Мы живем в эпоху, когда скорость решает абсолютно всё. Если от ста до двухсот лет назад люди довольствовались пересылкой бумажных писем, что занимало порой не один месяц, а то и год, то сейчас люди привыкли к тому, что всего за пару мгновений можно отправить куда угодно уже оцифрованное письмо, хоть в другой город, хоть на другой континент, и так же быстро получить ответ. Сейчас уже мало кто представит себе, каково это - писать настоящие письма и месяцами ждать ответа, надеясь, что оно вообще дошло до получателя. Конечно, после всего этого изобрели телеграф, а потом и первоначальный интернет, что в сотни раз ускорило процесс передачи практически любых данных. Но всё равно это занимало довольно длительный по сегодняшним меркам отрезок времени.

Е1?

Это прежде всего стандарт передачи цифровой информации, представляющий собой многоканальную систему из тридцати двух отдельных каналов. Тридцать для непосредственной передачи, а оставшиеся два - в качестве вспомогательных (служебных), обеспечивающих синхронизацию между отправляющей и принимающей стороной. Каждый из тридцати двух потоков передачи данных имеет пропускную способность в шестьдесят четыре килобайта в секунду, что, путем нехитрых вычислений, в сумме нам дает две тысячи сорок восемь килобайт в секунду, что равно двум мегабайтам. Поток типа Е1 можно передать при помощи оптоволоконной или же медной линии при помощи модема.

Способ передачи информации

Цифровой поток Е1 своей пропускной способностью обязан прежде всего тому, что информация, передаваемая им, распределяется на кадры, в свою очередь, кадры разделяются на тридцать два интервала (тайм-слота), в каждом из которых по 8 бит. Количество слотов может меняться от одного до тридцати одного, в зависимости от типа потока. Зачастую используют тридцать интервалов, оставляя нулевой и тридцать второй в качестве вспомогательных.

Мультикадры

Для того чтобы расширить объем полезной информации, не расширяя при этом полосу, используются группы кадров, называемые мультикадрами. Преимущественно они бывают двух видов:

• 256N - В котором используются пары из одного четного и одного нечетного кадра. Используется он в том случае, если пользователю доступен шестнадцатый тайм-слот. В таком случае для передачи полезной информации используется тридцать один временной интервал. (Тысяча девятьсот восемьдесят четыре килобайта в секунду).
• 256S - В котором по шестнадцать кадров и сам шестнадцатый тайм-слот служит для передачи сквозной информации. Такие мультикадры используются для передачи голосовой информации. В таком режиме максимальное количество используемых тайм-слотов будет равняться тридцати. (Тысяча девятьсот двадцать килобайт в секунду).

Базовый сигнал потока

Базовый сигнал Е1 - это, прежде всего, цифровой сигнал, а значит, передается он посредством двоичного кода, то есть нулей и единиц. В Е1 сигнал кодируется при помощи особой модуляции под названием HDB3, который, в свою очередь, является усовершенствованной версией метода AMI. В AMI нули кода передавались как нулевое напряжение, а единицы - как положительный или отрицательный импульс. С этим методом кодирования была связана одна значительная проблема. Он не мог передавать длительную последовательность нулевого импульса, так как невозможно было передавать сигнал синхронизации. B HDB3 ограничение снято, так как в любую последовательность, которая длиннее четырех нулей, автоматически будет подставлен ненулевой сигнал, который на принимающей стороне будет отфильтрован через так называемое «Нарушение биполярности», воспринимающее нарушение последовательности как часть строки нулей и удаляет ненужный сигнал, восстанавливая исходный код.

Где используется Е1 поток?

Как стало понятно из всего вышесказанного, это крайне удобный способ многоканальной передачи информации со стабильной пропускной способностью. Это и определило дальнейшее направление в использовании этой системы. Подключение потока Е1 более уместно в крупных компаниях, которые остро нуждаются во внутренней многоканальной телефонной или интернет системе. Ведь при помощи всего одного физического потока можно обеспечить тридцать высококачественных голосовых/интернет каналов.

