Файл: Book2 Full.doc

2.2. Интерфейсы в опорных точках

Представленная на рис. 2.2 функциональная модель цифровой абонентской линии ISDN содержит 4 опорные точки, обозначаемые латинскими буквами R, S, Т, U.

Интерфейс в точке R связывает несовместимое с ISDN оборудование ТЕ2 с терминальным адаптером ТА В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы, определенные, в частности, рекомендациями ITU-T серий V и Х.

Интерфейс в точке S, известный как интерфейс «пользователь-сеть», соединяет ISDN-совместимое терминальное оборудование с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован по трем уровням:

уровень 1 (рекомендация 1.430),

уровень 2 (рекомендация Q.921),

уровень 3 (рекомендация Q.931).

Стандартизация S-интерфейса имеет первостепенное значение, так как именно здесь требуется совместимость терминалов и определенная независимость от изготовителя. Для уровня 1 стандартизируются следующие атрибуты интерфейса электрические, функциональные, механические и процедурные Электрические атрибуты описывают уровни, напряжения, емкость, временные параметры электрических сигналов и др. Функциональные атрибуты описывают функции, выполнение которых должен обеспечивать физический интерфейс, такие как управление, синхронизация, передача данных. Механические атрибуты описывают размеры разъемов, количество и типы проводов для интерфейса. Процедурные атрибуты описывают, что должен выполнять интерфейс, и последовательность событий, связанную с передачей сигналов через интерфейс.

В рамках уровня 1, в частности, специфицирован разъем на базе стандарта ISO 8877. В основном этот разъем совпадает с телефонным разъемом, принятым в Северной Америке (рис. 2.3), где более популярным является обозначение RJ45 В Европе эти разъемы были распространены несколько меньше, например, в Германии использовался собственный, нестандартный разъем.

Шинная конфигурация базового S-интерфейса согласно стандарту I.430 имеет одно сетевое окончание, два нагрузочных сопротивления (одно в сетевом окончании, другое — на конце шины) и предусматривает возможность подключения к шине некоторого числа оконечных устройств. Как уже отмечалось в параграфе 2.1, к короткой шине можно подключить до 8 терминалов и/ или терминальных адаптеров.

Через интерфейс в точке S, когда он полностью активизирован, происходит непрерывная передача битов в обоих направлениях между NT и ТЕ со скоростью 192 Кбит/с. Эти 192 Кбит/с составляют два В-канала по 64 Кбит/с, один D-канал 16 Кбит/с и ресурс 48 Кбит/с для синхронизации циклов и техобслуживания в пределах уровня 1. Структура цикла в точках S и Т приведена на рис. 2.4.

Структура меняется в зависимости от направления передачи между NT и ТЕ, но идентична для конфигурации «точка-точка» и для многоточечной конфигурации. Циклы имеют длину 48 битов и передаются из ТЕ и NT каждые 250 мкс. Первый бит цикла, передаваемого к NT, задерживается на два битовых периода по отношению к первому биту цикла, принимаемого от NT.

Цикл длительностью 250 мгс обеспечивает скорость 4000 циклов в секунду (1 секунда/0.00025 =4000) и скорость передачи 192 Кбит/с (4000*48 == 192000). Однако в каждом цикле имеются 12 служебных битов, поэтому скорость передачи данных пользователя составляет 144 Кбит/с (4000*[48 - 12] = 144000). Первые два бита цикла - синхронизирующий бит (F) и симметрирующий бит (L). Эти биты используются для цикловой синхронизации. Кроме того, бит L используется в цикле ТЕ для электрического симметрирования цикла, а в цикле NT - для электрического симметрирования каждого байта В-канала и каждого бита D-канала. Дополнительный бит цикловой синхронизации (F ) и бит N (только в цикле NT) также используются в процедурах цикловой синхронизации. Бит А (только в цикле NT) используется для активизации и деактивизации ТЕ. Биты эха гарантируют, что тракт свободен перед попыткой передачи со стороны ТЕ.

Интерфейс в точке Tсвязывает оборудование пользователя с находящимся в помещении пользователя сетевым окончанием NT1.

Интерфейсы в точках Т и S являются источником некоторой путаницы. Строго говоря, S и Т обозначают не интерфейсы, а опорные точки. Точка S является точкой подключения терминалов и адаптеров к NT2, а точка Т - точкой подключения NT2 к NT1. Если функции NT2 отсутствуют, эти точки совпадают. Если функции NT2 присутствуют, интерфейсы в обеих точках могут быть идентичны на уровнях 1 и 2. Тем не менее, на уровне 3 они могут различаться в связи с тем, что протоколы сигнализации для интерфейса S являются, как правило, протоколами частной (ведомственной) сети, в то время как в интерфейсе Т действуют протоколы сети общего пользования.

