйелері кадрлары байланыс жолына тарату алдында, сызықты түрлендіруге әкеледі.

6 Сызықтық кодтардың негізгі типтері

Нөлге оралмайтын код – Non Return to Zero (NRZ) жай екіншілік тізбек болып табылады. Нөлге оралатын кодта – Return to zero (RZ) бірлік ұзақтығы екі есе аз импульспен таратылады. Кодтардың қарапайым түрлі спектрлерінің келесі кемшіліктері бар: тұрақты құраушылардың бар болуы; тактылық жиіліктің (синхронды жиіліктің) қуаты; нөлдердің ұзын тізбектерінің бар болуы. RZ коды, NRZ кодына қарағанда, өткізу жолағының кең болуын талап етеді, бірақ тұрақты құраушының мәні кіші болады.

Металл кабельдерімен жұмыс істеуге арналған тарату жүйелерінде үшіншілік кодтар кең қолданыс тапты. Олардың қолданылуы жүктемеге (металл кабеліне) электр қозғауыш күші (ЭҚК) генераторын әр полярлы қосу мүмкіндігіне негізделген.

Импульстардың алмасып тұратын полярлығы бар код (ИАП) - Alternate Mark Inversion (AMI) – биполярлы код. Ол үшіншілік кодтың біреуін көрсетеді: нөлдерге - импульстердің жоқтығы, ал бірлерге – оң және теріс полярлы, кезектесіп алмасатын төртбұрышты импульстар сәйкес келеді. Импульсті тізбектің тұрақты құраушысы нөлге тең болғандықтан, бөлгіш трансформаторлары бар байланыс бойынша таралуы мүмкін. Берілген кодтың артықшылығы, екілік түрлендіруінің қарапайымдылығы.

Модификацияланған импульстардың алмасып тұратын полярлығы бар код келесідей құрылады. Ұзындығы n нөлдерден асатын паузаға байланысты сигналдар кіреді. Бірліктердің жүруінің жоғарғы тығыздықты код (ЖТК-3) High-Density Bipolar (HDB-3) кең таралған. Оның ұзындығы n=3. Талшықты- оптикалық тарату жүйелерінің сызықтық кодтарының негізгі талабы-сигналдардың екі маңызды деңгейін ғана қолдану, себебі шағылу көзі (лазер немесе жарық диоды), екі қуатты режимде (шағылудың болуы немесе болмауы) жұмыс істейді.

NRZ және RZ кодтарын тікелей қолдану, талшықты-оптикалық тарату жүйелерінде шектелген корреляциялық байланысты кодтар, әсіресе СMI коды немесе бірліктерді кезекті терістеу коды кең қолданылады. СMI кодындағы нөлдер, бір тактылық интервалда нөлдер мен бірді тізбектеп ауыстырғанда таратылады, ал бірлер, екі нөл немесе екі бірлердің айнымалы тізбектің үйлесуімен таратылады. Жоғарғы жылдамдықты жүйелерде NRZ форматтағы скрембрленген сигнал қолданылады. Скрембрлену алгоритмдерін толығырақ қарастырайық. Скрембрлеудің мәні пайда боған нөлдер мен бірлер статистикасы кездейсоқ шамасына жақындағанда, тізбекті алудан тұрады. Ол таратылған сигналдың қуатының, спектрлік тығыздықтың, жиіліктердің белгілі бір аймақта жинақталған тұрақтылықтың және тактылық жиілікті сенімді бөлуге қойылатын талаптарға мүмкіндік береді. Скрембрлеу сигналдың статистикалық қасиеттерін жақсартуға арналған байланыс жүйелерінің көптеген түрлерінде кең таралған. Әдетте, скрембрлеу модуляциялаудың алдында жасалынады. Скрембрлеу (scramble ағылшын тілінен аударғанда араластыру) модуль бойынша алғашқы сигналдың “қосу” логикалық операциясын және екіншілік сигналдардың түрлендіруін іске асыратын скремблер құрылғысы көмегімен таратқыш жақта өтеді.

Қабылдау стансасында дескремблер деп аталатын құрылғы арқылы дескремблерлеу кері операциясы жүреді. Дескремблер алғашқы тізбекті қабылдағаннан кейін бөліп алынады

Скремблердің негізгі бөлігі – кері байланысты, сызықтық n-каскадты регистрлер түрінде болатын жалған кездейсоқ тізбектердің (ЖКТ) генераторы болады. Ол 2ⁿ-1 максималь ұзындыққа тең тізбекті қалыптастырады.

Скремблерлеу мен дескремблерлеудің екі негізгі типін ажыратады - өзіндік синхрондалатын (ӨС) және қондырылатын (аддитивті).

Өзіндік синхрондалатын скремблерлеудің ерекшелігі скремблерленген тізбекпен, яғни арнаға берілетін тізбекпен басқарылады. Сол үшін, скремблерлеудің белгілі түрінде скремблер мен дескремблер күйлерін арнайы қондыру қажет емес; скремблерленген тізбек, скремблер мен дескремблердің ығысу регистріне жазылады да, оларды ұқсас күйге келтіреді.

Синхрондау жоғалып қалғанда, скремблер мен дескремблер арасындағы синхрондауды қалпына келтіру уақыты скремблерлеудің регистр ұяшығының санына тең, тактылардың санынан аспайды.

Қабылдау соңында, жалған кездейсоқ тізбектердің регистрінен қабылданған скремблерленген тізбекті 2 модулі бойынша қосу арқылы, алғашқы тізбектің бөлінуі болады.

Мысалы, 11-суреттегі сұлба үшін а_k кіру тізбегі b_k=a_k^Å(b_k-6^Åb_k-7) арақатынасына сәйкес скремблерлеудің көмегімен жіберілетін b_к екілік тізбекке түрленеді. Қабылдағышта, осы тізбектен қабылдау кезіндегідей ығысу регистрімен a_k=b_k^Å(b_k-6^Åb_k-7) тізбегі қалыптастырады. Осы тізбек дескремблерлеудің шығысындағы тізбек бастапқы тізбекке ұқсас.

Сұлбаның істеу қағидасын қорытындыласақ, b_k тізбегінде бір қате болса, онда келесі алтыншы және жетінші символдарында қате болады (берілген мысалда). Жалпы жағдайда, қате қабылданған биттің әсері (а+1) рет болады, мұнда а – кері байланыстардың саны.

Сонымен, синхросигнал скремблер-дескремблерінің қателерді көбейту қасиетімен анықталады. Берілген скремблер-дескремблер, синхросигналдың кемшілігі ығысу кезінде кері байланыс санын шектейді, осы сан а=2-ден аспайды.

Синхросигналдың скремблерінің екінші кемшілігі шығыс тізбегі жалған кездейсоқ тізбектердің ұзындығынан кіші уақытымен периодты сипатталғанда, белгілі бір кездерде қиын жағдайлардың пайда болуына байланысты. Осыны жою үшін ХЭБ-Т нұсқауларына сай скремблер мен дескремблерде кірістегі элементтердің қайталауын шығаратын басқарудың арнайы қосымша сұлбалары қарастырылады.

11 сурет – Өзіндік синхрондалатын скремблер мен дескремблер

Синхросигналдың скремблер-дескремблерінде болатын кемшіліктер аддитивті скремблерлеуде болмайды, бірақ осы жерде скремблер мен дескремблер күй регистрлерін алдын ала ұқсас етіп, қондыруын талап етеді.

Қондырумен істелетін скремблерлеуде (аддитивті скремблері) синхросигналдың скремблердегідей, жалған кездейсоқ тізбектерінің және кіріс сигналдарының қосылуы іске асады, бірақ қосылған сигнал регистрдің кірісіне кірмейді. Дескремблерде скремблерленген сигнал ығысу регистрінен өтпейді, сондықтан қателердің көбеюі болмайды. Әрқашан жалған кездейсоқ тізбектер мен кіріс тізбектің периодтары, олардың мәндерінің ең аз бөліндісіне тең болады. Қателерді көбейту эффектілері және керек емес жағдайлардан арнайы логика қорғауын қажет етудің жоқ болуын, скремблер мен дескремблердің фазалау мәселесін шешуге кететін шығындарын ескермесек, аддитивті скремблерлеудің тәсілін қолдану қолайлы болады. Жалған кездейсоқ тізбектердің сигналды орнату ретінде цикілді синхрондау сигналын қолданады.

7 Цифрлық ағындарды біріктіру

Біріктірудің бірнеше әдістері бар:

а) символ бойынша;

б) арна бойынша;

в) жүйе бойынша. Алдымен, символ бойынша біріктіруді қарастырамыз (12 суретке қараңыз).

12 сурет – Символ бойынша біріктіру сұлбасы

_{Еуропада цифрлық жүйелердің
келесі иерархиясы қабылданған: төрт біріншілік цифрлық
жүйелер бір екінші ретті жүйеге; төрт екінші ретті
үшіншіге; төрт төртінші бесіншіге бірігеді. Жоғарыда
айтылғандай, ИКМ-30 типті бірінші цифрлық тарату жүйесі
(БЦТЖ) 30 телефон сигналын жеткізуді қамтамасыз етеді. Сонда
сәйкесінше екіншілік цифрлық тарату жүйесі (ЕЦТЖ) 120
сигналды жеткізуді қамтамасыз етеді, үшіншілік цифрлық тарату
жүйесі (ҮЦТЖ) – көбінесе өзі жеткізетін арналар санын
көрсетеді, мысалы ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 және ИКМ-7680.
Қосынды цифрлық ағынды бөлу үшін бастапқы
құрамына синхрондау сигналын (СС) енгізу керек.}

13-суретте көрсетілген генераторда басқа құрылғылардың жиыны: жіберу жағында – мультиплексор (MUX), қабылдау жағында – демультиплексор (DMX), біріккенде – мульдекс (MX) деп аталады. Орыс тілді әдебиеттерде бұл құрылғылар уақыттық топ ұйымдастырушы құрылғы (ОВГ) деп те атайды, алайда топтық ағындардың қай жақта құрылғанын – жіберу не қабылдауды нұсқайды. Мысалы, топ ұйымдастырушы құрылғы (ОВВГпд) – жіберу жағындағы екінші уақыттық топ ұйымдастырушы, (ОВВГ) – «тұнықтық» қағидасы. Оның негізі, уақыттық топ ұйымдастыру құрылғысы бірігетін цифрлық сигналдардың құрылымына ешқандай шектеу қоймауы тиіс. Сәйкесінше, соңғылар жоғары деңгейдегі топтық күре жолда ешқандай құрылым мен тактылық жиілігінің өзгерісінсіз жіберілуі тиіс. Әдетте біріктірілетін цифрлық ағын (ЦП) тактылық жиіліктері бір-біріне жақын және номиналды жиілігіне шамамен тең, бірақ олардың әр қайсысы шегінде тәуелсіз өзгере алады, мұндағы - осы ағындарды қалыптастыратын автономды генераторлардың қатысты тұрақтылығы.

13 сурет – Мульдекс сұлбасы

БАС кірісі мен шығысындағы тактылық жиіліктің бірдей номиналь мәндерінде оны әртүрлі әдіспен құруға болады. Бірінші кезекте ол келісудің бірінші қадамындағы түрлену жиілігіне тәуелді. Тәжірибеде екі негізгі нұсқа қолданыс тапты. Біріншіде , ал екіншіде таңдалады. Бірінші нұсқаға үш жағдайды сипаттау керек: а) ; б) ; в) . жады блогына БПj ақпараттық сигналды жазу жиілігі оқу жиілігіне тең, бұл жағдайда ЦПj кірісі мен ЦП шығысындағы импульстер тізбегі өзара бірдей, егер тұрақты уақыттық ығысуын ескермесек. Мұндай жағдай синхронды біріктіру режиміне сәйкес келеді (15 суретті қараңыз).

14 сурет – Цифрлы сигналдардың түзілуі

15 сурет – Сигналдарды синхронды біріктіру

Уақыт бойынша тығыздаудың екінші нұсқасының айырмашылығы, мұнда бірігу мен бөлу екі деңгейлі цифрлық сигналдармен орындалады.

Мұндағы кірістегі цифрлық ағындар, тактылық жылдамдығы F_T, М есе артық тактылық жиілігі бар бір қосынды цифрлық ағынға бірігу құрылғысына бірігеді. Қабылдау жағында бұл ағын бөлу құрылғысымен (УР) М біріншілік ағынға бөлінеді. Цифрлық ағындарды біріктірудің 2 нұсқасы бар:

1) синхронды, бастапқы цифрлы ағындар жиілік және фаза бойынша синхронды (олардың тактылық жылдамдықтары бірдей);

2) асинхронды, тактылық жиіліктері әртүрлі цифрлық ағындарды біріктіру (тәуелсіз генераторлық құрылғыны қолдану есебінен).

8 Цифрлық тарату жүйелерін құрудың ерекшеліктері

Цифрлық тарату жүйелерін (ЦТЖ)-ін құрудың келесідей артықшылықтары бар:

2) тарату сапасының байланыс жолы ұзындығынан әлсіз тәуелдігі. Әрбір регенерациялық аймақ шегінде таратылатын сигнал бұрмалануы жоқтың қасы. Регенерациялық аймақ ұзындығы және регенератор құрылғысы ұзақ арақашықтыққа сигналды тарату кезінде қысқа ара- қашықтыққа тарату кезіндегідей болып қала береді. Ақпаратты тарату сапасын өзгеріссіз сақтау үшін жол ұзындығын 100 есе ұзарту кезінде регенерациялық аймақ ұзындығын бірнеше ғана пайызға қысқарту жеткілікті;

3) цифрлы тарату жүйесі параметрлерінің тұрақтылығы. Арналар параметрлерінің (қалдықты өшулігі, жиіліктік сипаттама және амплитудалық сипаттама) тұрақтылығы және ұқсастығы. Мұндай жүйедегі арналар параметрлерінің тұрақтылығы аналогтыға қарағанда біршама жоғары;

4) дискретті сигналдарды тарату үшін арнаның өткізу қабілетін пайдаланудың тиімділігі. Мысалы егер бір ғана ТЖ арнаға сәйкес уақыттық позицияны пайдаланса, онда дискретті сигналды тарату жылдамдығы 64 кБит/с жақын болады, ал уақыт аналогты жүйедегідей 9,6 кБит/с артық болмайды;

8.1 ИКМ тарату жүйелерінің негізгі артықшылықтары

Байланыс жүйесінің жаңа типтерінің енгізу осы жүйелерді пайдаланудың техникалық мақсаттылығы тарату сапасының, тиімділігі эксплуатациясының және т.б. сұрақтарын өңдеуге және күрделі дайындыққа әкеп соғады. Аналогты типтегі сигналдар алдында ИКМ тарату жүйесі техникалық, экономикалық және эксплуатациялық-техникалық айырмашылықтары бар. ИКМ тарату жүйесі негізгі артықшылығы - олардың жоғары бөгеуілге тұрақтылығы. Таратудың талап етілген сапасын сақтау кезінде байланыстың ұзақтығын біршама арттыруға мүмкіндік беретін, магистральдағы бөгеуілдердің жинақталуын белгілі бір шамада әлсірететін ол сигнал регенерациясының мүмкіндігі. ИКМ жүйелерінде шу және бұрмалану деңгейлері негізінен ақырғы құрылғылармен анықталады: абсолюттік шамасы бойынша лездік мәні регенератордың іске кірісу табалдырығынан кем адиативті бөгеуілдер беріледі. ИКМ тарату жүйесі жылдамдығы үлкен мәліметтерді таратуға жақсы икемделген. Аналогты жүйелердің байланыс арнасы мәліметтерді 600-2400 Бод жылдамдықпен тарата алады. ИКМ тарату жүйесі бір арнада екілік ақпаратты тарату жылдамдығы сызықты күре жолға жылдамдығы жоғары мәліметтерді немен енгізуге байланысты жүйелердегі арна құрастыру құрылғыларды қоспағанда 50-60 мың Бодты құрайды.

Қазіргі таңда ИКМ аппаратурасының көмегімен көпарналы байланысты ұйымдастырудағы және ұзындығы 8-15 км басталатын жаңа кабельдерді орнатудағы шығын төмендеу. Мұндай кабель қиындығында ИКМ аппаратурасын қолдану арналары жиілікпен бөлінген қалалық телефон стансасы қолдануға қарағанда неғұрлым үнемді. Жартылай өткізгіш аспаптардың және интегралдық сұлбалардың бағасын төмендету ИКМ жүйесіндегі құралдардың бағаларының төмендеуіне әкеп соғады.

Байланыс сапасы (телефондық арна параметрлері) - жолдағы өшулік тербелісінен де, күре жолдың сертті сызықсыздығынан, бұрмаланудан да тәуелді емес. Қалдықтық өшуліктің тұрақтылығы, желінің ұқсастығы жоғарғы дәрежесі және әртүрлі арнаның бәсеңдету уақыттары арналар коммутациясы кезінде біршама эксплуатациялық қолайлықты туғызады. Микроминиатюризацияға (интегралды сұлбаларға) цифрлы тарату жүйесі икемділігі аппаратуралардың жоғары сенімділігін қамтамасыз етуге габаритті өлшемдерін, массасын, сондай-ақ өндірістік және эксплуатациялық шығындарын төмендетуге мүмкіндік береді.

ИКМ тарату жүйесі негізгі кемшілігі болып неғұрлым кеңірек жиілік жолағын талап етуі табылады, бірақ ИКМ тарату жүйесі осы ерекшелігі берілетін жиілік жолағы тиімді түрде сигнал/бөгеуіл қатынасына ауысатындықтан төменгі сапалы сызықты күре жолды (өтпелі өшулігі аз, шағылысу коэффициенті үлкен және т.б) пайдалануға мүмкіндік береді.

Цифрлық тарату жүйелерінің келесі артықшылықтарын ескеру керек:

1) уақыттық тығыздау қағидасы негізінде берілетін сигналдың барлық түрлері біріктіріледі және бөлінеді;

2) импульсті тізбектердің транзит пунктінде түрлендірудің (қайта кодтау) және төменгі жиілікте немесе цифрлы-аналогты түрлендіру (ЦАТ) және аналогты-цифрлы түрлендіру (АЦТ) арқылы қайта қабылдауға сипат цифрлық ағынның бұрмаланусыз тармақталуының мүмкіндігі;

9 Синхронды цифрлық иерархия

Байланыс желілерін құру үшін қазіргі кезде қолданылатын жаңа технологиялардың бірі синхронды цифрлық иерархия (СЦИ) (Synchronous Digital Hierarchy – SDH) болып табылады. Ол алдыңғы жүйелерге қарағанда мынадай айқын артықшылықтарымен ерекшеленеді: талшықты-оптикалық және радиорелелі жолдарды толық іске асыруын қамтамасыз етеді және байланыстың жоғарғы сапасына кепілдік беріп, басқару мен бақылауға, эксплуатациялауға ыңғайлы иілгіш, сенімді, желілерден жасайды. СЦИ жүйелері 155 Мбит/с-тан және одан жоғары тарату жылдамдықтарын қамтамасыз етеді және іске асқан цифрлы тарату жүйелері сигналдарын қалай тасымалдаса, солай жаңа келешекті қызметтегі, сонымен қатар кең жолақты сигналдарын тасымалдайды. СЦИ аппаратурасы – бағдарламаларды басқаратын аппаратура болып есептеледі және ол өзінде түрлендіру, тарату, оперативті ауыстырып қосу, бақылау, басқару құралдарын интегралдайды.