Также не стоит забывать, что поток Е1 передает информацию порционно. Это означает, что собрать «мозаику» из частей сигнала можно только при помощи особого шифровального алгоритма. Это можно сыграть вам на руку, так как для каждого отдельного физического кабеля можно настроить свой личный алгоритм, что позволит минимизировать шанс утечки информации при вторжении в сеть извне.

Чаще всего Е1 поток используют в крупных и не очень компаниях, деятельность которых тесно связана с телефонной связью. Это могут быть Call-центры, диспетчерские, горячие линии связи, а также некоторые простые конторы. Е1 - вещь универсальная, так что использовать его можно практически везде.

Приветствую вас, друзья!

В ходе изучения Цифровых систем передачи, а так же по рекомендации наставника, дабы лучше разобраться в изучаемом материале и разложить всё по полочкам, я постараюсь объяснить этот материал Вам, если это у меня получится, то можно считать, что я его усвоил хорошо. Надеюсь Вам будет интересно.
В статье расскажу кратко о ЦСП и особенностях их построения, ПЦИ(PDH) и более подробно о потоке Е1 и его структуре.

Цифровые системы передачи

Особенности построения цифровых систем передачи

Ни для кого не будет новостью, что основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми:
Высокая помехоустойчивость.

• Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи.
• Стабильность параметров каналов ЦСП.
• Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.
• Возможность построения цифровой сети связи.
• Высокие технико-экономические показатели.

Требования к ЦСП определены в рекомендациях ITU-T серии G, так же в этой рекомендации представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 Кбит/с, называемый основном цифровом каналом (ОЦК)[зарубежные источники: Basic Digital Circuit(BDC)] , на Хабре уже рассказывалось о том как происходит оцифровка каналов ТЧ в этой статье. Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов (ВРК)[зарубежные источники: Time Division Multiply Access (TDMA), или Time Division Multiplexing (TDM)] .

Плезиохронная цифровая иерархия

Появившаяся исторически первой плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) [зарубежные источники: Plesiochronous Digital Hierarchy(PDH)] имеет европейскую, северо-американскую и японскую разновидности.

Уровень иерархии	Европа		Северная Америка		Япония
	Скорость Мбит/с	Коэфф. Мультиплекс.	Скорость Мбит/с	Коэфф. Мультиплекс.	Скорость Мбит/с	Коэфф. Мультиплекс.
0	0,064	-	0,064	-	0,064	-
1	2,048	30	1,554	24	1,554	24
2	8,448	4	6,312	4	6,312	4
3	34,368	4	44,736	7	32,064	5
4	139,264	4	-	-	97,728	3

Для цифровых потоков ПЦИ применяют соответствующие обозначения, для северо-американской - T, японской - J(DS), европейской - E. Цифровые потоки первого уровня обозначаются соответственно Т1, E1, J1 второго Т2, Е2, J2 и т.д…
К использованию на сетях связи РФ принята европейская ПЦИ.
На сети связи РФ эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго - ИКМ-120 и т.д.

Основные принципы синхронизации

В плезиохронных, «как бы синхронных», ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного борудования на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:
Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой Fт.
Существует несколько вариантов тактовой синхронизации:

1. Сонаправленный интерфейс: по отдельным линиям ведётся дополнительная передача тактовых сигналов;
2. Противонаправленный интерфейс: один блок (контролирующий) задает другому (подчиненному) рабочую тактовую частоту;
3. Интерфейс с централизованным задатчиком (задающим генератором): задающий генератор выполняет тактирование всех узлов оборудования.

Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;
Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи.

Поток Е1

Структура потока Е1.

Различают 3 типа потока Е1:

• Неструктурированный (нет разделения на канальные интервалы КИ [зарубежные источники: Time Slot] , логическая структура не выделяется; поток данных со скоростью 2048Kбит/с); используется при передаче данных;
• Поток с цикловой структурой (выделяются канальные интервалы, но сигналы управления и взаимодействия (СУВ) не передаются) – ИКМ-31;
• Поток со сверхцикловой структурой (выделяют и цикловую, и сверхцикловую структуру) – ИКМ-30.

