wykład 6

1. Systemy teleinformatyczne AiR 5r. wykład 6

2. Klasyfikacja sygnałów • analogowe: nieprzerwane w dziedzinie czasu i amplitudy • próbkowane: przerywane na osi czasu; na osi amplitudy przyjmują dowolną wartość • kwantowane: nieprzerwane w czasie; przyjmują ściśle określone poziomy amplitudowe • cyfrowe: dyskretne, czyli nieciągłe w czasie; nieciągłe w amplitudzie np. binarne (dwójkowe) czyli przyjmujące dwieokreślone wartości w określonych momentach (chwilach) czasowych; sygnał cyfrowy może mieć wartość amplitudy 0 [V](niski potencjał), bądź +U [V] (wysoki potencjał), konwencja sygnałowi 0 [V] przypisuje się cyfrę "0", sygnałowi +U [V] cyfrę "1" (konwencja dodatnia, pozytywna).

3. Układy logiczne • Dowolny układ logiczny może mieć n wejść i co najmniej jednowyjście. • Może realizować podstawowe, czy też bardziej złożone funkcje algebry Boole’a. • Niezależnie od konstrukcji wewnętrznej układu zależność pomiędzy stanem wyjścia układu, a stanami wejść można opisać: • za pomocą tablicy prawdy • analitycznie za pomocą wyrażenia algebraicznego wejścia wyjście Układ logiczny

4. Układy • układy kombinacyjne • układy sekwencyjne • układy asynchroniczne • układy synchroniczne

5. układ kombinacyjny - układ cyfrowy, w którym stan wejść jednoznacznie określa stan wyjść układu • układ sekwencyjny - układ cyfrowy, w którym stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzednich stanów układu. • układ asynchroniczny - układ cyfrowy, dla którego w dowolnym momencie jego działania stan wejść oddziałuje na stan wyjść. • układ synchroniczny - układ cyfrowy, dla którego stan wejść wpływa na stan wyjść w pewnych określonych odcinkach czasu zwanych czasem czynnym, natomiast w pozostałych odcinkach czasu zwanych czasem martwym stan wejść nie wpływa na stanwyjść.

6. Układykombinacyjne Sygnały (stany) wyjściowe są zdeterminowanymi funkcjamisygnałów (stanów) wejściowych. Wszystkie mogą być wykonane za pomocą urządzeń zwanych bramkami, które realizują działania algebry Boole`a w dziedzinie układów dwustanowych (binarnych). sumatory; komparatory; dekodery, kodery, transkodery;

7. Układysekwencyjne Klasa zagadnień, które nie mogą być rozwiązane przez utworzenie kombinacyjnych funkcji bieżących stanów wejść, lecz wymagają znajomości poprzednich stanów • Układy sekwencyjne • przerzutniki • rejestry • liczniki

8. Tablica prawdy przedstawia zależność pomiędzy stanem logicznym wyjścia układu logicznego, a stanem na wejściach tego układu Dla układu o n wejściach ma on 2n wierszy uwzględniających wszystkie możliwe kombinacje sygnałów wejściowych i odpowiadające im stany wyjścia (wejścia) wyjście wejścia

9. Typowe zadania sekwencyjne to: • zamiana szeregowego ciągu bitów (bity następują kolejno jeden po drugim) w równoległy zestaw bitów, • zliczaniejedynek w danej sekwencji, • rozpoznanie pewnego wzoru w sekwencji, • wytworzenie jednego impulsu dla np. co czwartego impulsu wejściowego.

10. Do realizacji wszystkich wymienionych zadań konieczne jest zastosowanie jakiejś pamięci cyfrowej. Podstawowym urządzeniem pamięciowym jest przerzutnik bistabilny (ang. flip flop lub bistable multivibrator)

11. Przerzutniki (układy sekwencyjne!) Przerzutniki są elementami układów sekwencyjnych, których podstawowym zadaniem jest pamiętanie jednego bitu informacji Przerzutnik posiada co najmniej dwa wejścia i z reguły dwa wyjścia Typyprzerzutników: RS D JK T

12. Przerzutnik RS 2 bramki NAND

13. SA SB + 5V - UB Bramka AND Y=A*B Wyjście bramki AND (czyli I) jest w stanie wysokim tylko wtedy, gdy obydwa wejścia są w stanie wysokim. Na przykład 8-wejściowa bramka AND będzie miała wyjściew stanie wysokim tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia będą w stanie wysokim. Tablica prawdy