СЦИ - ол күшті жаңа тарату жүйелері емес, сонымен қатар ол желілік архитектурадағы басқару ұйымдарындағы принципиалды өзгерулер, СЦИ-ді енгізу, желілік операторлар, тұтынушылар және құрылғыларды шығарушылар үшін көптеген жетістіктерге алып келеді.

9.1 Синхронды цифрлық иерархияның негізгі қағидалары

СЦИ барлық жүйе аймақтарын қамтитын және ақпаратты тарату, басқару және бақылау функцияларын атқаратын әмбебап транспортты жүйені құру мүмкіндіктерін жасайды. Ол барлық плезиохронды сигналдарын тасымалдау үшін және барлық әсерлі және озық қызметтерді, сонымен қатар (АТМ) ауыстыруының асинхронды әдісін қолданатын, (B-I SDN) интеграциялық қызметі бар кеңжолақты цифрлы жүйеге арналған.

СЦИ-да электроникадағы, системотехникадағы, есептегіш техникадағы және с.с. соңғы жетістіктері қолданылады. СЦИ-ны қолдану, аппаратураның көлемін және бағасын төмендетіп, эксплуатациялық шығындарды және құрылғылардың монтаждау және келтіру мерзімін едәуір қысқартады. Сонымен қатар жүйелердің сенімділігі, өмір сүру ұзақтығы, иілгіштігі, байланыстың сапасы біршама өседі.

СЦИ-ның сызықты сигналдары, синхронды транспортты модульдерде STM (Synchronous Transport Module) ұйымдастырылған (4 кестеге қараңыз). Біріншісі – STM-1-155 Мбит/с-қа сәйкес келеді. Әрбір келесі модульдің жылдамдығы алдыңғысына қарағанда төрт есеге үлкен және байтты синхронды мультиплекстеу арқылы құрылады. Стандартталғандары STM-4 (622 Мбит/с) және STM-16 (2,5 Гбит/с), STM-64 (10 Гбит/с) стандартталуы күтілуде.

4 кесте

Деңгей	Модуль	Тарату жылдамдығы
1	STM-1	155 Мбит/с
4	STM-4	622 Мбит/с
16	STM-16	2,5 Гбит/с

Атап айтқандай, СЦИ үшін таратудың негізгі ортасы талшықты оптикалық тарату жолдары болып келеді. Сонымен қатар радиожолдарды қолдануға да болады. STM-1 үшін радиожолдағы өткізу қабілеті жеткіліксіз болған жағдайда, тарату жылдамдығы 52 Мбит/с (STM-1-ден 3 есе кем) суббіріншілік транспортты модуль STM-RR қолданылуы мүмкін. Бірақ STM-RR синхроды цифрлық иерархияның деңгейі болмағандықтан, желілік түйіндердегі интерфейстерде қолданыла алмайды.

Синхронды цифрлық иерархия жүйесінде контейнерлі тасымалдау қағидасы қолданылады. Тасымалданатын сигналдар алдын ала стандартты контейнерлерде (Container) орналасады. Барлық операциялар өзінің құрамына байланыссыз контейнермен өндіріледі. Осыған байланысты ССИ жүйесінің мөлдірлігі пайда болады, яғни плезиохронды цифрлық иерархияның әртүрлі сигналдарын, АТМ ұяшығының ағымдарын немесе қандай-да басқа сигналдарын тасымалдау мүмкіндігіне қол жеткізіледі.

Төрт деңгейлі контейнерлер бар. Олардың барлығы плезиохронды цифрлық иерархияның құрамында орналасқан сигналдармен бірге 5 кестеде көрсетілген (жылдамдығы 8 Мбит/с еуропалық ПЦИ берілмеген, себебі қазіргі кезде С-2 контейнері жылдамдықтары иерархиялық емес жаңа сигналдар үшін қолданылады, мысалы, АТМ ұяшығы).

Контейнерлердегі сигналдардың орналасу қағидасы және соңғыларды синхронды транспортты модульдерде тасымалдау үшін түрлендіру сұлбасы төменде келтірілген.

СЦИ жүйесінің негізгі қасиеті, оның үш функционалдық қабатқа бөлінуі болып табылады. Олардың өзі қабатшаларға бөлінеді (6 кестеге қараңыз).

Әрбір қабат өзінен жоғарғы қабатқа қызмет көрсетеді және арнайы қолжеткізетін нүктелері бар. Қабаттардың өздерінің бақылау және басқару құралдары бар, ол рұқсат етпеу, жою салдарының операцияларын жеңілдетеді және жоғарғы қабатқа әсерін төмендетеді. Қабаттарының тәуелсіздігі, басқа қабаттарды қозғамай, оларды енгізуге, жаңартуға немесе ауыстыруға мүмкіндік жасайды.

5 кесте

Деңгей	Контейнер	ПСИ сигналы, Мбит/с
1	С-11 С-12	1,5 2
2	С-2	6
3	С-3	34 және 45
4	С-4	140

Қабаттардың ең жоғарғысы, шеткі тұтынушыларға қызмет ететін арналар желісін құрайды. Арналар топтары әртүрлі реттегі топтық күре жолдарға бірігеді (орташа қабат). Топтық күре жолдар тарату аймағының төменгі қабатына қарайтын сызықтық күре жолдарға ұйымдастырылады. Ол секция қабатына (мультиплексті және регенерациялық) және физикалық орта қабатына бөлінеді. Кейбір қабаттардың өзара әсерлесуі мен орналасуы 16 суретте көрсетілген.

6 кесте

Қабаттар	Қабатшалар
Арналар	STM-1
Күре жолдары	Төменгі ретті
	Жоғарғы ретті
	Секциялар	мультиплексті
		регенерациялық
Тарату ортасы	Физикалық орта

Плезиохронды цифрлық иерархиялы цифрлы тарату жүйесі аналогты

жүйелермен салыстырғанда, байланыстың дамуында маңызды сатысы болғанымен, онда біраз кемшіліктер бар.

Біріншіден, үш түрлі иерархияның бар болуы (еуропалық, солтүстік америкалық және жапондық) халықаралық байланысты ұйымдастыруды қиындатады.

Екіншіден, цифрлы тарату жүйесі плезиохронды цифрлық иерархиялы аралық пункттерінде сандық ағындардың енгізу/шығаруы қиындатылған және төменгі жылдамдықты ағынды бөліп алу үшін, пропорционалды емес көп мөлшерде қиын құрылғылар қажет. Бұл кемшілік әсіресе цифрлық ағындарды магистраль бойымен жиі енгізу/шығару қажеттілігінен көрінеді.

16 сурет – Синхронды цифрлық иерархияны құру тәсілдері

Одан басқа, плезиохронды цифрлық иерархияның кемшілігі, желілік автоматтандырылған бақылау мен басқару құралдарының жоқ болуы. Бұларсыз сенімділік пен қызмет ету сапасына қойылатын талабын қанағаттандыратын байланыс желісін құру мүмкіндігі болмайды. Осы құрылғыларда (шектелген көлемде) тарату жолдарының деңгейіндегі плезиохронды цифрлық иерархияда ғана болады, бірақ олар стандартталмаған, сол үшін әртүрлі өндірушілерімен жасалынған күре жолдарын басқару мен бақылау жүйелерінің плезиохронды цифрлық иерархиялы құрылғылары келіспейді. Олар “бір шетінен екінші шетіне дейін” топтық күре жолдарын, сондай-ақ бүкіл жүйені басқару мен бақылауын іске асыра алмайды.

Топтық сигналдың синхрондауы бұзылғанда, компонентті ағындардың синхрондауын көпсатылы қалпына келтіруге плезиохронды цифрлық иерархияда өте үлкен уақыт қажет.

Плезиохронды цифрлық иерархия кемшіліктерін жою мүмкін емес. Сондықтан, 80 жылдың ортасында байланыстың талшықты-оптикалық жолдардың қолданылуы, тарату жылдамдығын өсіреді, ал коммутациялық цифрлық стансаның енгізілуі, толық цифрлық синхронды желілерін құруға мүмкіндік берді, яғни синхронды цифрлық иерархия жұмысы басталды.

Синхронды цифрлық иерархия байланыс жолы ретінде талшықты-опттикалық байланыс жолы (ТОБЖ) қоданылады. Синхронды цифрлық иерархияның американдық варианты SONET деп аталуы Synchronous Optical NETwork ағылшын тілінен “синхронды оптикалық желі” сөзінен шыққан. Синхронды цифрлық иерархияның еуропалық вариантында өте ұзақ уақыт қолданылған радиорелелі жолдарды пайдаланады, сондықтан ол мамандарға жақсы белгілі.

Синхронды цифрлық иерархияны түрлендірудің жалпы сұлбасы 17 суретте көрсетілген. Оның күрделілігі, жалпы айтқанда екі сұлбаларын: еуропалық және американдық (SONET) біріктіре алатындығында. Егер ETSI-мен қабылдаған сұлбаны бөліп алса, онда 18-суретте көрсетілгендей қарапайым және түзу жүйені алуға болады. Дәл осы жүйе Ресейдің жалпы мемлекеттік келісілген, “Ресейдің байланыс жүйесі үшін синхронды цифрлық иерархия Регламентімен” қарастырылған.

9.2 Ақпараттық құрылымдар

Түрлендіргіш сұлбаның кірісі мен шығысындағы С контейнерлері және STM синхронды тасымалдаушы модульдері бар ақпараттық құрылғыларды жоғарыда атап өттік. Ендігі кезекте аралық құрылымдардың толық қатарлары сипатталады. Олардың атауларынан қандай-да бір мағына іздеу қажеті жоқ, себебі олар ағылшыннан аударылған, тіпті ағылшын атауларының түпнұсқасында да еш мағына болған жоқ.

Күре жолдарын ұйымдастыру үшін виртуалды контейнерлер VC (Virtual Container) қолданылады. Олар сәйкесті контейнерге РОН күре жолының бастамасын қосу арқылы құрылады, яғни шартты түрде былай жазуға болады: VC=C+РОН.

Жоғарыда атап өткендей, С-2 контейнері еуропалық стандартқа кірмейді. Сәйкес келетін VC-2 виртуалды контейнері, ПСИ сигналдарын емес, жаңа сигналдарды иерархиялық емес жылдамдықтармен (мысалы, АТМ ұяшықтары) тасымалдау үшін арналған

Виртуалды контейнерлер күре жол соңындағы нүктелерді қалыптастырады. Күре жол бастамасы “соңынан соңына дейінгі” күре жол сапасын бақылап, апаттық және эксплуатациялық ақпаратты таратуды іске асырады.

Бірінші және екінші деңгейлі VC-11 және VC-12 виртуалды контейнерлерге сәйкес келетін күре жолдар төменгі ретті күре жолдарына, ал үшінші және төртінші деңгейлі VC-4 жоғарғы ретті күре жолдарға жатады. Мультиплекстеу кезінде әртүрлі компонентті ағындардың циклдері өзара және агрегатты ағындардың цикілдерімен сәйкес келе алмайды. Плезиохронды цифрлық иерархияға аса көңіл бөлмейді, сол себепті енгізу-шығару операциялары айтарлықтай үлкен (17 суретке қараңыз).

Синхронды цифрлық иерархияда көрсетілген проблемаларды шешу үшін, PTR (pointer) көрсеткіштері қызмет етеді. Олар STM-1 синхронды тасымалдаушы модульдің циклінің қай жерінде компонентті ағындардарының бастапқы циклдерінің позицияларын көрсетеді. Бұл ағындардың енгізу-шығаруын оңай өндіреді.

Бірінші, екінші және үшінші деңгейлі виртуалды контейнерлер сәйкесті көрсеткіштермен бірге субблоктарды ТИ (Tribulary Unit), ал төртінші деңгейлі административті блокты АИ (Administrative Unit) құрайды. Одан TU_n=VC_n+TU_PTR (n=11, 12, 23); AU-4=VC-4+AU_PTR.

Жоғарғы ретті виртуалды контейнер жүктемесінде белгілі тіркелген позицияны алатын бір немесе бірнеше субблоктар, TUG (Tributary Unit Group) субблокты топтар деп аталады. Топтар түрлі деңгейдегі субблокттардан тасымалдаушы жүйенің иілгіштігін үлкейту аралас жүктеме түзу мүмкіндігін алатынындай етіп анықталған.

STM жүктемесінде белгілі тіркелген позицияны алатын бір немесе бірнеше административті блоктар, AUG (Administrative Unit Group) административті блоктардың топтары деп аталады. Еуропалық түрлендіру сұлбасында ол бір AU-4-тен тұрады (18 суретті қараңыз).

Сонымен, STM-1 синхронды тасымалдаушы модуль, административті AUG блоктарына мультиплексті MSOH (Multiplexer Section Over Head) және регенерациялық секция RSOH-нан (Regenerator Section Over Head) тұратын SOH (Section Over Head) секциялық бастамасын қосу арқылы құрылады. Бұл бастамалар бақылау үшін, басқару үшін және басқа функциялар үшін қызмет етеді.

17 сурет – Синхронды цифрлық иерархияны түрлендірудің жалпы сұлбасы

Осы кезде RSOH көршілес регенераторлар арасымен берілсе, MSOH-регенераторды транзистор арқылы өтіп, STM қалыптасатын және қалыптасып бітетін пункттер арасымен беріледі. Осыдан, STM-1=AUG+
SOH, мұндағы SOH=RSOH+MSOH. Жоғарыда сипатталған ақпараттық құрылымдар, синхронды цифрлық иерархия жүйесінің белгілі бір қабатында ақпаратты тасымалдау немесе сыбайлас екі қабаттың өзара келістірілуі үшін қызмет етеді.

Қабаттардың немесе қабатаралық әсерлесулердің және ақпараттық құрылымдардың сәйкестігі төменде көрсетілген.

18 сурет - Синхронды цифрлық иерархияны түрлендірудің еуропалық сұлбасы

9.3 Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасы

Қазіргі кезде синхронды цифрлық иерархия аппаратурасы көптеген Lucent (бұрыңғы AT&T), Alcatel, Siemens, Philips, Ericsson, GPT, Nokia және т.с.с. белгілі фирмалардан шығаралады. Берілген тарау оның жалпы сипаттамаларынан және байланыс желісін құрудағы қолданылатын принциптерінен тұрады.

Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасының алғашқы кездегі аппаратурадан негізгі ерекшелігі, оның сызықтық күре жол аппаратурасына, тез ауыстырылуы, бақылау мен басқару аппаратурасына қатаң бөлінбеуі болып табылады. Осылардың барлығы интегралданған. Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасы бағдарламалық басқарылатын болып келеді және ол оның иілгіштігін қамтамасыз етіп, желі дамуы мен эксплуатациясын жеңілдетеді.

Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасындағы сенімділікті арртыру үшін резервтеудің бірнеше түрлері қолданылады. Әдетте, қоректену блоктары мен басқа да маңызды түйіндер қайталанады. Аса маңызды емес блоктар үшін, бір резервті блокты бірнеше негізгі біртипті блоктардан құруға болады. Нәтижесінде, бір рет қосуға есептелген синхронды цифрлық иерархия аппаратурасының тұрып қалу коэффициенті 10^-5-ке тең.

Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасының мүмкіндіктері, желілік деңгейде резервтеуді ұйымдастыра отырып, сенімді және өмір сүргіш желілерді тұрғызады.

Синхронды мультиплексорлар плезиохронды цифрлық иерархия құрылғысының толық жиынтығын ауыстырады. Олар барлық деңгейлердің мультиплекстеуін іске асырып қана қоймай, сызықтық күре жол құрылғыларының қызметтерін атқарады.

Синхронды мультиплексордың кірісіне (электронды және оптикалық) плезиохронды цифрлық иерархия және синхронды цифрлық иерархия сигналдары келіп түсе алады. 64 Кбит/с, 1,5 Мбит/с, 2 Мбит/с, 6Мбит/с, 34 Мбит/с, 45 Мбит/с, 140 Мбит/с арналарын тікелей қабылдайтын және (LAN, MAN), ISDN, B-ISDN локальді желілерді қосуға, АТМ режимінде жұмыс істеуге арналған интерфейстері бар мультиплексорлар болады. Аталған интерфейстердің барлығы, аппаратураның іс жүзіндегі типтерінде бола бермейді. Әрбір нақты мультиплексорда көрсетілген мүмкіндіктердің азғантай бөлігі ғана болады.

155 Мбит/с (STM-1), 622 Мбит/с (STM-4) немесе 2,5 Гбит/с (STM-16) жылдамдықтағы тарату агрегатты (сызықтық) жақта іске асырылуы мүмкін. Екі агрегатты оптикалық порттардың бар болуы, мультиплексорлар көмегімен “сақина”, “тізбек” сияқты конфигурацияларын құруға мүмкіндік береді және ағындардың резервтеуін іске асырады. Резервтеу мақсатымен мультиплексордың көптеген түрлері төрт оптикалық порттарды қолдана алады.

Мультиплексордың негізінде құрылған негізгі конфигурациялар төменде келтірілген.

“Енгізу-шығару” тізбегі (19 суретті қараңыз). Бұл конфигурациядағы мультиплексордың екеуі соңғы, ал барлығы аралықтағы – енгізу-шығару мультиплексоры (ЕШМ - МВВ) болады. Енгізіп-шығару мультиплексоры әрқайсысы жүктеме ағынының кез келгенін транзит арқылы қосып, енгізіп-шығара алады. Мысалы, синхронды цифрлық иерархия 1-деңгейдегі енгізіп-шығару мультиплексорында 2 Мбит/с ағындары үшін жүктеменің 63 порты бола алады және 1-ден 63-ке дейін сондай ағындарын енгізіп-шығара алады.

“Нүкте-нүкте” (20 суретті қараңыз). Бұл жағдайда мультиплексорлар шеткі торабы ретінде қолданылады. Тарату екі кабель көмегімен іске асырылады, біреуі – негізгі, екіншісі – резервті, ол қондырғының істен шығуынан немесе кабельдің үзіліп кетуінен қорғайды.

19 сурет - Енгізу-шығару тізбегі

Берілген конфигурацияның кемшіліктері резервтеудің жоқтығы болып саналады. Оны жеңу үшін “сақина” конфигурациясы қызмет етеді. Бұл жағдайда бірнеше енгізіп-шығару мультиплексоры сақинаға біріккен.

20 сурет - Нүкте-нүкте

Мұндай конфигурация синхронды цифрлық иерархия желілерін құрудағы негізгілердің бірі болып табылады, төменде бөлшектеніп қарастырылады.