Рассмотрим структуру кадра передачи ЦСП ИКМ-30.

Структура потока Е1 определена в рекомендации ITU-T G.704. Данный поток называется первичным цифровым потоком и организуется объединением 30-ти информационных ОЦК.
Линейный сигнал системы построен на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов, как это показано на рисунке выше (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передаётся один отсчёт каждого из 60 сигнальных каналов (СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой синхронизации). Длительность СЦ Тсц=2мс. Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц0 по Ц15). Длительность цикла Тц=125мкс и соответствует интервалу дискретизации канала ТЧ с частотой 8 кГц. Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала(таймслота) длительностью Тки=3,906 мкс. Канальные интервалы КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 - под передачу служебной информации. Каждый канальный интервал состоит из восьми интервалов разрядов (Р1-Р8) длительностью по Тр=488нс. Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом длительностью Ти=244нс при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля импульс в разрядном интервале отсутствует). Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего интервалы Р2 - Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи данных (ДИ). В нечетных циклах интервалы P3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС - LOF) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение (Ост. зат). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты. В интервале КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1 - Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 - Авар. СЦС - LOM). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1 - Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 - для 2-го и 17-го и т.д. Интервалы Р3, Р4, Р6 и Р7 свободны. С точки зрения передачи телефонного канала: телефонный канал является 8-ми битным отсчётом. Полезная нагрузка – разговор двух абонентов. Кроме того передаётся служебная информация (набор номера, отбой и т.п.) – сигналы управления и взаимодействия (СУВ). Для передачи таких сигналов достаточно повторения их 1 раз в 15 циклов, при этом каждый СУВ будет занимать 4 бита (СУВ для какого-то конкретного канала). Для этих целей был выбран 16-й канальный интервал. В один канал помещаются СУВ для двух телефонных каналов. Т.к. всего 30 каналов, за один разговор используется два канала, то цикл нужно повторить 15 раз, следовательно, с Ц1 по Ц15 передаём всю информацию о СУВ. Таким образом, необходимо определить номер цикла. Для этих целей нулевой цикл содержит сверхцикловой СС («0000» в 1-х четырёх байтах –MFAS). В 6-м бите передаётся потеря сверхцикла (LOM).
Мне приходилось сталкиваться с людьми которые пытаясь объяснить структуру потока Е1 предстовляли его в качестве трубы, куда запиханы 32 трубы меньшего размера(32 таймслота), это довольно наглядно, но абсолютно не правильно т.к. в ПЦИ передача данных осуществляется последовательно, побитно, а не параллельно.

Контроль ошибок передачи

Для контроля ошибок передачи используется первый бит нулевого канального интервала.

Содержимое первого бита КИ0 в различных подциклах.

По полиному x4+x+1 определяется наличие ошибки. Биты С1, С2, С3, С4 – это остаток от деления подцикла (8-ми циклов) на полином x4+x+1. При этом результат вставляют в следующий подцикл. Принимаем значение 1-го подцикла, сравниваем со 2 – м. При несовпадении выдаётся сообщение об ошибке. Биты Е1 и Е2 предназначены для передачи сообщений об ошибке на сторону передатчика по первому и по второму циклу (Е1 – для первого, Е2 – для второго). Для корректной обработки в чётных циклах (кроме 14 и 16) вводится сверхцикловой синхросигнал (001011) для контроля ошибок.

Физический уровень модель OSI в ПЦИ

Физический уровень включает в себя описание электрических параметров интерфейсов и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода. Эти параметры описаны в Рекомендации ITU-T G.703.
Для ПЦИ определены следующие физические интерфейсы:

1. Е0 – симметричная пара (120 Ом);
2. Е1 – коаксиальный кабель (75 Ом) или симметричная пара (120 Ом);
3. E2, Е3, E4 – коаксиальный кабель (75 Ом).

Для потоков определено использование следующих линейных кодов:

1. Е0 – AMI;
2. E1, E2, Е3 – HDB3;
3. Е4 – CMI.