Интерфейс в точке U является интерфейсом между оборудованием NT1 и оборудованием АТС. К сожалению, точка LJ не определена в рекомендациях ITU-T, поскольку форма сигналов в интерфейсе U должна быть согласована с физическими характеристиками линий, которые в разных странах отличаются друг от друга. Более веской причиной того, что ITU-T уклонялся от выпуска стандарта на U-интерфейс, являлось, по мнению автора, совпадение корпоративных интересов компаний, выпускающих оборудование связи, и операторов сетей связи. Телекоммуникационные корпорации лоббировали принятие уже разработанных ими различных стандартов для U-интерфейса, и некоторые телефонные операторы тоже не хотели введения такого стандарта - его отсутствие позволяло зарабатывать на арендной плате за абонентское оборудование на дальнем конце линии.

Так или иначе, сегодня U-интерфейс в ITU-T не определен. Рекомендация G.961 содержит лишь общие требования к цифровой системе передачи при базовом доступе ISDN по металлическим линиям связи и содержит шесть приложений, в которых даются подробные определения альтернативных систем передачи:

• MMS 43, модифицированный код мониторинга с эхокомпенсацией, где 4 бита отображаются в три троичных символа с линейной скоростью передачи символов 120 Кбод;

• 2В1Q, четырехуровневый код с эхокомпенсацией, где два двоичных бита отображаются в один четверичный символ с линейной скоростью передачи символов 80 Кбод;

• AMI, биполярный код с эхокомпенсацией и линейной скоростью передачи символов 160 Кбод;

• AMI, с попеременным чередованием направления передачи (пинг-понг) и линейной скоростью передачи символов 320 Кбод;

• двоичный двухфазный код, с использованием эхокомпенсации с линейной скоростью передачи символов 160 Кбод;

• SU32, подстановочный безусловный код ЗВ2Т с компенсацией эха и линейной скоростью передачи символов 108 Кбод.

В границах Европы имеется возможность выпуска европейского стандарта, базирующегося либо на системе 2В1Q, используемой в Великобритании, либо на MMS43, используемой в Германии и Франции.

В документах и рабочих материалах, утвержденных Госкомсвязи РФ, в частности, в Общих технических требованиях на средства связи для подключения к ISDN, на участке U-интерфейса нормируется применение кода 2В1Q.

В конце параграфа будут даны краткие пояснения, но вначале представляется целесообразным сказать несколько слов о принципах технической реализации U-интерфейса. В общем виде техническая проблема заключалась в достижении двухсторонней передачи почти по любым существующим физическим парам. Эта проблема в настоящее время успешно решена; более того существуют три подхода к ее решению. Два из них основаны на хорошо известном методе разделения направлений передачи и приема либо по времени, либо по частоте, а третий - на использовании дифсистем в сочетании со средствами компенсации эха.

Метод передачи с поочередным переключением направлений связи (метод пинг-понга) или временного сжатия (ТСМ) позволяет использовать медную пару на каждом конце то для передачи, то для приема (рис. 2.5). При синхронной передаче скорость передачи по линии должна быть увеличена почти вдвое.

Метод «пинг-понг» требует для своей реализации меньших затрат, чем метод компенсации отраженных эхосигналов, однако имеет недостаток - меньшую зону действия (максимально 2 км). Он используется, в основном, для малых учрежденческих АТС, т.к. для телефонных сетей общего пользования такое расстояние слишком мало.

Существует общее заблуждение относительно режима работы с поочередным переключением направлений связи. Часто считают, что область его возможного применения, ограниченная затуханием линии, ограничена также задержкой распространения сигнала в прямом и обратном направлениях. Посылку пакета данных, передаваемых по линии, можно представить в виде шарика для пинг-понга, которому нужно время (около 5 мкс на километр), чтобы переместиться от одного конца линии к другому. Обычно говорят, что «шарик» должен вернуться, прежде чем можно будет передать следующую посылку данных; т.е. частота посылок ограничена двусторонней задержкой (временем двойного пробега) при передаче. До некоторой степени это можно преодолеть, увеличивая размер «шарика» (помещая больше информации в каждой посылке), но такой подход тоже ограничен, т.к. при этом увеличивается время передачи, поскольку перед передачей посылка должна быть заполнена. Из того, что размер «шарика» и частота его посылки ограничены, можно сделать ошибочное заключение, что и реальная производительность метода тоже ограничена.