21 сурет - Сақина

Мультиплексор концентратор ролінде де қолданыла алады, бұл кезде бірнеше бөлшектеніп толтырылған синхронды ағындарды қабылдап (оптикалық немесе электрлі интерфейсі бойынша), оларды бір агрегатты ағынға біріктіреді. Концентратор және енгізіп-шығару мультиплексоры функцияларын біріктіретін конфигаруция болуы мүмкін.

Оперативті ауыстыру аппаратурасы дегеніміз - әртүрлі арналар мен күре жолдар арасындағы жартылай тұрақты біріктірулерді орнатуды айтады. Оперативті ауыстыру мен коммутация арасындағы айырмашылықты атап өткен жөн. Коммутация кезінде екіншілік желіде уақыттық бірігулер орнатылады, ол желі абоненттерінің басқаруымен іске асырылады. Оперативті ауыстыру кезіндегі жартылай тұрақты бірігулер біріншілік желіде желілік басқару құралдарын қолдана отырып, желілік оператордың бұйрығымен орнатылады.

Синхронды цифрлық иерархия желісінде оперативті ауыстырумен функциялардың іске асуы аппаратураның бірнеше түрінде кездесетін, енгізілген құрылғылар арқылы іске асуы мүмкін. Дәл осындай құрылғылардың көмегімен, мысалы, енгізіп-шығару мультиплексорында ағындардың әртүрлі ауысулары іске асады. Осыдан, оперативті ауыстыру функциялары, желі арасында көптеген желілік элементтер арқылы таралған болуы мүмкін.

Дегенмен, көпшілік жағдайда, синхронды цифрлық иерархия арнайы оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын қолдану ыңғайлы. Мұндай аппаратурада, мультиплексорға (STM-1 бірнеше жүздеген немесе 2 Мбит/с-ты бірнеше мыңдаған порттары бар) қарағанда, біршама порттары көп. Оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы көмегімен ұяшықты (торлы) құрылымы бар желілер жасалынады. Оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын виртаулды контейнердің қандай деңгейінде енгізу мен ағындардың ауысуын көрсететін, бірнеше типтерін ажыратады.

4/4 типті оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын синхронды цифрлық иерархияның барлық деңгейіндегі сигналдарды, яғни STM-1, STM-4 және STM-16 (155, 622 Мбит/с және 2,5 Гбит/с сәйкес) және 140 Мбит/с плезиохронды сигналдарды өңдейді. Ауысу VC-4 деңгейде іске ауысады.

4/1 типті оперативті ауыстыру жеке аппаратурасында STM-1 синхронды (кейде STM-4), және 140 пен 2Мбит/с плезиохронды сигналдар үшін порттары болады. Ауысу VC-4 және VC-1 деңгейінде орындалады.

4/3/1 типті оперативті ауыстыру жеке аппаратурасында одан басқа 34 Мбит/с плезиохронды сигналдар үшін порттары болады, ал ауысу VC-4, VC-3 және VC-1 деңгейінде орындалады.

9.4 Синхронды цифрлық иерархия желілерінің архитектурасы

Көптеген дамыған елдердегі өздерінің байланыс желілерін синхронды цифрлық иерархия негізінде қайта құрастыратын қазіргі замандағы көзқарастарына сай, құрастырылатын желі үшсатылы иерархияда болу керек (22 суретті қараңыз). Осындай архитектура иілгіш, сенімді және тиімді желісін құруға өте үлкен мүмкіндік береді. Жоғарғы (базалық, магистральдық) деңгей оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы 4/4 орнатылған бас түйіндерден құрылады. Негізгі бірліктер VC-4 виртуалды контейнері болып табылады, осы түйіндер солармен алмасады. Тарату жолдарының әрқайсысынан STM-4 немесе STM-16 бірнешеуі өтеді. Осындай деңгейдегі желінің құрылымы торлы болып келеді.

Орташа деңгейі бірнеше біріктірілген (регионалды) желілерден құралады, олардың әрқайсысы белгілі бір аймақты қамтиды. Осы жүйелердің түйіндері тек вертуалды контейнер VC-4-пен алмасып қоймай, одан да кіші бірліктермен, мысалы, VC-12 бірлігімен алмасады. Сондықтан түйіндерде оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын 4/1 және енгізіп-шығару мультиплексоры қолданылады. Бұл деңгейдің маңызды түйіндері, жоғарғы қабаттың бір немесе бірнеше түйіндеріне шығады. Біріктіру желісінің құрылымы сақиналы да, торлы да бола алады. Тарату жолдарында STM-4 күре жолдары ұйымдастырылады.

Төменгі деңгейді тұтынушы жүктемесі мен негізгі көздер қосылатын рұқсат етілген желілер құрайды. Рұқсат етілген желілердің әрқайсысы орташа деңгейдің бір немесе бірнеше түйіндерінен шығады.

22 сурет – Синхронды цифрлық иерархия үшсатылы архитектурасы

Желілердің енгізіп-шығару мультиплексоры негізінде орындалған құрылымы – сақиналы, күре жолдары - STM-1 немесе STM-4.

Жалпы жағдайда әрбір деңгейдегі функцияларды келесідей сипаттауға болады: жоғарғы деңгей VC-4 күре жол желісін құрайды, орташа деңгей - VC-4 арасындағы VC-12 мен VC-3 күре жолдарының қайтатаратуын іске асырады, төменгі – тұтынушылардың желіге қол жеткізуін қамтиды.

Осындай иерархиялық архитектураның артықшылықтары мыналар:

- әрбір деңгейдің реконструкциясы және тәуелсіз даму мүмкіндігі;

- жоғарғы өткізу қабілеттігі бар сызықты күре жолдарын қолдануға рұқсат ететін жүктеме ағындарының концентрациясы. Ол желіні құрғанда, тиімді болады;

- жеке әрбір деңгейінде желінің істен шығу салдарын жоюын тездететін және қарапайым бақылауды, басқаруды және резервтеуді ұйымдастыру мүмкіндігі.

Әрине, сипатталған модель әртүрлі ауытқулары болатын тек жалпы сұлбасын береді. Әрбір нақты жағдайда деңгейлер саны, желілер құрылымы өзгеруі, деңгейлер функциялары бөліктеп жабылуы және т.с.с. мүмкін. Синхронды цифрлық иерархия желілерін құрған кезде типтік құрылымдар – енгізіп-шығару мультиплексоры базасында сақиналы және оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы базасында торлы болып келеді.

Синхронды цифрлық иерархия желісін жобалаудағы негізгі қағида сенімділікті және өмір сүргіштігін қамтамасыз етеді. Синхронды цифрлық иерархия аппаратурасы, жоғарыда көрсетілгендей, өте сенімді. Сонымен қатар, қондырылған басқару мен бақылау құралдары ақауларды табуды және резервке ауысуын жылдамдатады және жеңілдетеді.

Алайда синхронды цифрлық иерархия сенімделік пен өмір сүргіштігінің артықшылықтары толықтай өз бетінше іске аспайды. Ол былай түсіндіріледі: талшықты-оптикалық байланыс жолдарының өткізгіштік қабілеті өте үлкен және бір аймақтың істен шығуы он мыңдаған тұтынушылардың байланысының үзілуіне және экономикалық шығындарына әкеледі. Мысалы, АҚШ-да 1991 жылдың басында, Нью-Йоркқа қызмет ететін оптикалық кабель кездейсоқ үзілгенде, қалалық желідегі барлық шақырулардың 60%-і сегіз сағатқа тоқтатылды, тауарлық биржалардың жұмысы тоқтатылды, Нью-Йорк, Вашингтон және Бостон әуежайында әуелік қозғалысты бақылайтын құралдар бес сағатқа істен шыққан.

Сондықтан резервті сыйымдылықтарын орнатып және олардың элементтерінің қарсылық кезінде жүйелердің реконфигурация алгоритмдерін қарастырып, жүйелердің қарсылық тұрақтылығын ұйымдастыратын арнайы шаралар қодану керек. Біршама факторлар қатары, көрсетілген шаралардың қабылдауын жеңілдетеді: талшықты-оптикалық байланыс жолдарының едәуір сыйымдылығы және олардағы бір арна километрі бағасының төмендеуі; синхронды цифрлық иерархияны басқару құрылғысының бар болуы; синхронды цифрлық иерархия жүйесінің, тәуелсіз функционалды қабаттарға бөлінуі; интеллектуалды мультиплексорлардың және оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын мүмкіндіктері.

Келтірілген жағдайлар, синхронды цифрлық иерархия негізінде өздігінен түзететін желілерді тұрғызатын концепцияларға әкелді. Оның мағынасы – бірқатар жеке элементтері істен шыққан кездегі желінің құрылуы немесе тұтынушыларға зиян келтірмей, бұзылған байланыстың тез арада қалпына келтірілуі.

Өздігінен түзетудің қарапайым әдісі, «нүкте-нүкте» қосылуы кезіндегі 1+1 сұлбасы бойынша резервтеу болып табылады. Бұл жағдайда, екі пункт өзара, географиялық трассамен таралған екі кабельдік жүйе арқылы қосылады. Әрбір сигнал екі трассамен бірдей беріледі, ал қабылдағыш соңына келіп түсетін сигналдардың автоматты бақылауы іске асырылып, олардың ішіндегі ең жақсысы таңдап алынады.

Сақиналық желілер. Енгізіп-шығару мультиплексоры мүмкіндіктері өздігінен түзететін сақиналық желілердің құрылуын іске асырады.

Оларды құрудың екі нұсқасы бар: бір бағытталған және екі бағатталған сақина.

Бірінші жағдайда әрбір кіріс ағыны, сақина бойымен екі бағытта да бағытталады, ал қабылдау жағында, 1+1 сұлбасындағыдай, ең жақсы сигналды таңдап алу іске асырылады. Сақинаны құру үшін, екі талшық қолданылады. Негізгі жолдармен тарату – қарсы бағытта жүреді (бұл жердегі негізгі және резервті жолдарға бөлу, шартты түрде алынады, өйткені екеуі өзара тең). Сондықтан бұндай сақина, күре жолдарын ауыстыратын немесе тіркелген резерві бар бірбағытталған сақина деп аталады.

Негізгі және резервті жолдарына екі бағыттағы сигнал өтуінің сұлбасы төмендегі 23 суретте көрсетілген.

23 сурет - Бірбағытталған сақина

Екі талшықты екібағытталған сақина кезінде сигналдар екіге бөлінбейді. Қалыпты жұмыс істеуде, әрбір кіріс ағыны, сақина бойының қысқа жолымен кез келген бағытта таралады (осыдан «екібағытталған» деп аталады). Енгізіп-шығару мультиплексоры әсерінен қарсылық болған жағдайда, қарсылық көрсеткен екі бөліктің ішінен барлық ақпарат ағыны кері бағытқа ауыстырылады. Сонымен қатар, мұндай сақинада, секциялардың ауысуы немесе резервті қатар қолданылатын қорғанысты ұйымдастыруға болатындығын айтады.

Екі қабаттағы сақина мысалы 24 сурет пен 25 суреттерде келтірілген. Бұнда екі бағыттағы сигнал өтуінің қалыпты жұмыс режимінде бір қосуға таратылуы көрсетілген (24 суретті қараңыз) және апат режимінде сызылып тасталған сақинаның бір бөлігі қарсылық көрсетеді (25 суретті қараңыз).

Төрт талшықты екібағытталған сақиналар да болуы мүмкін. Ол екі талшықты сақинаға қарағанда, қарсылық тұрақтылықтың жоғарғы деңгейін қамтамасыз етеді, бірақ оны құруға кететін шығындар көбірек кеткендіктен, бұндай нұсқа сирек қолданылады.

Көпшілік жағдайда, аз өткізу қабілеттілігін талап ететін екібағытталған сақина үнемдірек болады. Бұл, осындай сақинаның әртүрлі қиылыспайтын бөліктерінде таратылатын, сигналдардың бірдей сыйымдылықты қолдана алатындығымен түсіндіріледі (жұмыстың негізгі және апаттық режимдерінде). Сонымен қатар бірбағытталған сақинаның қолданылуы жеңілдеу.

24 сурет – Қалыпты режимдегі екібағытталған сақина

Типтік жағдайлардың анализіне жүгінсек, сақиналық архитектураның әрбір екі түрі өзін қалайтын аймағы бар екендігін көрсетеді.

Бір бағытталған сақиналар көбінесе орталыққа бағытталған трафик үшін арналған. Бұл тұтынушылардың ең жақын түйініне қосылуына арналған қол жеткізу желілеріне сәйкес. Трафиктің бірқалыпты таратылуы кезінде, олардың өткізу қабілеттілігінің артықшылығы байқалады, сол үшін, екі бағытталған сақинаны пайдаланған тиімдірек. Сондықтан қосу желілері үшін оларды қолдану маңызды.

Екі жағдайда да, кез келген бірігіп қызмет көрсету кезінде, жүйенің толық жұмыс қабілеттілігі сақталуы мүмкін.

Күре жолдарын түзетін, желідегі қызмет етпеуі туындаған жағдайдағы, түйіндерде оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы орнатылған. Кез келген құрылымы бар желі үшін, жұмыс істеу қабілеті бар жолдардың өткізу қабілеттіліктерін қолдану арқылы ағындарды ауыстыру мүмкіндігі бар (рекофигурация).

25 сурет - Апат режиміндегі екібағытталған сақина

Ақпараттарды үлестіру тәсілдері 26 суретте – А және В түйіндерінің арасындағы тарату жолдарының қызмет көрсетпеуінен туындаған, реконфигурациядан кейінгі, сол фрагмент.

26 сурет - АА негіндегі апаттық режиміндегі желі

Оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы негізіндегі өздігінен түзетуді, ұйымдастырудың бірнеше жағдайы бар. Біріншіден, реконфигурация процедурасы орталықтанған немесе орталықтанған емес болуы мүмкін (таратылған). Бірінші жағдайда, барлық желі элементтерінің жағдайы туралы ақпаратты жинайтын және керек болған жағдайда реконфигурация жөнінде шешім қабылдап, барлық оперативті ауыстыру жеке аппаратурасын ауыстыруға сәйкес командаларды жіберетін, желілік басқару орталығы керек. Орталықтанған әдістің негізгі артылықшылығы оның қарапайым қолдануында. Негізгі кемшілігі – орталыққа түсетін ақпараттың бұрмалауын немесе жоғалуын және орталықтан оперативті ауыстыру жеке аппаратурасынан келетін командалық басқару орталығының қарсылығын ескермеу.

Толық таратылған процедуралар, бұндай орталықтың бар болуын талап етпейді. Бұл жағдайда, желідегі әртүрлі түйіндердің оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы комплекттері істен шығып қалған жағдайда, өзара хабарлармен алмасып, желі жағдайын анықтайды, реконфигурация бойынша келісілген шешімді шығарып және қабылданған шешімді қарастырады. Негізгі кемшілік – таратылған процедуралардың үлкен қиындықпен және оларды орындауға кеткен уақыттың көп жұмсалуы.

Әрі қарай ағындарды таратудың жаңа жоспарын таңдау, уақыттың нақты масштабында желі күйінің өзгеруін олардың процедураларын іздеу көмегімен немесе алдын-ала процессор жадысында сақталған және есептелген басқару орталығының негізінде, оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы конфигурациялық кестелерімен іске асырыла алады.

Бірінші вариантта желідегі кез келген жағдай анализделуі мүмкін, алайда мұндай шешім қабылдауға уақыттың шектелулі екендігін ескеру керек. Екіншіден, барлық мүмкін болатын желі жағдайларының жалпы санының үлкендігінен қиындық туындайды. Сондықтан барлық мүмкіндік жағдайларын қамтитын кесте құру мүмкін емес, өйткені оны сақтау үшін іс жүзінде қол жеткізбейтін жады көлемі керек.

Осыған байланысты желінің күйлер санын қамтумен шектелу қажет. Ол санның өлшемі бір жағынан қарсылық тұрақтылық бойынша талаптар ескеріліп таңдалады, екіншіден, жады көлемі және тезәрекетті бойынша нақты мүмкіндіктерімен таңдалынады. Мысалы, барлық түйіннің оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы конфигурациялы кестелерді сақтайды, бұл сан желінің мүмкін жағдайын қамтиды. Қарсылық білдірген кезде желі жағдайын анықтайтын таратылған процедура қосылады. Оны орындағаннан кейін, қолда бар кестелердің негізінде реконфигурациялауға шешім қабылдайды. Мұндай жағдайда басқару орталығынан шығу, толық қоршауға әкелмейді, тек қана тиімділігін төмендетеді.

9.5 Аралас құрылымдар

Жоғарыда негізгі жүктемелердің конфигурациясы және олардың өздігінен түзетудің ұйымдастыруы сипатталған болатын. Олар таза күйде ғана емес, әртүрлі комбинациядағы түрінде қолданылады. Нақты жеткілікті үлкен жүйелерді құру, осы қарастырылған әдістердің бәрін болмаса да көпшілігін қажет етеді. Бұл желінің үш сатылы архитектурасының сұлбасынан көрініп тұр.

1+1 сұлбасы бойынша резервтеуі кез келген архитектурасымен бірге бөлек бағыттарда қолданыла алады. Осы бағыттардағы трафигі басқа бағыттағыға қарағанда (бұл бағыттардың саны көп емес) үстем болғанда, сол сұлбаны қолдануы дұрыс. 1+1 сұлбасы бөлек аймақтарда синхронды цифрлық иерархия желісіне бірінші этапта енгізгенде, бөлек аймақтарда қолданыла алады. Оны тұйықталған сақинаны құру алдында асинхронды желісіне қолданады.

Синхронды цифрлық иерархия желілерін аса перспективті құрастыруы бірнеше біріккен сақиналар түрінде іске асады. Мысалы, желі рұқсат етілген бас сақиналармен қосылған бірнеше сақиналарынан тұра алады. Осыған байланысты сақиналардың өзара әсері мен түйісу сұрақтарына мән беріледі.

Енгізіп-шығару мультиплексоры (ЕШМ) және оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы (ОАА) байланысының сақинааралық түйіндерін қолданатын ұйымдастыруының әртүрлі варианттары қарастырылуы мүмкін.

Енгізіп- шығару мультиплексорымен сақиналарды біріктіру сұлбасы 27 суретте көрсетілген. Сол жерде бірнеше енгізіп-шығару мультиплексорымен, оперативті ауыстырылып қосылудың, таратылған түйінін құрастырады. Сақиналардың саны аз және олардың арасындағы ағындар кіші болғанда, осы вариант қоданылады.

Оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы қолданылуы одан да үлкен мүмкіндіктерін жасайды. Бұл кезде суретте көрсетілгендей, енгізіп–шығару мультиплексорының әртүрлі тізбектерін қамтитын логикалық сақиналары ұйымдастырылады.