Для каждого потока определена маска допустимых пределов формы импульса в линии. На рисунке изображена маска для потока Е1.

Маска импульса физического интерфейса потока 2048 Кбит/с.

На этом я считаю можно остановиться. Всем спасибо за внимание, надеюсь Вам было интересно. Подписывайтесь, ставьте лайки... В статье я попытался изложить как можно больше информации в как можно более простом виде(не знаю удалось ли мне) не ныряя слишком глубоко в подробности структур ЦСП и в частности потока Е1.
Если статья понравится то в дальнейшем могу попробывать написать такую же про синхронную цифровую иерархию (СЦИ) [зарубежные источники: Synchronous Digital Hierarchy(SDH)] и синхронный транспортный модуль (СТМ) [зарубежные источники: Synchronous Transport Module(STM)] - STM-1.

Литература

Технологии измерений первичной сети - И.Г. Бакланов;
Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы - В.Н. Гордиенко.
UPD: Немного дополнил статью англоязычными терминами и аббревиатурами.

Е1 – это общепринятое название цифрового потока передачи данных, генерируемого в соответствии с европейским стандартом PDH. В поток E1 входит 30 каналов для передачи голоса, по 64Кбит/с каждый, и 2 канала для передачи служебной информации (сигнализации), один для передачи данных об устанавливаемых соединениях, другой – для синхронизации оборудования на конечных точках потока. Оба служебных канала имеют такую же пропускную способность, как и голосовые. Итоговая пропускная способность канала Е1 составляет (30 + 2) * 64 = 2048Кбит/с. При этом характеристики каналов, предназначенных для служебной информации, в частности – пропускная способность – могут отличаться для современных реализаций цифрового потока Е1, так как меняется технология, а вместе с ней и регулирующий ее стандарт ITU-T G.703.

Цифровой поток Е1 позволяет эффективно реализовывать современные телекоммуникационные системы, в том числе:

1. Организовать многоканальный телефонный номер с возможностью распределения звонков внутри абонента. Также возможна передача нескольких телефонов в рамках одного канала E 1
2. Установить практически неограниченное количество телефонных линий. Один номер могут одновременно использовать до 30 сотрудников компании-абонента. Добавляя (или, наоборот, уменьшая) количество потоков, можно обеспечить любое желаемое количество линий.
3. Обеспечивать:
   • максимальный уровень надежности, стабильности и помехозащищенности
   • централизованное управление корпоративной телекоммуникационной системой, создавая любые сценарии работы с входящими и внутренними коммуникациями
   • высокий уровень безопасности телекоммуникационной системы, позволяя свободно оперировать конфиденциальной информацией

Корпоративные телекоммуникационные решения на базе Е1 – это эффективный и надежный способ организации голосовой связи. При этом Е1 – не единственный способ «подачи» телефонных линий многоканального телефона абоненту. Преимуществом цифрового потока Е1 является наличие отлаженной технологии подачи канала потребителю, большой выбор оборудования от самых разных производителей. Это сильно упрощает процесс подключения к уже имеющемуся телефонному оборудованию конечного потребителя услуги, хоть и может потребовать, например, установки в действующую АТС потоковой платы Е1. Вместе с тем использование такого типа подключения накладывает ограничение минимального количества используемых телефонных линий. Количество телефонных номеров, передаваемых в такой цифровой поток, не ограничено, однако чаще всего используется один-два на поток, что сокращает расходы. Если реальные потребности ниже, например, меньшее количество сотрудников в компании, имеет смысл воспользоваться гибкими возможностями технологии VoIP, то есть Voice over IP, передача голосового трафика по сетям передачи данных, например, с помощью протоколов SIP или H.323. Использование этой технологии позволяет гибко настраивать систему телефонии на участке от конечного потребителя до узла связи ГК Мультиком, регулировать требуемую для передачи голоса ширину полосы пропускания используемого канала связи. Если же количество линий, необходимых потребителю, составляет 30, то лучшим вариантом решения вопроса подключения офиса к телефонной сети станет цифровой канал Е1.