Это заблуждение вызвано предположением, что игра ведется только одним шариком. Игра двумя или несколькими шариками более трудна, но дополнительное усложнение системы передачи на основе такого подхода меньше, чем в системе с эхокомпенсацией, основанной на стандарте Института национальных стандартов США (ANSI). Следовательно, ограничение скорости работы с поочередным переключением направлений обусловлено только возрастанием затухания и помех с увеличением полосы пропускания, необходимой для передачи. Это делает систему пригодной для работы лишь на коротких линиях, где простота ее реализации дает значительные преимущества. Возможно, поэтому такая система была очень популярна в Японии, где ограничения на длину линий менее важны в силу местных географических особенностей.

Разделение направлений передачи по частоте требует такой же ширины полосы пропускания, как и разделение по времени. В обоих случаях основную ширину полосы нужно удвоить. Дополнительное расширение полосы, необходимое для реализации частотных фильтров при разделении по частоте, уравновешивается дополнительным расширением полосы, необходимым для замирания эхосигнала при поочередном переключении направлений. Техника поочередного переключения направлений, однако, проще в реализации, поскольку она является чисто цифровой и не требует применения аналоговых узкополосных фильтров.

При методе эхокомпенсации передатчик и приемник могут работать одновременно (рис. 2.6). Передаваемая и принимаемая информация находится в одном и том же канале, а сам метод эхокомпенсации позволяет рассчитать принимаемый сигнал, если известны характеристики линии и передаваемый сигнал. Именно на применении этой третьей технологии построен североамериканский стандарт ANSI. Возможно, географический фактор здесь тоже сыграл свою роль: при эхокомпенсации требуется меньшая ширина полосы пропускания, чем при разделении по времени или по частоте, благодаря чему достигается больший радиус действия (6-8 км).

Если выходное сопротивление передатчика согласовано с комплексным сопротивлением линии, амплитуда сигнала в линии будет в точности равна половине амплитуды передаваемого сигнала (рис. 2.7). Сигнал, принимаемый с другого конца линии, может поэтому быть получен путем вычитания половины выходного сигнала передатчика из суммарного сигнала в линии. К сожалению, сопротивление линии - величина комплексная и меняется от линии к линии, так что принимаемый сигнал, извлекаемый таким простым способом, содержит эхосигналы от передаваемого сигнала.

Эти эхосигналы вызваны рассогласованием между согласующим сопротивлением и характеристическим сопротивлением линии, а также между характеристическими сопротивлениями разных участков линии. Эхосигнал из-за рассогласования между характеристическим сопротивлением последнего участка и оконечным сопротивлением на другом конце незначителен, он гораздо меньше сигнала, передаваемого с другого конца. Эхокомпенсация действует по принципу вычитания сигнала, полученного путем адаптивной оценки эхосигналов, вызванных этими рассогласованиями (рис. 2.7).

Для успешной эхокомпенсации нужно, чтобы отсутствовала корреляция между передаваемым и принимаемым сигналами. Если это условие не выполняется, принятый сигнал может иметь сходство с эхом передаваемого сигнала и эхокомпенсатор может попытаться скомпенсировать принимаемый сигнал, поскольку спутает его с эхосигналом. Чтобы гарантировать отсутствие корреляции, на разных концах линии обычно применяют различные алгоритмы кодирования, уменьшая таким путем вероятность случайно возникающей корреляции.

Техническое преимущество выбранного в качестве стандарта ANSI двоичного кода 2В1Q является следствием меньших требований к полосе пропускания и, в результате, меньшего влияния затухания и шума. Код 2В1Q представляет пары битов (2В) как единую четырехуровневую величину (1Q). В качестве его альтернативы обычно используют трехуровневые (троичные) коды. Код ЗВ2Т представляет набор из 3 битов (3В) с восемью возможными комбинациями как пару троичных величин (2Т), позволяющую составить девять комбинаций, число которых можно уменьшить до восьми, если, например, не использовать троичную пару 0-0. Подобным же образом код 4ВЗТ представляет группу из 4 битов (4В) с шестнадцатью возможными комбинациями как группу из трех троичных величин (ЗТ), допускающую 27 комбинаций. Отображение 4ВЗТ можно сократить до двух отображений ЗВ2Т, если первый из четырех отображаемых битов будет определять значение первой троичной величины (+1 или -1), а оставшиеся три бита будут отображаться согласно коду ЗВ2Т. Несмотря на это, 4ВЗТ получил большее распространение, отчасти из-за коммерческой поддержки. Резервные комбинации в кодах ЗВ2Т и 4ВЗТ можно использовать для специальных функций, для улучшения спектрального состава кодов или характеристик в присутствии шума.