Жалпы, сақиналы құрылымдарын және оперативті ауыстыру жеке аппаратурасы пайдаланатын аралас архитектурасының қолданылуы, желілерді тиімді құрастыруға мүмкіндік береді. Бұл барлық жолдардың өткізу қабілеттілігі қосындысы аз болғанда, сақиналы желісіндегідей, қабыл алмау тұрақтылығының деңгейін қамтамасыз етеді. Сақиналардың бірігу варианты өте қарапайым және арзан, онда екі сыбайлас сақинада ортақ түйіні біреу-ақ болады. Бірақ оның кемшіліктері бар – түйіннің жұмыстан шығу кезінде сақиналардың арасында байланыс үзіледі. Сондықтан сақиналарды түйістіру үшін екі түйінді пайдалану керек. Бұл элементтердің дара қабыл алмауына қатысты желінің тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Кейбір жағдайларда, дара қабыл алмау кезінде ғана емес, түрлі сақиналардағы (әрқайсысы біреуден) бір мезгілде жұмысқа қабілетсіз бірлесуі кезінде де, тоқтаусыз жұмысты қамтамасыз етілуі керек.

27 сурет – Енгізіп-шығару мультиплексорымен сақиналарды біріктіру

Сол үшін сыбайлас сақинасына бағытталған әрбір ағын, түйісу түйіндерінің екеуіне жетуі керек, ал осы түйіндер сигналдарды ауыстырып қосуға және таңдауға арналған арнайы құрылғыларымен қамтылады.

Сонымен, желінің архитектурасын таңдау желінің сенімділік пен жасампаздық талаптарын, түйіндердің арасындағы тартылыстың арасындағы таратылуын және желінің өлшемдерін ескеретін жеке анализ жасауға талап етеді.

Түрлендіргіш процедуралары. Синхронды цифрлық иерархияны түрлендіргіш процедуралары үш категорияға бөлінеді. 30 суретте оларға әртүрлі жолдар сәйкес келеді. Келіп түсетін цифрлық ағындар, виртуалды контейнерлердің белгілі циклдердің позицияларында орналасады. Қазіргі кездегі байланыс жүйесінде 2Мбит/с ағынның кең және әртүрлі қолданылуын ескере отырып, С-12 контейнерде орналасуының әртүрлі нұсқалары қарастырылған.

Асинхронды орналасу синхронды аймақтардың презиохронды қоршауда жұмыс істеген кезінде, синхронды цифрлық иерархия үйірткілеудің бірінші кезеңінде қолданылады. Синхронды аймақтарды құру кезінде, екі түрлі синхронды орналастыруды қолдану керек. Байт – синхронды орналасу, 64 Кбит/с-ты арналардың құраушыларына рұқсат етуін көрсетеді, себебі осы кезде 2 Мбит/с ағынның октеталары (байттары) контейнер байттарымен сәйкес келеді. Бит – синхронды орналасу, октетті құрылымы жоқ сигналдар үшін қолданылады.

Атап айтқандай, субблоктар мен административті блоктар түзілуінен виртуалды контейнерлерге қосылатын көрсеткіштер, блоктардың жүктеме фазасының және жылдамдықтардың өзгеруін толықтыруға мүмкіншілік береді. Сәйкесті процедура түзету деп аталады.

7 кесте

Қабаттар			Ақпараттық құрылымдар
Арналар
			С контейнерлері
		Төменгі ретті	VC-12, VC-2 виртуалды контейнерлері
Күре жолдары			TU субблоктары және олардың TUG топтары
		Жоғарғы ретті	VC-3, VC-4 виртуалды контейнерлері
			АU административті блогы
Тарату ортасы	Секциялар		STM синхронды тасымалдау модульдері
	Физикалық орта

Сонымен, мультиплекстеу төменгі ретті күре жолдар қабаттарындағы және жоғарғы ретті күре жолындағы бірнеше сигналдарын немесе жоғарғы ретті күре жолындағы бірнеше сигналдарын мультиплексті секциямен келістіруге мүмкіндік береді. Көбейту белгілерімен тұрған сандар бірігетін ағындардың мөлшерін көрсетеді.

Мысалы, 2 Мбит/с-ты ағын үшін, бүкіл түрлендіру тізбегі 28 суретке сай көрсетілген.

28 сурет - 2 Мбит/с ағыны үшін түрлендіру тізбегі

10 Цифрлы тарату жүйелерінің сызықты күре жолын жобалау

Кез келген тағайындаудағы байланыстарату жолын жобалау: үлкен комплексті есептеулерден, сызба жұмыстардан және жолдық, стансалық азаматтық құрылыс түрлерінің монтажынан тұрады.

Жобалау нормативтік құжат негізінде іске асырылады. “Технологиялық жобалаудың ведомстволық нормалары” деген нормативті кұжат құрылысты-монтажды жұмыстың көлемі мен тәртібін анықтайды және құрылыстарға, аппаратураларға, кабельдерге негізгі техникалық талаптар мен нақты тапсырмаларға қажетті материалдар санын жабдықтау мен құрылысты–монтажды жұмыстың көлемін есептеуге мүмкіндік береді. Цифрлық байланыс жолын жобалауды шартты түрде екі кезеңге бөлуге болады:

1) цифрлы тарату жүйесінің сызықты күре жолын жобалау;

2) тарату жүйесі мен регерациялық пункттердің сызықты-аппаратты цехтарын жобалау.

Осы тарауда негізінде цифрлық сызықты күре жолды жобалау сұрақтары қарастырылған. Олар төмендегідей тақырыптарды қамтиды: кабельдік сызықты тарату жолдарын таңдау, кабель түрі мен тарату жүйесін таңдау, желіге қосылатын регенерациялық пункттер түйіндерін орналастыру, қызметтік цифрлық байланыс ұйымдарының сұлбасын құру. Жобалау кезінде еске алатын нәрсе: жерасты коммуникацияларының жоғарғы вольтты жолдары мен электрленген темір жолдарды дұрыс орналастыру.

Трассалардың сәйкес объектілермен жақындасуы мен қиылысу нормативтік құжатпен сәйкес анықталады. Қонысталған пункттерде жол негізінен мәнді және жобаланған кабельді канализациялар, метро тонельдер мен ерекше жағдайларда топырақ арқылы өтуі тиіс.

Трасса бойындағы пункттер арасы қарастыру процесінде, ал оқу жобасының шартында ол көліктік жол картасы немесе атласы бойынша масштабтарына сәйкес анықталады. Жобада трассаның жағдайлық жоспары 49-суретте келтірілген. Электрлік есептеулер үшін пункттер арасындағы арақашықтық кабельдер бойынша да анықталады: түзу еместілік пен иілуді ескергенде, кабель ұзындығы көбіне өзіне сәйкес келетін жол аумағының ұзындығынан асып түседі. Нормативтік қор орташа алғанда, аумаққа сәйкес ұзындықтың екі пайызын құрайды. Тарату жүйесінің түрін таңдау екі-үш әртүрлі тарату жүйесінің техника-экономикалық нұсқаулардағы көрсеткіштерді байланыс ұйымымен салыстыру негізінде іске асады.

Техника-экономикалық көрсеткіш ретінде күрделі шығын бола алады, және ол нормативті меншікті күрделі шығынмен анықталады:

мұндағы K – күрделі шығын, мың теңге;

k – нормативті ұзындықтағы байланыс жолына салынған капиталдық меншік, мың теңге;

L – жолдың жобаланған ұзындығы, км;

L_{H –}жолдың нормативті ұзындығы, км;

– жол ұзындығындағы нормативті капиталды салудың есептеуші коэффициенті.

11 Ақпараттық тығыздау әдістері

Ақпаратты тарату жүйелерінің өткізгіштік қабілетін арттырудың бірнеше әдістері болады. Бұл әдістердің көп түрі компонентті ақпаратты ағындарды бір топтық ағындарға тығыздау әдісіне әкеліп соғады, топтық ағын байланыс жолымен таралады. Тарату жүйелерінің ақпараттық сыйымдылығын одан әрі арттыру үшін бір уақытта екі немесе одан да көп әдістерін біріктіру кең қолданылуда. Соңғы жылдары «тығыздау» терминінің орнына «мультиплексирлеу» термині көп қолданылады, ол ағылшын тілінен аударғанда тығыздау дегенді білдіреді. Талшықты-оптикалық жүйелерге қатысты топтық ақпараттық ағындарды тығыздау әдістерін екі түрге бөлуге болады: электронды тығыздыу және оптикалық тығыздау. Тығыздау әдістерінің көбі қазіргі байланыс жүйелерінде кеңінен қолданылғандықтан, олардың әрқайсысын қарастырайық.

11.1 Уақыттық тығыздау әдісі (TDM)

Қазіргі кезде ақпараттық ағындарды уақыттық тығыздау әдісі (TDM - Time Division Multiplexing) ең көп таралған болып табылады. Ол ақпаратты цифрлық түрде тарату кезінде қолданылады. Оның мәні келесідей болады. Тарату үрдісі уақыттық циклдер қатарына бөлінеді, олардың әрқайсысы өз кезегінде N субцикілге бөлінеді, мұндағы N – тығыздалынатын ағындардың немесе арналардың саны. Әрбір субцикл уақыттық позицияларға, яғни уақыттық интервалдарға бөлінеді. Әрбір уақыттық интервалда тығыздалынатын цифрлық ағындарының біреуінің ақпаратының бөлігі беріледі. Сонымен қатар, позицияларының бірнешеуі идентификациялық синхроимпульстерге, ставкаларға және қызметтік байланыстың цифрлық ағынына арналады. Мысал ретінде ПЦИ-У1 (2,048 Мбит/с) иерархиясының 4 цифрлық ағынынан Е2 (ПЦИ) 8,448 Мбит/с цифрлық ағынының топ ұйымдастыру үрдісін қарастырамыз. Тарату үрдісі ұзақтығы 125 мкс болатын уақыттық циклдерге бөлінеді. Бұл циклдер 4 циклден тұрады да, олардың әрқайсысының ұзақтығы 31,25 мкс.

Субциклдер 624 уақыттық қималарға (позицияларға) 118,4 нс ұзақтықпен бөлінеді, оның ішінде 8 позиция синхроимпульстерге, бастамаға және қызметтік байланысты цифрлық таратуға арналған. Әрбір уақыттық қиманың ұзақтығы t_итактылық жиілікті анықтайтын (топтық ағын үшін 8,448 Мбит/с) тактылық интервалға тең

Уақыттық тығыздау әдісі екі түрге бөлінеді: асинхронды немесе плезиохронды, уақыттық мультиплексирлеу (ПЦИ (PDH), ATM) және синхронды уақыттық мультиплексирлеу (СЦИ (SDH)). 1 және 2 тарауларда сипатталған ПЦИ және СЦИ тарату жүйелерінде уақыттық тығыздаудың осы әдістері қолданылады. Қазіргі ТОБЖ жүйелерінің техникалық сипаттамаларына сәйкес цифрлық ақпараттық топтық (агрегаттық) ағынын таратудың ең көп жылдамдығы шамамен 2,5 Гбит/с болады. Топтық сигналды тарату жылдамдығы 10 Гбит/с (STM-64) болатын СЦИ жүйелері практикалық енгізіле бастады. Осыдан бірнеше жыл бұрын бұл мультиплексирлеудің электронды құрылғылары үшін шек болып саналды. Алайда жаңа электронды технологиялардың дамуымен (галий арсениді, микровакуумды элементтер негізіндегі жартылай өткізгіш құрылымдар) 40 Гбит/с (STM-256) жылдамдығына арналған электронды мультиплексорлардың тәжірибелік түрлері құрылып, өндірісте көптеп шығаруға дайындалуда. Бұл аймақтағы тарату жылдамдығын одан әрі арттырудың ғылыми зерттеулері жалғасуда.

11.2 Жиіліктік тығыздау әдісі (FDM)

Жиіліктік тығыздау әдісі (FDM-Frequency Division Muliplexing) кезінде әрбір ақпараттық ағын физикалық арнамен сәйкес жиілікте f тасушы таралады. Егер физикалық арна ретінде оптикалық сәулелену оптикалық тасушы болса, онда ол интенсивтігі бойынша топтық ақпараттық сигналмен модуляцияланады. Оның спектрі саны компонентті ақпараттық ағынның санына тең тасушы жиіліктерінің қатарынан тұрады. Әрбір арнаның тасушысының жиілігі келесі шарт бойынша таңдалады: ƒ_пн≥10 ƒ_вчп, мұндағы ƒ_пн- тасушы жиілігі, ƒ_вчп- ақпараттық ағын спектрінің жоғарғы жиілігі. Тасушылар арасындағы жиіліктік интервал ∆ƒ_пн ∆ƒ_пн ≥ ƒ_вчп шартынан таңдалады.

Оптикалық сәулеленуді топтық сигналмен модуляциялау кезіндегі бұрмалануды азайту үшін жиіліктік тығыздаудағы электрондық құрылғының өтпелі сипаттамасының және лазердің ватт-амперлік сипаттамасының деңгейлердің кең диапазонында сызықтығы жоғары болуы керек. Бұл кезде оптикалық сәуленің модуляция коэффиценті (экстинкция коэффиценті) тығыздалынатын арналар санына тәуелді және 10% әдетте аспайды.

Қабылдау жағында оптикалық тасушы жүктемесінде электрлік топтық ағын бөлінетін фотодетекторға түседі де, электрлік топтық (кеңжолақты) қабылдаудың күшейткіште (ағын күшейтілгеннен кейін) таржолықты сүзгілердің кірісіне келіп түседі. Сүзгілердің өткізгіштерінің орталық жиілігі тасушы жиіліктердің біріне тең болады.

Компонентті ағындар ретінде цифрлық та, аналогты да сигналдар болуы мүмкін. Қазіргі кезде кабельді тарату жүйелерінде жүйелерінде жиіліктік тығыздау көпарналы кабельді теледидарда қолданылады. Мұнда бұл мақсатқа 47 МГц-тен 860 МГц жиіліктер диапазоны, яғни теледидардың литрлік те, дециметрлік те диапазондары бөлінген.

11.3 Модалық тығыздау (MDM)

Көпмодалы оптикалық-талшықты қолдануға негізделген кейбір тарату жүйелерінде модалық тығыздау (Mode Division Multiplexillg) деп аталған тығыздалу түрі қолданылады. Тығыздалудың бұл әдісі келесі жолдардан тұрады. Көпмодалы оптикалық талшықтағы оптикалық сәулеленудің таралу процесі геометриялық оптика позициясынан қарастырылуы мүмкін. Осыған сәйкес, егер көпмодалы талшықтың кіріс тореціне бұрышымен оптикалық сәуле түссе, онда осы торец арқылы талшыққа түсіп және осы оптикалық талшық (ОТ) бойымен қатаң белгіленген траектория бойымен қозғалған сәуле шығыс торецтен сондай φ₁ бұрышымен шығады. Бұл шарт барлық теңсіздігін қанағаттандыратын өзіндік бұрышы φ_ктең ОТ-ға келіп түсетін барлық басқа сәулелер үшін орындалады. Талшықтың кірісінде және шығысында модалық селекторларды қолдана отырып, бұл жағдайда арналар рөлін ойнайтын тәуелсіз ақпараттық ағындарды сәйкесті модаларда таратуды жүзеге асыруға болады. Модалық тығыздау тек модалардың өзара түрленуі және араласуы болмаған жағдайда ғана жұмыс істей алады. Бұл шарт локальдық біртексіздіктер, соның ішінде иілулер толығымен болмайтын көпмодалы талшық үшін орындалады. Әдетте модалық тығыздау әдісі бір – ондаған метр шамасындағы аз арақашықтыққа ақпарат таралатын автоматиканың кейбір жүйелерінде қолданылады.

11.4 Поляризация бойынша тығыздау (PDM)

Сызықтық поляризациясы бар оптикалық тасушылар көмегімен ақпараттар ағынын тығыздау поляризация бойынша тығыздау (PDM - Po1arization Division Mu1tip1exing) деп аталады. Бұл кезде әрбір тасушының поляризация жазықтығы өз бұрышымен орналасуы керек. Мультиплексирлеу арнайы оптикалық призмалар, мысалы Рошон призмасы, көмегімен жүзеге асады. Бұл әдіс модалық тығыздауға ұқсас, бірақ топтық ағынды тарату ортасы ретінде бірмодалы талшық қолданылуы мүмкін. Алайда, MDM-ға ұқсас поляризациялық тығыздау тек қана таралу ортасында (ОТ) оптикалық анизатропия болмағанда, яғни талшықта локальді біртексіздіктер мен иілулер болмаған жағдайда жұмыс істей алады. Бұл берілген тығыздау әдісін өте аз қолданудың себептерінің бірі. Атап айтқанда, ол оптикалық изоляторларда қолданылады. Сонымен қатар екі лазердің сәулеленуін қосу үшін эрбилік толқынның қанығу құрылғылары қолданылатын оптикалық-талшықты күшейткіштерде де қолданылады. Екі лазердің сәулеленуінің поляризациясы созылған элипс түрінде сипатталады.

Бұл кезде топтық цифрлық сигналда арналық интервалда және - «бос», яғни онда еш нәрсе жіберілмейді. Қажет кезде қолданылатын арналы кодер (АК) 5 j-ші КИ-де j-ші цифрлық сигналды ұйымдастырады,

29 сурет - Цифрлы телефон аппаратындағы сигнал таратылуы

Барлық абоненттер (цифрлық және аналогты) саны 30-дан аспайды, сигналдары цифрлық түрге, яғни төрт топтық кодер көмегімен әдеттегіше түрленеді, бұл кезде топтық цифрлық сигналда арналық интервалда және - «бос», яғни онда еш нәрсе жіберілмейді. Қажет кезде қолданылатын арналы кодер (АК) 5 j-ші КИ-де j-ші цифрлық сигналды ұйымдастырады, ал шығыста -де аламыз. Осы барлық цифрлық сигналдардың тактылық жиілігі бірдей және қиылыспайтын арналық интервалдарда орналасқан (7 ГО есебінен), сондықтан олар қарапайым түрде НЕМЕСЕ сұлбасы көмегімен біріктіріледі де, шығысында біріншілік цифрлық сигнал аламыз. Қабылдау жағында генераторлық құрылғы (ГО) көмегімен И8 – И10 қабылдауына сәйкес арна интервалында цифрлық сигналдарды белгілеу жүзеге асады, сосын олардың түрленуі кері қарай жүреді. Цифрлық сигнал буферлік жады блогы (БП 11) көмегімен стандартты абоненттік сигналға түрленеді (29 б-суретті қараңыз). Цифрлық сигнал () сигналы арналы декодер (АДК 13) көмегімен аналогты түрленеді. Топтық декодер (ТДК 12) арқылы цифрлық сигналдан аналогты сигнал қалыптасады.

Қазіргі заманғы аналогты-цифрлық түрлендіргіш аппаратурасында топтық кодектер орнына арналы кодектер қолданылады, себебі аппаратура құрылымын жеңілдетеді, сонымен қатар арнааралық өтпелі бөгеттерді азайтады. Уақыт бойынша тығыздаудың екінші нұсқасының айырмашылығы, мұнда бірігу мен бөлу екі деңгейлі цифрлық сигналдармен орындалады. Мұндағы кірістегі цифрлық ағындар, тактылық жиілігі , тактылық жиілік М есе артық тактылық жиілігі бар бір қосынды цифрлық ағынға бірігу құрылғысына бірігеді. Қабылдау жағында бұл ағын бөлу құрылғысымен М біріншілік (бастапқы) ағынға бөлінеді.

30 сурет – Цифрлық жене аналогты сигналдардың бөліну сұлбасы

12 Оптикалық тасушыларды көптолқынды тығыздау (WDM)

TDM көмегімен тарату жылдамдығын арттыру жолымен ТОТЖ өткізгіштік қабілетін одан әрі арттыру мәселесін шешу электронды уақыттық тығыздау кезіндегі технологиялық қиындықтармен ғана шектелмейді, сонымен бірге ОТ бойымен таралу процесі кезінде оптикалық импульстердің уақыттық (хроматикалық) дисперсиясынан пайда болатын шектеулермен де шектеледі. Мұны SDM-STM-16 және STM-64 тарату жүйелері үшін хроматикалық дисперсиялардың мүмкін болатын шамаларын сәйкестендіруден көруге болады. Олар сәйкесінше:110500 пк/нм және 1600 пк/нм, ал поляризациялы модалық дисперсия үшін 40 пс және 10 пс.

Жоғарыда көрсетілген мәселе тасушыларды көптолқонды тығыздау. WDM (Wave1ength Division Mu1tip1exing) көмегімен шешіледі. Бұл әдістің мәні келесіде, λ_m толқын ұзындығында әрбір өзінің тасушысына тасымалданатын және кеңістікте жайылған m ақпараттық цифрлық ағын арнайы құрылғылардың оптикалық мультиплексорлардың (ОМ) көмегімен бір оптикалық ағынға λ₁.....λ_m біріктіріледі, содан кейін ол оптикалық кабельдің құрамына кіретін оптикалық сызықтық талшыққа енгізіледі. Қабылдау жағында демультиплексирлеудің кері операциясы орындалады. WDM бар мұндай жүйенің құрылымдық сұлбасы 31суретте көрсетілген. WDM тарату жүйесі G692 ұсынысына сәйкес оптикалық интерфейстердің қазіргі кезде қолданылатын біртолқынды тарату жүйесімен SDH сәйкестенуі қарастырылады. WDM жүйелерінің оптикалық параметрлері G.692 ұсынысында регламенттеледі. Мұнда әрбір арна үшін толқын ұзындықтары және оптикалық жиіліктері анықталады. Осы ұсыныстар бойынша, көптолқынды тарату жүйелері ОТ-ның 3-ші мөлдірлік терезелерінде, яғни 1530....1565 нм толқын ұзындығының диапазонында жұмыс істейді. Бұл үшін оптикалық жиіліктер торы түрінде болатын толқын ұзындықтарының стандарты бекітілген.

1-6 және 9-14 SDH-STM немесе STM-64 бірарналы аппаратурасы;

7-оптикалық мультиплексор; 8-оптикалық демультиплексор.

31 сурет - WDM тарату жүйесінің құрылымдық сұлбасы

Торда оптикалық жиіліктердің регламенттелген мәндері 196,1 ТГц-тен 192,1 ТГц-ке дейін (1 ТГц=10¹²Гц) 100 ТГц интервалмен жазылған және толқын ұзындықтары 1528,77 нм-ден 1560,61 нм-ге дейін 0,8 нм интервалмен жазылған стандарт 41 толқын ұзындығынан тұрады, яғни 41 спектральді арнаға есептелінген. Алайда практикада көрсетілген жиіліктер торынан тек 39 арнасы пайдаланылады, ең шеткі екеуі WDM жүйелерінде қолданылатын оптикалық күшейткіштерінің жиіліктік сипаттамаларының бүйірлерінде орналасатындықтан қолданылмайды. Бұл жайында төменде толығырақ айтылады.

Соңғы кезде спектральді арналар арасында жиіліктік интервалдың 50 ГГц-ке және тіпті 25 ГГц-ке дейін төмендеудің айқын тенденциясы қалыптасты. Ал бұл толқын ұзындықтарының арнайы диапазонында (1530...1565 нм) спектральді арналардың одан да тығыз орналасуына алып келеді. Мұндай тығыздау тығыз толқындық тығыздау немесе DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) деп аталады. DWDM таралатын арнаның санын арттыруға ұмтылу жолында туындағаны түсінікті. Атап өтетін жайт, DWDM абревиатурасы арналарының арасындағы жиіліктік интервалы 100 ГГц-ке тең көптолқынды тығыздау жүйелері үшін де қолданылады.

DWDM жүйелері үшін оптикалық жиіліктердің қатаң ұсынысы оптикалық тасушылардың (λ₁...λ_m) жиіліктерін қоюдың дәлдігі мен тұрақтылығын ұйымдастыру мәселесін құрастыруды көздейді.

ITU-T G.692 ұсынысында бұл мәселе талдану үстінде екендігі атап өтілген және сондықтан құжаттарда – бұл параметрлердің сандық мәндері әлі жоқ. Осыған қарамастан спектральді арналардың қабылданған мәндері мен олардың арасындағы жиіліктік мәндерге сүйеніп, лазердің сәулеленуінің спектральді жолының мүмкін болатын енін (∆₁), сонымен қатар ∆₁оптикалық жиілігінің уақыттық тұрақсыздығының мүмкін болатын шамасын қажетті дәлдікпен бағалауға болады. Ол үшін, мұнда абсцисса оъсінде 10 ГГц (0,01 ТГц) интервалымен оптикалық жиіліктің мәні орналасса, ордината оьсінде Р_опт нормаланған оптикалық қуаты алынған.

32 сурет – Тасушылары интенсивті модуляцияланған екі спектральді арнаның оптикалық сигналдарының жиіліктік спектрі

Екі көршілес орналасқан спектральді арнаны қарастырамыз, оның біріншісінің орталық жиілігі 192,15 ТГц, ал екіншісінікі – 192,2 ТГц. Қазіргі кезде оптикалық байланыста оптикалық тасушының тек қана бір модуляция түрі – радиоспектрдегі амплитудалық модуляцияға ұқсас интенсивтілік модуляциясы қолданылады. Арналардың екеуінде де STM-64 деңгейінің цифрлық ағындары, яғни жылдамдығы 10 Гбит/с ағындар таралады делік. STM-64 цифрлық ағының спектрі 10 ГГц тактылық жиілігінің 1-ші гармоникасымен шектелетін болсын (тәжірибелік жүйелерде осыған ұқсас болды). Онда әрбір арнаның оптикалық спектрі 3 құраушыдан тұрады – орталық жиілік ν₀ және екі жақтық жиілік +ν₀ және –ν₀. атап өтетін жайт, оптикалық арналардың көптолқындық (немесе спектральді) тығыздалуы радиоарналарды немесе аналогты тарату әдісі бар көпарналы кабельдік жүйелерді жиіліктік тығыздауға ұқсас болады. Сондықтан көптолқындық оптикалық жүйелерге де көрсетілген жүйелердің жиіліктік қатынастарындай сәйкес келеді. Олар үшін көрші арналар арасындағы қорғаныс интервалы арна модуляциясының екі еселенген жоғарғы жиілігінен аз болмауы тиіс. Көрсетілген суретте бұл шарт орындалады. Ал енді қандай да бір себептермен орталық жиілігі өзгерсін делік – бірінші арна үшін 10 ГГц-ке артты, ал екінші арна үшін соншама шамаға кеміді. Онда арналар арасындағы интервал 10 ГГц болды. Алайда цифрлық ағынды таратуға көмектесетін код 1- гармоникамен шектелмейді, энергияның қандай да бір бөлігі екінші гармоникада да бар болады, яғни n₀жиіліктің осылайша ығысуы жағдайында қиылыспа бұрмаланулар пайда болады. 10 ГГц жиіліктік интервалы ∆λ=0,08 нм толқын ұзындығының интервалына сәйкес келеді. STM-64 ағындарын DWDM әдісімен тарату кезінде 50 ГГц спектральді интервалдарында сәулелену жолының ∆спектральді ені ∆λ=0,04 нм шамасынан аспауы тиіс және оптикалық жиіліктің тұрақсыздығы 5ГГц –тен нашар болмауы тиіс. DWDM әдісімен STM-16 цифрлық ағындарын тарату кезінде спектральді жол енінің шекті мәні ұлғаюы мүмкін.

WDM және DWDM аппаратураларының оптикалық интерфейстері СЦИ аппаратураларымен – STM-16 және STM-64 сәйкес келуі керектігі жоғарыда атап өтілген. Алайда ХЭБ-Т, (G.957) СЦИ (SDH) жүйелеріне арналған ұсыныстарына сәйкес шығыс оптикалық түйіспелердегі (интерфейстердегі) спектральді параметрлердің шекті мәні келесі шамаларға тең: спектральді жолдың ені (STM-16 үшін), STM-64 - ∆λ=0,01 нм, орталық оптикалық толқын ұзындығы 1530..1565 нм диапазонындағы кез келген мәнді қабылдауы мүмкін. Егер мультиплексорлардың (29 суретті қараңыз) оптикалық кірістеріне SDH мультиплексирленетін арналарының оптикалық таратқыштарынан шығатын сигнал жіберілсе, онда жүйенің жұмыс істемейтініне көз жеткізуге болады. Сондықтан оптикалық мультиплексорлардың кірісіне параметрлер, әсіресе спектральді параметрлері G.692 ұсынысымен анықталған стандарттарға қатаң түрде сәйкес келуі керек. Мұндай сәйкестік DWDM аппаратурасында арнайы құрылғы транспондерді қолдану арқылы жүзеге асады. Бұл қондырғының оптикалық кірістері мен шығыстарының саны тығыздалатын оптикалық сигналдар санына тең болады. Егер транспондердің кез келген кірісіне параметрлері G.957 ұсынысымен анықталған оптикалық сигнал жіберілсе, онда оның шығыс сигналдары параметрлері бойынша G.692 ұсынысына сәйкес келуі керек.

Бұл кезде егер m оптикалық сигнал тығыздалса, онда транспондер шығысындағы әрбір арнаның толқын ұзындығы жиіліктер торына сәйкес тең оның біреуіне ғана сай келуі керек, яғни бірінші арна үшін оптикалық сигналдың толқын ұзындығы λ₁, екіншісі үшін λ₂ және т.с.с. λ_m-ге дейін болсын делік. Транспондер шығысында бұл оптикалық сигналдар көрсетілген λ₁... λ_mтолқын ұзындықтарына сәйкес келетін оптикалық мультиплексорлардың кірістеріне келіп түседі. DWDM қолданатын тарату жүйесінің толық құрылымдық сұлбасы 33 суретте көрсетілген.

Атап өтетін жайт, толқын ұзындығы бойынша оптикалық тығыздау кезінде оптикалық мультиплесорда (ОМ) айтарлықтай шығындар болады. Осылайша, 16 спектральді арнаны DWDM тарату жүйелерінде ОМ шығындары арнада шамамен 7...9 дБ (бір жағында) құрайды. Екі жақтағы шығындарды ескере отырып (таратуда және қабылдауда) олардың ортақ шамасы 14...18 дБ құрайды. Мұндай шығындар энергетикалық потенциалын айтарлықтай азайтады, сондықтан оптикалық күшейткішсіз аз ара- қашықтыққа тарату мүмкін – 8 арнаны 50 км-ге дейін таратуға ОМ энергетикалық шығындарын компенсациялау үшін тарату жағында қуатты талшықты-оптикалық күшейткіштер (BOOSTER) қолданылады. Егер бұл қуат аз болса, онда оптикалық күшейткіш қабылдау жағында да қолданылады.

16 және одан да көп спектральді арналарды таратуға арналған DWDM жүйелерінде оптикалық күшейткіштерді әрбір арна үшін транспондер шығысында оптикалық сигналдарды сәйкесті мультиплексор кірісіне енгізу бұрын да қолданылады.

1-6 және 13-18 – SDH аппаратурасы; 7,11 – транспондер; 8,12 – мультиплексор/демультиплексор; 9,10 – қабылдау мен таратудың оптикалық күшейткіштері.

33 сурет - DWDM бойынша таратудың құрылымдық сұлбасы

Бұл көпарналы мультиплексорлар алып шығатын арналарға кететін үлкен шығындар себебімен орындалады. Мультиплексирленгеннен кейін, атап өтілгендей, топтық оптикалық ақпараттық ағын оптикалық күшейткіште күшейеді. Бұл кезде сызықтық ОТ-ға енгізілетін топтық ағынның оптикалық қуатының қосындысы 10 мВт шамасынан айтарлықтай асыптүсуі мүмкін. Мұндай қуатта ОТ-та оптикалық сәулеленудің таралу процесінде пайда болатын сызықсыз оптикалық құбылыстардың әсері байқала бастайтыны белгілі. Ол келесі құбылыстар: оптикалық тасушы фазасының өздік модуляциясы (SPM), фазаның қиылыспа модуляциясы (CPM), төрт толқынның ығысуы (FWM). Бұл құбылыстар көрсетілген қуаттан бастап көпарналы тарату кезінде қиылыспа бұрмаланулар және қосымша шуылдар түрінде байқалады. Ондаған мВт-қа тең оптикалық қуаттың шамасынан бастап Бриллюэннің SBS шашырау эффектісі (кеңестік әдебиетте ВРМБ аббревиатурасы қолданылады - Мандельштамм – Бриллюэн ыдырауы), ал 200 мВт шамасындағы қуатта Раманның шашырау эффектісі SRS (ВКР-комбинациялық шашырау) орындалады. Атап өтілген құбылыстардың физикалық аспектілері оптикалық талшықтарға арналған тарауларда қарастырылады. DWDM жүйелеріндегі оптикалық қуаттың қосындысы (оптикалық сызықтық талшыққа енгізілетін) ХЭБ-Т (ITU-T) G.692 ұсыныстарымен регламенттелінеді және +17 дБм (50 мВт) деңгейінде шектеледі. +17 дБм шамасы толық орнатылған жоқ және ITU-T ұсыныстарының кейінгі қосымшаларында +23 дБм дейін артқан.

ХЭБ-Т құжаттарында жоғарыда көрсетілген WDM жүйелерінің оптикалық жиіліктерінің торынан және топтық сигналдың оптикалық қуатының шекті деңгейінен басқа WDM-мен қосылудың құрылымына арналған стандарттар орнатылған. Тарату жолының құрылымды үш жасалу нұсқасы болады:

L (long) – 80 км-ге дейінгі ұзындықтағы пассивті аймағы бар және 22 дБ-ге дейінгі ортақ шығындары бар ұзын жол. Мұндай жолда 7 км-ге дейін ең үлкен ұзындығы 640 км болатын аралық оптикалық күшейткіштерді қосуға болады;

V (very) - 120 км-ге дейінгі ұзындықтағы пассивті аймағы бар және 33 дБ-ге дейінгі ортақ шығындары бар өте ұзын жол. Бұл жағдайда жолдың ортақ ұзындығы 600 км-ге дейін болғанда 4 аралық оптикалық күшейткіштерді қосуға рұқсат етіледі;

U (ultra) – ұзындығы 160 км бір пассивті аймақтан тұратын және аралық күшейткіштері болмайтын аса ұзын линия. Бұл аймақтағы максимальды рұқсат етілген сөну 44 дБ тең болады.

Жоғарыда көрсетілген нұсқаларға сәйкес L, V және U анықтамалары пассивті аймақтың ұзындығына қатысты екендігі түсінікті.

Оптикалық күшейткіштер көмегімен қосылу нұсқаларында ОТ энергия шығындары компенсацияланады. Алайда оптикалық жолдың ұзындығы тек қана шығындар шамасымен және тарату жылдамдығымен шектелмейді, сонымен қатар хроматикалық дисперсияға да байланысты. Бұл шектеуді хроматикалық дисперсияның арнайы компенсаторлары көмегімен конменсациялау арқылы жоюға болады. Хроматикалық дисперсияның арнайы компенсаторлары дискретті және ұзартылған болуы мүмкін. Дискретті компенсаторлардың негізін Брэгтік дифракция торлары құрады, ол ұзартылған конденсаторлар дисперсиясы теріс болатын талшық қималары түрінде болады.

DWDM оптикалық жолдар құрылымдарының жоғарыда көрсетілген нұсқаларының көрінісі ретінде 34 суретте NEC (Жапония) корпорациясының DWDM тарату жүйелері көрсетілген, мұндағы:

DWDM орта және алыс қашықтықтағы байланыс жүйесін құрудың басқа мысалын LUCENT TECHNOLOGIES компаниясы ұсынған, ол 35 суретте көрсетілген.

Жоғарыда WDM жүйесінің 1530...1565 нм оптикалық толқын ұзындықтарының диапазонында жұмыс істейтіні атап өтілген. Бұл диапазон көптолқынды тарату жүйесінің негізгі компоненттерінің бірі болып табылатын эрбийлік талшықты-оптикалық күшейткіштердің өткізу жолағымен сәйкес келеді. G.692 ұсынысына сәйкес бұл диапазонда 100 ГГц жиіліктік интервалында 41 спектральді арна, 50 ГГц интервалында сәйкесінше екі есе көп арна орналасады. Талшықты-оптикалық күшейткіштерді дамытудағы интенсивті жұмыстар өткізу жолағы кеңейтілген күшейткіштерді құруға мүмкіндік береді. Жұмыста өткізу жолағы 80 нм күшейткіштерді тәжірибеде құру туралы хабарланған. Осы фирма (NTT PHOTONICS LAB. NTT ELECTRONICS CORPORAТION, Жапония) күшейтілген толқын ұзындықтарының жолағы 113 нм болатын романдық талшықты-оптикалық күшейткіштің құрылуы жайлы хабарлайды. Күшейтілетін толқын ұзындығының жолағының осылайша кеңеюі бірнеше фирмаларға нарыққа спектральді арналар саны артқан тарату жүйелерін ұсынуға мүмкіндік берді. Осылайша, ALCATEL, PIRELLI, LUCENT TECHNOLOGIES фирмалары арналарының саны 128 болатын DWDM жүйесін нарыққа ұсынды. Мәскеу қаласындағы семинарда LUCENT TECHNOLOGIES компаниясының өкілі жақын арада 256 арнаны таратуға арналған DWDM жүйесін құратындығын атап өтті. Осыған ұқсас өнімдер өзге де атақты фирмалар: CIENA (АҚШ, 96 арна), ECITETELECOM (Израиль, 80 арна) жасауға кірісті. Таратылатын спектральді арналар санының артуы DWDM жүйелерінің ақпараттық сыйымдылығын осындай ағындарды бір оптикалық талшық бойымен тарату кезінде (1,2 Тбит/с-қа дейін) лезде арттыруға мүмкіндік береді.

Осыған ұқсас жүйені LUCENT TECHNOLOGIES (CORNING) ұсынды. Бұл жолда LEAF талшығы қолданылды.

WDM көптолқынды жүйелеріне 40 Гбит/с жылдамдығы үшін TDM жүйелерін енгізу бойынша жұмыстар осылайша активті жүргізілуде. Жапонияда әрқайсысының жылдамдығы 40 Гбит/с 30 спектральды арналарды 85 км қашықтыққа тарату жүзеге асырылды, яғни жүйенің толық ақпараттық сыйымдылығы 1,2 Тбит/с құрады. Сонымен қатар әрқайсысының жылдамдығы 40 Гбит/с 16 арнаны тарататын трансмұхиттық жүйенің көрсетілімі өтті (ALCATEL). Бұл жүйелерде жиіліктік интервал 100 ГГц болды.

WDM көптолқынды жүйелер құру кезіндегі маңызды мезеттердің бірі телебақылау, басқару және қызметтік байланыс сигналдарын таратуға арналған ұйымдастыру мәселесі болып табылады. ХЭБ-Т (ITU-T) ұсыныстарына сәйкес осындай жүйелер үшін осы сигналдарды тарату жеке спектральді арнаны қолдану туралы шешім қабылданды. Бұл жағдайда оның толқын ұзындығы эрбилік талшықты-оптикалық күшейткіштің өткізу жолағында орналаспауы тиіс. Бұл мақсатта екі толқын ұзындығының бірі – 1510 немесе 1625 нм ұсынылды.

Қазіргі кезде 32 арнаға дейін таратуға арналған DWDM байланыс жүйесінің қондырғысында бірқатар фирмалар 1510 нм толқын ұзындығын қолданады (NEC, SIEMENS және т.б. фирмалар), ал кейбіреулері – 1625 нм (CIENA). Бірақ таралатын арналар саны 128-ге дейін және одан да жоғары болып артуына байланысты оптикалық спектрдің ұзын толқындық бөлігін пайдалану қажеттігі туындайды, атап айтқанда 1625 нм толқын ұзындығын L-диапазонын (немесе 4-ші мөлдірлік терезесі) қамтиды. Бұл мақсатта көптеген зерттеулер жүргізілді. L-диапазонында жұмыс істейтін талшықты-оптикалық күшейткіштерді құру бойынша жұмыстар қарқынды орындалуда.

34 сурет – NEC корпорациясының DWDM тарату жүйелерінің нұсқалары

Бұл күшейткіштер – эрбий ионынан басқа тулии иондарымен де легирленген эрбилік талшық негізіндегі күшейткіштер және романдық оптикалық күшейткіштер. DWDM жүйелерінде сервистік қызметтер үшін осы мақсатта 1510 нм толқыны пайдаланылады.

35 сурет - LUCENT TECHNOLOGIES компаниясының DWDM жүйесінің құрылуы

DWDM тарату жүйелерін құру бірқатар активті элементтермен бірге пассивті квантты және оптикалық элементтерді параметрлерінің дәлдігі жоғары құрылғыларды құруды қажет етеді. Мұнда тұрақтылығы нм болғанда сәулелену жолының спектральді ені тар (0,05 нм аз) жартылайөткізгіш лазерлер кіреді. Бұл үшін осындай тұрақтылықты қамтамасыз ететін электронды құрылғылар керек. Талшықты-оптикалық күшейткіштердің күшейту коэффициенті тұрақты, барлық күшейтудің спектральді диапазонында күшейту коэффициентінің тұрақсыздығы аз (дБ) және бірқатар басқа да сипаттамалары болуы тиіс. Пассивті элементтер ішінде бір мөлдірлік терезеде (1530...1565 нм) жұмыс істеу кезінде арналар саны көп болғандағы үшін оптикалық мультиплексирлер/демультиплексирлер ең жауапты болып табылады. Бұл элементтердің жиілік бойынша немесе толқын бойынша ауытқуы 0,05 нм аспауы тиіс. Мұндай тұрақтылық осы элементтердің қатаң температуралық тұрақтылығы дәлдігімен қамтамасыз етіледі. Осының барлығы DWDM жүйелерінің құнын арттырады. Бірқатар елдерде, әсіресе АҚШ, Канада, Еуропа елдерінде, соның ішінде Ресейде G.625 стандартты бірмодалы талшық негізіндегі көп оптикалық кабельдер жүргізілген. Сондықтан тұрғындары тығыз орналасқан аудандарда, соның ішінде ірі қалаларда, желінің маршрутизациясы мен трафигін оперативті өзгерту мүмкіндігі бар үлкен ақпарат ағындарын ұйымдастырудың қажеттілігі туады. Бұл мәселе DWDM қарама-қарсы АҚШ-та ұсынылған СWDM (CWDM - Coarse Wavelength vision Mиltiplexing) деп аталған көп толқынды тығыздау көмегімен шешіледі. Мұндай жүйелерде арналар арасындағы интервал 20 нм-ден артық шамаға тең. CWDM жүйесі SONET-пен өзара әсерлесу кезіндегі Ethernet желісі үшін (INTERNET терминіне қарағанда Еthеrnеt термині IEEE 802.3 стандартының синонимі болып табылады және кеңжолақты локальді желі болып саналады) арнада жылдамдығы 10 Гбит/с-қа дейінгі көп арна ұйымдастыруға арналған. CWDM жүйелерінде арналар арасындағы интервал үлкен болғандықтан және осы жағдайда олар бір уақытта 3 және 2 мөлдірлік терезелерде жұмыс істейтіндіктен оларға DWDM жүйелері секілді күрделі элементтер керек емес, сондықтан оларды қолдану оңай.

12.1 Оптоталшықты желілер және DWDM технологиясы

Оптоталшықты желілермен ақпаратты тарату туралы және бүгінгі күнде бұл әдіс ең жоғары жылдамдықтарды қамтамасыз ететіндігі туралы барлық адамдар естіген болар. Жоғары тарату жылдамдығы оптоталшық бойымен мәліметтерді тарату технологиясының дамуына әсер етеді. Бүгінде өткізу қабілеті секундына бірнеше терабитке (100 Гбит) жетеді. Егер өзге де ақпаратты тарату жылдамдығымен салыстырсақ, Тбайт /с шамалар ретінде қол жеткізу мүмкін емес. Осындай технологияның тағы бір артықшылығы – таратудың сенімділігі. Оптоталшық бойымен таратудың электрлік және сигналды радиотарату бойынша кемшілігі болмайды. Сигналды бұрмалайтын бөгеуілдер болмайды және қолданылған радиожиіліктерді лицензиялаудың қажеттілігі жоқ. Алайда, көптеген адамдар ақпараттың оптоталшық бойымен қалай таралатынын, технологияның нақты жүзеге асырылуын тіпті көзіне де елестете алмайды. Осы мақалада біз оның бірін DWDM (dense wavelength-division multiplexing) технологиясын қарастырамыз. Алдымен ақпараттың оптоталшық бойымен қалай таралатынын қарастырайық. Оптоталшық – толқынының ұзындығы бірнеше мың нанометр (10^-9м) болатын электромагниттік толқындар таралатын толқынжол. Бұл – адамның көзі көрмейтін инфрақызыл сәулеленудің аймағы. Оның негізгі мәнін талшықтың материалын және оның диаметрін нақты таңдау кезінде кейбір толқын ұзындықтары үшін бұл орта мөлдір болып, тіпті талшық пен қоршаған ортаның шекарасына түскен сәуленің энергиясының көп бөлігі талшықтың ішіне қайта сәулеленетіндігі құрайды. Осылайша, сәулеленудің талшық бойымен өтуі шығынсыз қамтамасыз етіледі және негізгі мақсатты – талшықтың екінші шетінде осы сәулеленуді қабылдау болып табылады. Әрине, осынша қысқа сипаттамада көптеген адамдардың күрделі әрі қиын еңбегі жатыр. Мұндай материалды құру оңай немесе бұл тиімділікті алу оңай деп ойлаудың қажеті жоқ. Керісінше, оған ірі жаңалық секілді қарау керек, себебі қазір бұл ақпаратты таратудың тиімді әдісі болып табылады. Толқын жол материалының қасиеттерінен мәліметтерді таратудың сапасы және бұрмалану деңгейі тәуелді; толқын жолдың изоляциясы энергенияның сыртқа шығуы минимальды болу керектігі ескеріліп жасалды «мультиплексинг» деп те аталатын технология жайлы айтатын болсақ, онда бұл сіз бір уақытта бірнеше толқын ұзындықтарын тарата аласыз дегенді білдіреді. Олар өзара әсерлеспейді, ал ақпаратты қабылдау немесе тарату кезінде интерференциялық тиімділігі (бір толқынның екіншісіне беттесуі) елеусіз болады, себебі олар еселі толқын ұзындықтарында көп байқалады. Ал бұл жерде жақын жиіліктер пайдаланылады (жиілік толқын ұзындығына кері пропорционал, сондықтан қайсысын айтсақ та бәрібір). «Мультиплексор» деп аталатын құрылғы – толқын ұзындықтарының форматына ақпаратты кодтау немесе декодтау аппараты. Осындай қысқаша сипаттамадан кейін DWDM технологиясының сипаттамасына өтеміз.

DWDM технологиялар – болашақтағы оптикалық желілердің терабитті коммуникацияларының негізі. Байланыстың талшықты-оптикалық жүйелері дамудың келесі сатысында, бұл телекоммуникация аймағында соңғы кезде жүргізіліп жатқан құндылықтарды қайта бағалау жұмыстарымен байланысты.

Ақпаратты тарату жылдамдығын арттыру неме жаңа аймақтарда қызмет көрсету секілді себептермен байланысты байланыс көлемін арттыруға деген қажеттіліктің өсуі жаңа талшықты-оптикалық технологиялардың, атап айтқанда WDM және DWDM-технологиялары деп аталатын арналарды спектральді (жиілікті) мультиплексирлеу (тығыздау) технологиясының пайда болуына және қалыптасуына алып келді. WDM (wavelength division multiplexing) - толқын ұзындығы бойынша бөлу арқылы мультиплексирлеу, ал DWDM (dense wavelength division multiplexing) – толқындар ұзындықтары бойынша бөлу арқылы тығыздау мультиплексирлеу дегенді білдіреді.

Бұл технологиялар талшықты-оптикалық арналардың және байланыс желілерінің өткізгіштік қасиетін жүздеген есе арттыруға мүмкіндік береді; оларды уақыттық тығыздау технологиясымен (TDM) қатар қолдану соңғы уақытта бір оптикалық талшық бойымен ақпаратты таратудың терабитті жылдамдықтарына жетуге мүмкіндік береді.

Алдын ала тартылған кабельде оптикалық талшықтың өткізу қабілетін екі әдіспен арттыруға болады: не әлдеқайда тез уақыттық тығыздауды (TDM) қолдану көмегімен тарату жылдамдығын арттыру, не WDM-технологияны қолданудың көмегімен бір талшық бойымен сигналды тарататын спектральді арналардың санын арттыру.

Бірінші нұсқаның орындалуы, әсіресе синхрондық цифрлық иерархияны қолданатын алыс қашықтықтағы байланыс желілерінде (SONET /SDH) бірқатар қиындықтармен байланысты, атап айтқанда 40 Гбит/с асатын таралу жылдамдықтарында соңғы аппаратураның құнының күрт өсуімен байланысты. Қазіргі уақытта тәжірибеде ақпаратты тарату жылдамдығы 10 Гбит/с болатын TDM-арналар қолданылады және жылдамдықтары 40 Гбит/с болатын TDM-арналарды реализациялауды қамтамасыз ететін аппаратура ойлап табылуда.

Сонымен қатар, көп жағдайларда алдын-ала тартылған оптикалық талшық жылдамдығы 10 Гбит/с жоғары ақпаратты таратуға мүмкіндік бермейді, себебі оны тарту кезінде осындай ақпаратты тарату жылдамдығында талшықта байқалатын бірқатар эффектілер талшықты кабель құрамында ескерілген жоқ. Біріншіден, жарықтың импульстік кеңеюіне алып келетін, яғни ақпаратты тарату жылдамдығының шектелуіне алып келетін талшықтағы дисперсияның болуы. Бірмодалы талшықта толық дисперсия хроматикалық және поляризациялы модалы (ПМД) дисперсиядан тұрады. Хроматикалық дисперсияның шамасын жолда дисперсияның таңбасы қарама-қарсы болатын талшық қималар қосу жолымен төмендетуге болады. ПМД шамасы талшықтың жарық тасымалдайтын талшығының көлденең қимасының дөңгелек түрде ауытқуымен сипатталады. Ол технологияның кемшіліктерінен туады және кездейсоқ сипатқа ие, сондықтан әрқашан компесациялана бермейді. Екіншіден, тарату жылдамдығы артқан сайын фотоқабылдағыш құрылғылардың сезімталдығы және тасушы жарықтық сигналдың ақпараттық сигналмен модуляциясының тереңдігі, осының әсерінен жолдағы сигнал/шуыл қатынасы төмендейді. Бұл эффектілерді компесациялау үшін қосымша күшейткіштер мен оптикалық сигналдар регенераторларын орнату қажет. Осының барлығы оптикалық аппаратураның күрделенуіне және оның құнының артуына алып келеді. Мамандардың пікірі бойынша, жақын арада уақыттық мультиплексирлеу жолымен тәжірибеде тарату жылдамдығы 40 Гбит/с артық арналарды пайдаланудың ықтималдылығы төмен.

ТОТЖ ақпараттық сыйымдылығын немесе ақпаратты тарату жылдамдығын арттырудың өзге жолы бар. Бұл – спектральді мультиплексирлеуді, WDM-технологияны қолдану. WDM қолданатын жүйелер оптикалық талшықтың біруақытта оптикалық сәулеленудің кең спектрін өткізу немесе өзара интерференцияланбайтын, әсерлеспейтін көп толқындар ұзындықтарын жинау мүмкіндегіне негізделген. Әрбір осы спектрдің толқын ұзындығы немесе толқын ұзындықтарының нақты диапазоны талшық бойымен ақпаратты тарату үшін оптикалық арна ретінде қызмет ете алады.

Қазіргі уақытта осындай арналарды біріктірудің (мультиплексор) және ажыратудың (демультиплексор) оптикалық әдістері ойлап шығарылған. Олар жүйенің немесе байланыс желісінің кез келген берілген нүктесінде әрбір арнаның идентификациясын қамтамасыз етеді. Тіпті мультиплексирлеу технологиясы көршілес спектральді арналарды толқын ұзындықтары бойынша бөлу нанометрлерді құрайтындай деңгейге жетеді.

Мұндай технологиялардың құрылуы мен дамуы соңғы кеде коммерциялық жағынан қол жететін талшықты-оптикалық жүйелер мен желілерді құруға мүмкіндік береді. Оларда дуплексті режимде (екі бағытта бір уақытта) бір талшық бойымен жүзден астам тәуелсіз арналарды таратуға болады.

Атап өтетін жайт, DWDM-технологияны қолданатын ТОТЖ құрудағы жетістіктер эрбилік талшықты-оптикалық күшейткіштерді (EDFA) құрумен байланысты. EDFA 1550 нм толқын ұзындығындағы орталығымен талшықтың мөлдірлік терезесінде оптикалық сигналды электрлік сигналға және кері түрлендірмей-ақ талшық бойымен таралатын барлық спектральді сигналдарды күшейте алады. Мұндай күшейткіштерді қолдану аса кең жолақты талшықты-оптикалық жолдарды және алыс байланыс желілерін құру мүмкіндігін ашты.

36 суретте әрбір арнасының ақпараттық сыйымдылығы 2,5 Гбит/с, 10 Гбит/с және 40 Гбит/с болатын стандарт ақпаратты таратудың синхронды желілері және синхронды-оптикалық желіде (SDH/SONET) үшін DWDM технологияны қолдану есебінен ТОТЖ өткізу жолағын (немесе ақпараттық сыйымдылығын) арттыру мүмкіндіктері көрсетілген. 36 суреттен DWDM-технологияның талшықты-оптикалық арнаның өткізу қабілетін оптикалық талшықтың бір мөлдірлік терезесінде бірнеше Тбит/с-қа дейін арттыруға мүмкіндік беретіні көрінеді.

ТОТЖ-да DWDM-ны пайдалану тарихы 1996 жылдан басталады. Алғашқыда спектральді тығыздау ұзартылған локальді желінің ірі фрагменттерін байланыстырған. Талшықты - оптикалық тарату жүйесі (ТОТЖ) қосымша талшық тартпай жолдың өткізу қабілетін арттыру қажеттігі пайда болғандықтан қолданылған еді. Кейіннен ақпараттық қызметтерге қажеттіліктің артуымен және сол себептен локальды желіде барлық желі бойымен тұрақты өзгере алатын артық жүктеменің пайда болуымен DWDM технологиялар локальды желінің өзге де деңгейлерінде пайдаланыла бастады. Атап айтқанда, қазіргі кезде DWDM-технологиялары шетелде қала ішіндегі локальды желілерде де кеңінен қолданыла бастады. DWDM технологиясы Internet Protocol қолданатын мәліметтерді таратудың талшықты-оптикалық желілерінде пайдаланудың келешегі зор. Соңғы кезде қарқынды жүзеге асқан оптикалық қосқыштар бойынша жұмыстармен қатар DWDM технологияны енгізу мәліметтерді таратудың толық оптикалық желілерінің, соның ішінде Internet құрылуына және тұтынушылар үшін ақпаратпен алмасу құнының потенциалды төмендеуіне үміттенуге мүмкіндік береді. Тұтынушы үшін бағаның төмендеуі осы үрдісті қолдауға мүмкіндік береді.

36 сурет - Оптикалық талшықпен толық таралу жылдамдығының әрбір арнада үш жылдамдық үшін мультиплексирленетін спектральді арналардың санынан тәуелділігі

Қазіргі кезде DWDM технологиялары өзіндік құны бойынша талшықты оптикалық жолдың және байланыс желілерінің өткізу жолағын кеңейтудің ең тез жолы болып табылады.

Алайда кеңжолақты оптикалық желілерді құрудың оптималды жолы бір уақытта уақыттық және спектральді тығыздау әдістерін құру мен дамыту болып табылады. Бұл кезде TDM-технологиясын пайдалану олардың құны бойынша бөлек спектральді сигналды таратуды дамытуға мүмкіндік береді, ал WDM технологиялар талшықтың өткізу жолағында осы арналарды таратады. Осылайша оптикалық желілерді құру кезінде жоғары иілгіштерге қол жетеді.

Қорытындыда алғашқы ТОТЖ құру уақытынан бастап талшықты-оптикалық коммуникацияның эволюциясының сұлбасын келтірейік (37 суреті қараңыз). Бұл сұлба толық оптикалық байланыс желісінің тәжірибелік жүзеге асу жолын көрсетеді.

1993 жылға дейін оптикалық жүйелерде уақыттық мультиплекстеу қолданылады. 1995 жылы спектральді мультиплекстейтін (WDM) алғашқы жүйесі пайда болды. Ал 1997 жылы енгізу/шығару мультиплексоры (OADM) шығарылды. Соңғы жылдары (1999-2000) спектр арналарды бір-бірімен теру коммутациясын қамтамасыз ететін спектральді арналарды оптикалық қосқыштары (ОХС) және олардың адрестелуі және қайтадан оптикалық сигналға кері түрлендірмейтін оптикалық сигналды электрлік түрге түрлендіруді қажет етпейтін желінің негізгі элементтері шығарылады. Жақын арада жүздеген спектральді арналарды өзара байланыстыратын қосқыш матрицалар құрылады.

TDM – уақыттық тығыздау жүйесі;

ОУ – оптикалық күшейткіш;

OADM – енгізу/шығару құрылғысы бар оптикалық мультиплексорлар;

ОХС – оптикалық қосқыштар (кросс-коннекторлар).

37 сурет – Талшықты-оптикалық коммуникацияның эволюциясы

DWDM секілді жаңа технологияның дұрыс қалыптасуы және дамуы үшін кемінде екі мәселені параллель шешу қажет болады.

Біріншіден, мұндай жүйелердің параметрлерін өлшеу мен реттеу әдістерін құру мен қалыптастыру қажет, сонымен қатар осы әдістерді жүзеге асыру үшін сәйкес өлшеу және технологиялық қондырғыларын да пайдалану қажет. Қазіргі уақытта талшықты-оптикалық күре жолдардың параметрлерін реттеу үшін негізгі өлшеуіш аспап ауысқыш блоктың түріне тәуелді берілген толқын ұзындығында, мысалы 1,3 мкм немесе 1,5 мкм диапазонында, жұмыс істейтін талшықты-оптикалық рефлектометр болып табылады. Дәлдігінің деңгейі жоғары болатын бұл аспап TDM-мультиплексирлеуді пайдаланатын ТОТЖ мен локальді желілердің оптикалық күре жолдарының параметрін өлшеу есептерінің көп санын шешеді.

Алайда спектральді арналары бір біріне жақын (нм) орналасқан көпарналы DWDM жүйелерді құру кезінде әрбір арнаның параметрін рефлектометриядағы дәлдікпен реттеу мүмкіндігі айтарлықтай күрделенеді.

Бітеу толқынының ұзындығы рефлектометрдің жаңа түрін немесе DWDM-жүйенің спектральді интервалында сигналдардың өтуін реттейтін өзге әдістерді табудың қажеттілігі туындайды. Сонымен бірге оптикалық ауыстырғыштар немесе маршрутизаторлардың, мультиплексорлардың, енгізу-шығару құрылғыларының және т.б. реттеуге арналған сәйкесті әдістер мен аспаптар қажет.

Зерттеулер көрсеткендей, бұл – алғашқы кезде айтарлықтай қымбат қондырғы. Сондықтан нақты өлшеуіш қондырғының, сонымен қатар DWDM жүйенің және толық фотонды (толық оптикалық) байланыс желілерінің параметрлерін өлшейтін әдістерді құру біздің ойымызша күрделі жұмыс және оны шешуге нақты уақыт пен қаражат керек.

Екіншіден, бүкіл әлемде осы технологиялар аймағында жұмыс істей алатын өз ісінің шебері, мамандарды дайындау мәселелері артуда. DWDM-жүйелердің және фотонды байланыс желілерінің құрылу қағидалары күрделі физикалық құбылыстарды пайдалануға негізделген. Сондықтан DWDM-жүйелерін құрумен және эксплуатациялаумен айналысатын адамдардан оптика, радиофизика, информатика және т.с.с. облыстардағы білімнің терең болуын сұрайды. Яғни кадрлардың мамандандырылуына деген сұраныс деңгейі әрқашан өседі. OFC’2001 конференциясындағы алдыңғы қатардағы фирмалар өкілдерінің шешімі бойынша қазіргі заманғы оптикалық телекоммуникациялар аймағында мамандандырылған инженерлік кадрлардың жетіспеуі байқалады. Мүмкін осы себептен болар, OFC’2001 конференциясында 80-нен астам оптикалық телекоммуникация аймағында жас мамандар мен инженерлердің біліктілігін арттыру және оқыту мақсатында әртүрлі курстар, семинарлар және жобалар ұйымдастырылды. Бұл мәселені, сонымен бірге DWDM технологияны пайдаланумен танысу үрдісінде шешу керек, ал ол сәйкес уақыт пен қаражатты қажет етеді.

EDFA негізінде күре жолдағы қуат деңгейінің өзгеруін оптикалық күшейту жолымен шешеді (38 суретті қараңыз). Регенераторлармен салыстырғанда мұндай мөлдір күшейту сигналдың тек биттік жылдамдығында ғана орындалмайды, сондықтан бұл ақпаратты аса жоғары жылдамдықта таратуға және өткізу қабілетін хроматикалық дисперсия және поляризациялық модалық дисперсия секілді шектеуші факторлар пайда болғанша өсіруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар EDFA күшейткіштері өткізгіш сыйымдылығына тағы да бір өлшемді қоса отырып, көпарналы WDM-сигналды күшейтуге қабілетті.

а) регенерациялық қайталағыштар каскадының негізінде;

б) EDFA оптикалық күшейткіштері каскадының негізінде.

38 сурет – Оптикалық байланыс жүйелері

Бастапқы лазерлік таратқышта регенерацияланған оптикалық сигналдың поляризациясы нақты болса да, оптикалық қабылдағышты қосқанда оптикалық жүріп өтетін жолындағы басқа барлық түйіндер өзінің параметрлерінің поляризация бағытынан тәуелділігін көрсету керек. Бұл мағынада EDFA оптикалық күшейткіштері күшейту коэффициентінің әлсіз поляризациялық тәуелділігімен сипаттала отырып, жартылайөткізгіш күшейткіштерге қарағанда елеулі артықшылыққа ие. 34 суретте екі әдістің жұмысының сұлбасы көрсетілген. Регенераторлармен салыстырғанда оптикалық күшейткіштер қосымша шуыл тудырады және оны ескеру қажет. Сондықтан күшейту коэффициентімен бірге шуыл коэффициенті EDFA маңызды параметрлерінің бірі болып табылады. EDFA технологиясы арзанырақ, сол себептен нақты тәжірибеде жиі қолданылады.

EDFA бағасы бойынша да, параметрлері бойынша да тиімдірек болғандықтан, осы жүйенің негізгі сипаттамаларын қарастырайық. Бұл – күшейткіштің шығыс қуатын сипаттайтын қанығу қуаты (ол 4 Вт шамасына жетуі және одан да артуы мүмкін); кіріс және шығыс сигналдарының қуаттарының қатынасы ретінде анықталатын күшейту коэффициенті; күшейткіштің өзі тудыратын шуыл деңгейін анықтайтын күшейтілген сәулелену қуаты. Бұл кезде музыкалық орталықты мысалға келтіруге болады, оның барлық параметрлері ұқсас болады. Үшінші параметр, әсіресе маңызды (шуыл деңгейі) және оның мүмкін болғанша кіші болғаны дұрыс. Анологияны пайдалана отырып, ешқандай дискті пайдаланбай сіз музыкалық орталықты қосып көре аласыз да, дыбыс зорайтқыштың құлақшасын максимумге дейін қоясыз. Көп жағдайларда сіз шуылды естисіз. Бұл шуыл күшейту жүйелерінде тек оларға кернеу жібергеннің өзінде пайда болады. Біздің жағдайда осылайша күрт сәулелену пайда болады, алайда күшейткіш белгілі диапазонда толқынды жіберуге есептелгендіктен, осы диапазонның фотондарының күре жолға өтуінің ықтималдылығы жоғары болады. Осының арқасында (біздің жағдайда) жарықтық шуыл туындайды. Бұл күре жолдың максималь ұзындығына және ондағы оптикалық күшейткіштер санына шектеулер қояды. Ал күшейту коэффициенті, әдетте, сигналдың бастапқы деңгейін қалыптастыратындай етіп таңдап алынады. 39 суретте сигналдың кірісте болуы және болмауы кезіндегі шығыс сигналының салыстырмалы спектрлері келтірілген.

Күшейткіштің сипаттамасы кезінде қолдануға ыңғайлы тағы бір параметр шуыл-фактор болып табылады. Шуыл-фактор – бұл күшейткіштің кірісіндегі және шығысындағы параметрлердің қатынасы. Идеалды күшейткіштерде бұл параметр 1-ге тең болуы тиіс. EDFA күшейткіштері үшін қолданудың үш әдісі бар: алдын ала күшейткіштер, сызықтық күшейткіштер және қуатты күшейткіштер. Алғашқысы қабылдағыш алдында орнатылады. Бұл «сигнал/шуыл» қатынасын арттыру үшін орындалады да, осылайша қарапайым қабылдағыштарды пайдалану мүмкіндігі қамтамасыз етіледі және қондырғының бағасы төмендейді. Сызықтық күшейткіштің мақсаты ұзаққа созылған күре жолдарды немесе осындай жолдардың тармақталуы жағдайында сигналды қарапайым күшейтеді. Қуат күшейткіштері лазерден кейінгі шығыс сигналды күшейту үшін қолданылады. Бұл лазердің қуатының да шектелуімен түсіндіріледі және кейде қуаты жоғары лазерді орнатудың орнына оптикалық күшейткіш қойған жөн. 40 суретте EDFA пайдаланудың үш әдісі сұлба түрінде көрсетілген.

39 сурет – Спектральді анализаторда түсірілген EDFA шығыс спектрі (ASE – шуылдың спектральді қуаты)

Жоғарыда суреттелген тікелей күшейтуден басқа қазіргі уақытта осы мақсатқа романдық күшейту тиімділігін қолданатын және Белл зертханаларында (Bell Labs) шығарылатын күшейткіш құрылғы нарыққа шығуға дайындалуда. Тиімділіктің мәні мынадай: сигналға қарсы белгілі толқын ұзындығындағы лазерлік сәуле жіберіледі де, ол сәуле толқы жолдың кристалдық торын фотондарды жиіліктердің кең спектрінде сәулелендіре бастайтындай етіп тербетеді. Осылайша пайдалы сигналдың толық деңгейі көтеріледі де, максимальды арақашықтықты арттыруға мүмкіндік береді. Бүгінде бұл ара қашықтық романдық күшейтусіз 70-80 км салыстырғанда 160-180 км құрайды. Lucent Technologies өндірген бұл құрылғы нарықта 2001 жылдың басында пайда болды.

40 сурет – Оптикалық күшейткіштердің әртүрлі түрлерін қолдану

Ал енді практикада бар және активті пайдаланылатын реализация жайлы айтайық. Біріншіден, оптоталшықты желілердің қолданылуы – бұл тек Интернет қана емес, оптоталшықты желілер бойынша дауыс пен телеарналарды таратуға болады. Екіншіден, айталық, желінің бірнеше түрлі типтері бар. Бізге қажетті алыс байланыстың магистральды желілері, сонымен қатар локализацияланған желілер, мысалы бір қаланың ішіндегі желі (метрополитен-шешімдер деп аталады). «Түтік қалың болғаны дұрыс» ережесі жақсы жұмыс істейтін магистральды байланыс арналары үшін DWDM технологиясы ықшам және негізделген шешім болып табылады. Трафикті тарату бойынша сұраныстары магистральды арналармен салыстырғанда біршама аз болатын қалалық желілерде басқа жағдай қалыптасады. Мұнда операторлар 1310 нм толқын ұзындықтарының диапазондарында жұмыс істейтін SDH/SONET негізіндегі транспортты пайдаланады. Бұл жағдайда жеткіліксіз өткізу қабілетінің мәселесін шешу үшін (қалалық желі үшін онша маңызды емес) SWDM жаңа технологиясын пайдалануға болады. SWDM SDH/SONET және DWDM арасындағы компромисс болып табылады. Осы технологияға сәйкес талшықты-оптикалық шеңбердің бір түйіндері 1310 нм толқын ұзындығында бір арналы таратуды да, 1550 нм диапазонында спектральді тығыздауды да қолдайды. Шығындылық жағынан – қосымша толқын ұзындығын «қосу» есебінен, яғни сәйкесті құрылғыға модуль қосу қажеттілігі туындайды.

DWDM және трафик. DWDM технологиясын пайдалану кезіндегі маңызды мезеттердің бірі таратушы трафик болып табылады. Қазіргі уақытта пайдаланылатын қондырғылардың көбі бір толқын ұзындығында тек қана бір трафик түрін таратуды қолдайды. Осының нәтижесінде трафик оптотолқынды толық толтырмайтын жағдай жиі туындайды. Осылайша, өткізу жолағы формальды арна бойынша, мысалы STM-16 эквивалентті, тығыздығы аз трафик таралады. Қазіргі уақытта толқындар ұзындығын толық жүктейтін қондырғы өндірілуде. Бұл кезде толқын ұзындығы әртүрлі трафикпен «толтырылуы» мүмкін, мысалы TDM, ATM, IP. Мысал ретінде Lucent Technologies өндірітін Chromatis типті қондырғыларды келтіруге болады. Бұл қондырғылар бір толқын ұзындығымен енгізу/шығару интерфейстері қолдайтын барлық трафик түрін тарата алады. Бұл қондырылған TDM кросс-коммутаторының және ATM коммутаторының есебінен орындалады. Қосымша ATM коммутатор бағаны арттырмайды. Басқаша айтқанда, қондырғының қосымша функционалдылығы сондай бағамен алынады. Бұл болашақ өткізу жолағын оңтайлы пайдаланатын кез келген трафикті тарата алатын әмбебап құрылғыларда деп болжауға мүмкіндік береді.

Трафик көлемі артқан сайын байланыс операторларының алдында қолданыстағы қалалық транспорттық желілердің модернизациясы туралы сұрақ алға қойылады. Талшықты-оптикалық желілердің өткізу қабілетін екі әдіспен арттыруға болады: STM-сигналдың деңгейін арттыру арқылы немесе тығыз толқындық мультиплексирлеу (Dense Wavelength Division Multiplexing – DWDM) технологиясын енгізу арқылы орындалады. Берілген технология талшықтың өткізу жолағын бірнеше оптикалық арнаға спектральді бөлуді көздейді. Осылайша талшықтың бір жұбымен бірнеше тәуелсіз арналар параллель таратылады (әрқайсысы өз толқын ұзындығында), ал бұл тарату жүйесінің өткізу қасиетін арттыруға мүмкіндік береді.

Көптеген алдыңғы қатарлы өндірушілерде DWDM – қондырғы болады. ол бір аранның ені 100 ГГц болғанда С-диапазонында (1530-1565 нм) 40 оптикалық арнаны мультиплекстеуге немесе әрбір арнаның ені 50 ГГЦ болғанда 80 оптикалық арнаны мультиплекстеуге мүмкіндік береді. Бұл жағдайда әрбір арнаның максимальды сыйымдылығы 10 Гбит/с (STM-64 деңгейі) құрайды. L диапазонында (1570-1605 нм) оптикалық арналардың саны арнаның ені 50 ГГц болғанда 160-қа жетеді.

160 арнаға бір уақытта C және L (С+L) диапазонында DWDM-қондырғыны пайдалану кезінде оптикалық кабельдерге кейбір сұраныстар туындайды, атап айтқанда: C және L – диапазондарында өшу шамамен бірдей болуы керек. Яғни осы диапазондарда сөну бойынша сипаттамалары симметриялы оптикалық кабельдерді пайдалану керек. Мұндай кабельдер жақында ғана пайда болды. Көп жағдайларда операторлар C және L – диапазондарындағы сипаттамалары симметриялы емес кабельді пайдаланады. G.652 ұсынысының сұраныстарына сәйкес кабельдер үшін аталған диапазонда сөнудің айырмашылығы 0,02 дБ/км жете алады, ал мұны бір күшейткіш аймаққа есептесек айырмашылық 2 дБ/км-ге жетеді. Бұл жағдайда қондырғыны орналастыруды есептеу үшін үлкен сөнуді алу керек, ал мұның өзі таратушы қондырғыны жиі орнатуға алып келеді де, сәйкесінше оның құны да артады.

Қазіргі уақытта арнаның өткізу қабілетін және таратудың қашықтығын айтарлықтай арттыруға мүмкіндік беретін принципиалды жаңа солитонды DWDM-жүйелер пайда болады. Оптикалық солитонның негізгі қасиеті – оптикалық импульсті дисперсиялық жайылусыз тарату мүмкіндігі. Солитон – бұл интенсивтілігі бойынша модуляцияланған оптикалық импульс. Ол спектральді құраушыларының арасындағы сызықсыз әсерлесу есебінен оптикалық сигналдың талшық бойымен таралу кезінде формасын өзгеріссіз ұстауға мүмкіндік береді. Сызықты орталарда оптикалық импульстің спектральді құраушылары өзара әсерлеспейді де, бұл сигналдың дисперсиялық жайылуына әкеледі. Сызықсыз эффектіні тіркеу кезінде спектральді құраушылардың арасындағы энергияның қайта бөлінуі арқылы талшық бойымен таралатын сигналдың дисперсиялық жайылуын жоюға болады. берілген технология STM-256 (40 Гбит/с) сигналын алыс арақашықтыққа тарату үшін перспективті болады. Алайда солитонды технологиялар оптикалық кабельдерге деген бірқатар шарттар қояды да, қолданылатын желілерде оларды толық ауыстыру қажеттілігі туындайды.

DWDM-технологиясын пайдалану трафиктің үлкен көлемін таратуға оңтайлы. Бір талшық бойымен таралатын оптикалық арналардың саны артқан сайын ақпарат бірлігін тарату құны төмендейді. Осылайша толық жүктелген 160-арналы жүйеде таратылатын бір бит ақпараттың бағасы 40/32 арналы жүйеннің сәйкесті көрсеткішінен аз болады. Алайда жүктеме толық болмағанда 40/32-арналы жүйенің қондырғысының құны 160-арналы жүйенің құнынан біршама аз болатынын ескеру маңызды.

Жоғарыда атап өтілгендей, С-диапазонында 80-ге дейін оптикалық арнаны пайдалануға болады. Әртүрлі оптикалық арналардың сызықсыз әсерлесуі мен байланысты шығындарды жою үшін, сонымен қатар санитарлық нормаларды сақтау үшін оптоталшықтағы сигналдың қосынды қуаты 100 мВт (немесе 2 дБм) аспауы тиіс. Бұл бір оптикалық арнаның қуатын шектейді. 80-арналы жүйе үшін бір арнаның қуаты 1 дБм болса, 40-арналы жүйе үшін – 4, ал 32-арналы жүйе үшін – 5 дБм болады. Осылайша, 32-арналы жүйенің әрбір күшейткіш аймақта 40-арналы жүйемен салыстырғанда 1 дБм қоры болады, және 80-арналы жүйемен салыстырғанда 4 дБм қоры болады. Егер DWDM-жүйені жобалау кезінде болашақта 80 арнамен жұмыс істеу ескерілген болса, онда күшейткіш және регенерациялық аймақтардың ұзындығы күрт азаяды, ал желідегі түйіндер саны артады және бір оптикалық арнаға есептегенде қондырғының бағасы айтарлықтай артады. DWDM 80-арналы жүйесі тек қана іске қосылған оптикалық арналармен жұмыс кезінде экономикалық тиімді. Телекоммуникациялық нарығы бүкіл әлем бойынша екінші орын алатын Қытайда DWDM-желілерде пайдаланылатын оптикалық арналардың максималь саны 12 аспайды.

Әрбір өндіруші фирманың өнімі нақты орын алады. Көбінесе бұл фирманың ғылыми-техникалық деңгейімен анықталады. Тағы да бір фактор – кез келген компания бағыт алатын нарықтың даму деңгейі. STM-256 немесе 160/80 арналық DWDM жүйелерін тығыздау үшін солитонды технологияны пайдалану өте дамыған телекоммуникациялық нарықтарда сұранысқа ие болады және Ресей үшін тиімсіз болады.

Қазіргі уақытта көптеген ресейлік операторлар STM-64 деңгейіндегі қондырғыға өтуде және DWDM технологияны магистральды және қалалық желілері құру үшін пайдалану мүмкіндігін қарастыруда. Қазіргі заманғы қалалық транспортты желілер біртексіз желімен, соның ішінде SDH-жүйе негізіндегі тар жолақты трафикпен және кең жолақты АТМ- және Ethernet трафиктерімен жұмысты қолдауы керек. Бұл үшін трафиктің әрбір типіне өзінің оптикалық арнасы немесе өз толқын ұзындығы бөлінеді. DWDM технологиясы трафик көлемі 40 Гбит/с және одан жоғары болғанда экономикалық тиімді болатындығын айта кету керек. Алайда, ол 10 Гбит/с көлемінде де экономикалық тиімді бола алады. DWDM-желіні қала жағдайында құрудың ерекшелігін дұрыс түсіну үшін осы қондырғының функционалдық түйіндерін қарастырайық.

DWDM-қондырғының негізгі түйіндері. DWDM технологиясында теледидарлық және радиохабарлау қағидалары толық қайталанған. Таратқыш теледидарлық антеннадан ауа арқылы бірнеше ТД-бағдарлама әрқайсысы өз жиілігінде таралады. Осы кезде әртүрлі жиіліктегі электромагниттік толқындар өзара әсерлеспейді. Қабылдағыш антеннаның көмегімен ТД-қабылдағышты кез келген арнаға (кез келген жиілікке) қоюға болады. DWDM жағдайында оптикалық талшық ауа рөлін орындайды – ол бойынша бір емес жиіліктері әртүрлі бірнеше өзара әсерлеспейтін электомагниттік толқындар тарайды. Әрбір жиілікте кез келген трафик – STM, ATM, IP таратуға болады. Электромагниттік толқындардың сөнуі минимальды болатын жиіліктер немесе толқын ұзындықтары пайдаланылады, атап айтқанда жоғарыда аталған С- және L-диапазондары.

DWDM технологиясының SDH-ке қарағанда оптикалық сәулелену көздеріне сұранысы қатал болады. көршілес арналар бір-біріне әсерлеспеуі үшін сәулелену спектрінің ені оптикалық арнаның енінен біршама аз болуы керек, яғни 0,2-0,3 нм деңгейінде болуы керек. SDH жүйелерінде оптикалық кабельмен бірге 1310 немесе 1550 нм жиілігінде тек қана бір сигнал таралады. Сондықтан жиіліктің тұрақтылығына және оптикалық сәулелену көзінің спектрінің еніне деген сұраныс жоғары емес.

Бір талшықпен бірнеше STM сигналын тарату үшін оларды SDH «форматынан» DWDM «форматына» түрлендіру қажет. Бұл функцияны транспондер орындайды. Оның кірісіне STM (немесе ATM, IP) сигналы келіп түседі, оны DWDM форматына түрлендіру керек, яғни толқын ұзындығы қатал тіркелген және сәулелену спектрі тар болатын сигналға түрлендіру керек. Оптикалық STM-сигнал электрлік формаға түрленеді. Сигналдың формасы қалпына келеді, содан кейін DWDM «форматына» кері электрооптикалық түрлену орындалады. Сигналдардың формасын қалпына келтіру үшін 3R-түрлендіру қолданылады: 1R (re-amplification) – сигналдың күшеюі, 2R-1R плюс сигналдар формасының қалпына келуі (re-shaping), 3R-1R плюс ресинхронизация (re-timing). Сигналды қала немесе облыс аймағында аз қашықтыққа тарату үшін 2R функциясы бар транспондерлер пайдалану жеткілікті.

DWDM қондырғысының 4 негізгі түйіннен тұратыгын көсетуге болады:

- регенератор (Regenerator - REG);

- оптикалық күшейткіш (Optical Line Amplifier – OLA);

- оптикалық енгізу/шығару мультиплексоры (Optical Add/Drop Multiplexer OADM).

Оптикалық терминалды мультиплексордың негізгі түйіндері оптикалық мультиплексор (ОМ) және оптикалық демультиплексор болып табылады. Тарату бағытында ОМ транспондер шығысында қалыптасқан толқын ұзындықтары тіркелген сигналдарды топтық сигналға мультиплекстейді, ол оптикалық кабель бойымен таралады. Қабылдауда оптикалық демультиплексор топтық сигналды транспондерлерге жіберілетін, толқын ұзындықтары тіркелген сигналдарға ажыратады, яғни демультиплекстейді. Оптикалық регенератор топтық сигналдың формасын қалпына келтіру үшін, джиттерді басу және сигнал/шуыл қатынасын жақсарту үшін қолданылады. Осы мақсатта О-Е-О (Optical-Electrical-Optical) түрлендіруі қолданылады. REG шығысындағы топтық сигнал электрлік формаға түрленеді, сигналдың формасының 3R-қалпына келуі орындалады, және ары қарай ол қайтадан оптикалық формаға түрленеді. Регенератор транспондер арқылы back-to-back сұлбасы бойынша қосылған екі ОТМ-мультиплексорларының негізінде құрылады. Мұндай конфигурация барлық оптикалық арналарды енгізу/шығаруды орындауға мүмкіндік береді.

Оптикалық күшейткіш сәйкесінше топтық сигналды оның формасын қалпына келтірмей-ақ күшейтеді. Ақпаратты алыс қашықтыққа тарату кезінде күшейткіштерді эквалайзер функциясымен жабдықтайды. Эквалайзер функциясы – бұл оптикалық арналардың қуатын тегістеу. Қала жағдайында эквалайзер функциясын қолданбайды, ал бұл күшейткіштің бағасын төмендетеді. Оптикалық күшейткіш – DWDM қондырғысының ОТМ-мультиплексорымен және регенератормен салыстырғанда ең арзан түйіні.

Енгізу/шығарудың оптикалық мультиплексоры оптикалық күшейткіш негізінде, оған тіркелген толқын ұзындығындағы оптикалық арналардың шектеулі санын енгізу/шығаруды қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін писсивті оптикалық плата қосылған жағдайда құрылады. Ол брэг торы түрінде болады. Оның сыну индексі оптоталшықты кабельде ультракүлгін сәулелену әсерінен пайда болған қималардың әсерінен периодты түрде өзгеріп тұрады. Брэгтік тор негізіндегі OADM-мультиплексор 1-ден 12-ге дейін оптикалық арналарды енгізу/шығаруды орындауға мүмкіндік береді. Басқа арналар үшін ол күшейткіш ретінде жұмыс істейді. ОТМ-мультиплексорымен және регенераторымен салыстырғанда мұндай мультиплексордың негізгі артықшылығы – оның бағасының төмен болуы. DWDM-қондырғының құнын азайтудың өзге мүмкіндігі – «түрлі-түсті» интерфейстерді пайдалану. Жоғарыда айтқанысыздай, транспондерге бір жағынан SDH-қондырғы қосылса, екінші жағынан DWDM қондырғысы (оптикалық мультиплексор/демультиплексор немесе брэгтік тор негізіндегі енгізу/шығарудың оптикалық пассивті құрылғысы) жалғанады. Егер SDH-қондырғысында тіркелген толқын ұзындығындағы және сәулелену спектрі тар STM-интерфейстерді пайдалансақ, онда транспондерді қолдану қажеттігі жойылады. Мұндай STM-интерфейстер «түрлі-түсті деп аталады. Оларды қолдану транспондерді пайдаланудан бас тартуды білдіреді және О-Е-О түрлендіру санын қысқартуға мүмкіндік береді, сонымен қатар жалғастырушы оптикалық кабельдердің санын азайтып, қондырғының сенімділігін арттырады. Сонымен бірге, қондырғының өлшемдері және энергопайдалану төмендейді.

CWDM технологиясы. DWDM технологиясы бойынша мәліметтерді тарату кезінде арналар бір-бірінен тар интервалдармен бөлінген, шамамен 0,8 нм, сондықтан буманың тығыздығы жоғары болады. Қазіргі уақытта бір талшықпен 32 және 64 арнаны таратуға арналған жүйелер қолданылады. Арналарының арасындағы аралық кішкентай болғандықтан оптикалық күшейткіштер (EDFA) бір уақытта барлық арналарды күшейте алады, осының нәтижесінде тарату ұзақтығы үлкен шамаға (шамамен 100 км) жете алады. Арналар арасындағы қашықтық үлкен болса, мәліметтерді тек кейбір технологиялық ерекшеліктер көмегімен ғана тарата аламыз, мысалы, лазерлердің әрбір арналары үшін температуралары тұрақты болуы тиіс. Шығындардың үлкен болу себебінен DWDM технологиясы осы кезге дейін тек алыс қашықтыққа арналған байланыс желілерінде ғана пайдаланылды.

Өнеркәсіптің магистральды желілерінде және рұқсат желілерінде оптикалық талшықты пайдалануға сұраныстың артуы себебінен толқын ұзындығы бойынша мультиплекстеуді шығындары азаятындай етіп өзгерту қажеттігі туындайды. Шешім ретінде арналар арасындағы арақашықтықты 20 нм арттыру ұсынылды, сонда активті және пассивті компоненттердің бағасы айтарлықтай төмендейді. Өрескел спектральді мультиплекстеу (Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM) технологиясы 1470 нм 1610 нм-ге дейін диапазонда 8 арнаға дейін құруға мүмкіндік береді. Диапазонды төменге 1310 нм-ге дейін кеңейткенде мүмкін болатын тарату арналарының саны 16-ға жетеді. Алайда бұл жағдайда екі мәселе туындайды: біріншіден, 1310 нм кезінде сәулелену шығындары 1550 нм қарағанда шамамен екі есе көп, сондықтан максимальды мүмкін болатын арақашықтық қысқарады; екіншіден, сөну қисығы 1310 мен 1550 нм аралығында кемитін арнайы талшықты пайдалану керек болады, әйтпесе талшықта иондарымен жұтылу орындалады да 4 арнадан артық құрылмайды.

CWDM жүйелерінде толқын ұзындықтарының арасындағы қашықтықты ITU (Халықаралық телекоммуникация одағы) жақын арада стандарттады. ITU0.694.2 жаңа стандарты 1270-тен 1610 нм диапазонында арналар арасындағы интервалды 20 нм анықтайды. Осылайша, CWDM технологиясы халықаралық стандартқа айналды.

CWDM жүйесі қалалық желілер аймағында және рұқсат желісінде DWDM орнына қолданылады. Желінің әртүрлі топологияларындағы телекоммуникацияға тән қосымшаларында қарсылыққа тұрақтылықты қамтамасыз етуге қатаң шарттар қойылады. Сонымен қатар, қоректену блогы және желдеткіштер секілді жүйенің сезімтал компоненттерімен бірге ақпаратты тарату арналары мен трассаларын қорғауға көңіл бөлу керек.

Жолды қорғау.Таралатын ақпаратты осындай әдіспен қорғау кезінде екі белгіленген нүкте арасындағы мәліметтер әрқайсысы бөлек трасса бойынша өтетін екі талшықпен параллель түрде таралады. Қабылдау жағында оптикалық коммутатор көмегімен арналардың бірі таңдап алынады. Активті қосылудың үзілісі болғанда екінші жолға автоматты қосылу орындалады, бұл кезде осы операция SDH желілері үшін анықталған уақыттан көп емес уақытта орындалады. Яғни ауысу 50 мс кем уақытта жүзеге асады. Ақпаратты таратудың бұл әдісі талшықтың бірі үзілгенде мәліметтер шығынын болдырмауға мүмкіндік береді. Осыны орындау салыстырмалы түрде арзан болады, себебі тек қана қосымша оптикалық коммутатор қосу керек. Бірақ активті компоненттерден (мысалы лазерлерден) жауап жоқ кезде ол көмектеспейді және тек «нүкте-нүкте» қосылуын орындай алады.

Дөңгелек технологияда жауабы болмаған жағдайында қорғанысты қамтамасыз ету үлкен шығындарға алып келеді.

Арнаны қорғау. Толық талшықтың қауіпсіздігін емес, әрбір арнаның қауіпсіздігін бөлек қалай қамтамасыз ететіндігін қарастырамыз. Бұл екі арна бойынша бір уақытта ақпаратты параллель тарату жолымен орындалады. Қабылдау нүктесінде арналардың қайсысы әрі қарай таралатындығы туралы шешім қабылданады. Максимальды конфигурацияда екі толық жүйе параллельді жұмыс істейді, ал егер олардың бірінен жауап болмаса, онда екіншісі бүкіл трафикке қызмет көрсетуді өзі орындайды. Мұндай қорғаныс сұлбасы шеңберлік топологиялар және тармақталған сызықтық қосулар үшін пайдалы, себебі әрбір арна үшін жеке сұлба қолданылады. Жүйенің қауіпсіздігіне деген сұраныс жоғары болған сайын оның бағасы жоғары болады, сондықтан бұл жайында жоспарлау сатысында ойлану керек. Барлық құрама бөліктердің екі еселенуі қорғанысты қамтамасыз ете отырып оның бағасын да екі есе арттырады.

Жоғарыда сипатталғаннан басқа, жүйенің иілгіштігі және әртүрлі желілік топологияларды орындау мүмкіндігін де қамтамасыз ету керек.

«Нүкте-нүкте» қосылуы. Мұндай жұмыс режимінде ақпарат арналар бойымен екі нүкте арасында таралады. 80 км-ге дейінгі қашықтыққа ақпаратты дұрыс тарату үшін мультиплексорлар/демультиплексорлар қажет. Олар әртүрлі талшықтардан келетін ақпараттық ағындарды біріктіру және ажырату орындалатын түйіндерде орналасады.

Тармақталған қосылу (linear-add-drop). Осындай топология ақпаратты бір түйіннен екіншісіне аралық түйіндер қолдану арқылы таратады. Осы түйіндерде жеке арналарды енгізу және шығаруды орындауға болады. Қажетті жоспарлау арқылы әрбір арнаны желідегі кез келген түйіндер арасында коммутациялауға болады. Соңғы түйіндерде стандартты мультиплексорларды және демультиплексорларды орналастырады. Есептеу кезінде әрбір қою және шығару мультиплексоры (Add-Drop Multiplexer, ADM) сөнуді енгізетіндігін ескеру керек, осының нәтижесінде тракттың ортақ ұзындығы біршама кемиді.

Шеңберлік топология. «Шеңбер» түріндегі желіні орындау телекоммуникациялық компанияларда көп қолданылады, себебі ол талшықтың ең кіші ұзындығында мәліметтерді таратудың ең жоғары сенімділігін қамтамасыз етеді. Шеңбер үзілген жағдайда желі өзінің кез келген түйіндері арасында мәліметтерді тарату қабілетін сақтайды. Шеңберлік желінің әрбір түйінінде тармақталу мүмкіндігі бар оптикалық мультиплексор орнатылады. Кез келген екі түйін арасында бөлек арнаны коммутациялауға болады.

13 Өнеркәсіптің магистральды желісі

CWDM жүйелері корпоративті магистральды желіні құруға қолайлы. Басты қолдану аймақтары – бір қала ішіндегі мәліметтерді өңдеу орталықтарымен және филиалдарымен байланысу. Бүгінгі күні маңыздығы бойынша бірінші орынға оптикалық жол сыйымдылығын арттыру емес, әртүрлі желілер мен хаттамаларды келістіру мүмкіндігі шығып отыр. Көптеген өнеркәсіптер магистральдары жиі Gigabit Ethernet базасына негізделіп құрылған мәліметтерді тарату желілерімен қатар мәліметтерді сақтау үшін өздерінің желілерін (Storage Area Network, SAN) ұйымдастырады. Олар Fibre Channel, FICON және ESCON секілді стандарттарға жүгінеді. Сонымен қатар, FDDI, Token Ring және ATM технологияларын интеграциялау қажеттілігі туындайды. Әдеттегі телефон құрылғыларының Еі интерфейсі арқылы байласын ұмытпау керек. Осындай жағдайда максималь иілгіштікпен, әртүрлі мәліметтерді тарату жылдамдықтарында және әртүрлі интерфейстерде жұмыс істеу мүмкіндігі бойынша жүйені қарастырған жөн. Өзінің магистральды желісінің одан әрі дамуын да – оның кеңеюін және ESCON және Fibre Channel стандарттарынан бас тартуын орындау қажет.

Әдебиеттер тізімі

1. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи: Учебник. - М.: Новое поколение, 2002.

2. Гордиенко В. Н., Тверецкий М.С. Многоканальные телекоммуникационные системы. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005.

3. Иванов В.И., Гордиенко В.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов.- М.: Горячая линия - Телеком, 2003.

4. Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 2001.

5. Джон К. Беллами. Цифровая телефония. - М.: ЭКО- Трендз, 2004.

6. Баркун М.А., Ходасевич О.Р. Цифровые системы синхронной коммутации. – М.: ЭКО - Трендз, 2001.

7. Резникова Н.П., Демина Е.В. Менеджмент в телекоммуникациях.- М.: ЭКО -Трендз, 2005.

8. Гаранин М.В., Журавлев В.И. и др. Системы и сети передачи информации. – М.: Радио и связь, 2001.

9. Агатаева б.б. Көпарналы тарату жүйелері техникасы мен теориясы (орысша-қазақша терминологиялық сөздік).– Алматы: «Ғылым», 2004–160 б.

10. Гитин В.Я., Кочановский Л.Н. Волоконно - оптические системы передачи. – М.: Радио и связь, 2003.

11. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Проектирование цифровых каналов передачи: Учебное пособие. – М.: МТУСИ, 1996.

12. Четкин С.В. Методические указания и задания на курсовой проект «Цифровая многоканальная система передачи с ИКМ». – М.: МИС, 1991.

13. Давыдкин П.Н., Колтунов М.Н., Рыжков А.В. Тактовая сетевая синхронизация. - М.: ЭКО - Трендз, 2004.

14. Иванов Ю.П. и др. Унифицированное каналообразующее оборудование для цифровых систем передачи. – М.: Средства связи, 1985.

16. Лагутенко О.И. Современные модемы. - М.: ЭКО - Трендз, 2002.

17. Муссель К.М. Предоставление и биллинг услуг связи. – М.: ЭКО - Трендз, 2003.

18. Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. – М.: Радио и связь, 1989

19. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. – М.: Радио и связь, 1982.

20. Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи. – М.: Связь, 1980.

21. Баева Н.Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

22. Голубев А.Н., Иванов Ю.П., Левин Л.С. Аппаратура ИКМ–120. – М.: Радио и связь, 1988.