14. Bramka OR Y=A+B SA + 5V SB - UB • Wyjście bramki OR (czyli LUB) jest w stanie wysokim, jeżeli któreś z wejść (lub obydwa) jest w stanie wysokim • Narysowana bramka to 2-wejściowa bramka OR.W przypadku ogólnym bramki mogą mieć dowolną liczbę wejść • Typowy układ scalony • cztery bramki 2-wejściowe, • trzy bramki 3-wejściowe • lub dwie bramki 4-wejściowe Tablica prawdy

15. Inwerter (funkcja NOT) Zmiana stanu logicznego na przeciwny (negowaniem stanu logicznego). "bramka" o jednym wejściu Zapis – A’ lub A

16. + SA 5V - UB SB 5V SA SB UB NAND i NOR Funkcja NOT może być połączona z innymi funkcjami, tworząc NAND i NOR + Y=A+B - Z Y=A*B S

17. Exclusive-OR Exclusive-ORXOR, czyli SUMA WYŁĄCZAJĄCA Wyjście bramki XOR jest w stanie wysokim, jeżeli jednoalbodrugie wejście jest w stanie wysokim (jest to zawsze funkcja dwóch zmiennych). Inaczej, wyjście jest w stanie wysokim, jeżeli stany wejść są różne

18. Multipleksery Multiplekser łączy wiele wejść z jednym wyjściem. W dowolnej chwili jedno z tych wejść jest wybrane jako połączenie z wyjściem

19. Zwielokrotnianie (multipleksowanie) w systemach analogowych i cyfrowych Systemy analogowe dla zwiększenia liczby kanałów wykorzystywały zwielokrotnienie częstotliwościowe, które wymagało rozszerzenia pasma kanału transmisyjnego - polegało ono na układaniu kolejnych kanałów kolejno na wyższej częstotliwości w odstępie szerokości kanału telefonicznego (równolegle). Każdy kanał miał dostęp do swojej częstotliwości Inna możliwość w tych systemach nie była możliwa, gdyż sygnał analogowy ograniczony w jakimś paśmie wysyła niepoliczalną liczbę informacji o tym paśmie Nie da się jej wysyłać w odstępach czasu (szeregowo) - to powodowałoby utratę danych.

20. Systemy cyfrowe przesyłają ograniczoną liczbę danych • przyspieszanie sygnału przed zwielokrotnieniem • wysłanie w tej samej jednostce czasowej większej liczby danych uporządkowanych w szczeliny czasowe • TDM – Time Division Multiplexing

21. Metody zwielokrotniania - multipleksowania FDM – podział częstotliwości TDM – podział czasu WDM – podział długości fali (światłowowody) DWDM – gęsty podział długości fali (technologia najnowsza – światłowowody)

22. Podział systemów z TDM W systemach teletransmisyjnych rozróżnia się dwa rodzaje zwielokrotnienia z podziałem czasu: • zwielokrotnienie z przeplataniem bitów (bit po bicie) - np. systemy PDH(plezjochronous digital hierarchy).. • wersja międzynarodowa sieć E (E1, E2 itd.) • USA sieć T (T1, T2 itd.) • plezjo = prawie • zwielokrotnienie z przeplataniem bajtów (bajt po bajcie) - np. systemy SDH(synchronous digital hierarchy)

23. Systemy PDH – plezjochroniczne(„prawie” synchroniczne) Lata 70-te – cyfrowe systemy teletransmisyjne oparte na modulacji kodowo - impulsowej PCM (Pulse Code Modulation), która przekształca sygnał analogowy na sygnał binarny. Sygnał telefoniczny o paśmie 4 kHz przekształcony do cyfrowego o przepływności 64 Kb/s - sygnałDS0 Łącząc wiele kanałów PCM w jeden ciąg binarny o dużej przepływności za pomocą TDM (sekwencyjne przeplatanie bajtowe), dla 30kanałów 64 kb/s można uzyskać np. kanał o przepływności 2048 kb/s. ... czyli najpierw budowany jest kanał 2 Mb metodą bajt po bajcie ..wyżej już bit po bicie.. jak samochody wjeżdżające z wielu ulic w jedną o tej samej szerokości co dojazdowe – muszą jechać szybciej z przeplataniem

24. E Hierarchia plezjochroniczna - PDH T sygnał DS0 USA Europa

25. sygnały DS0 sygnał DS1 T1 1 64 kb/s 2 ... 24 23 2 1 3 MUX ... 32 31 2 1 4 multiplexer 2Mb/s E1 24 lub 30 kierunek przesyłu TDM – time division multiplexing

26. SYSTEM PDH - E1 – międzynarodowy (Europa) Budowa strumienia 2 Mb/s (221) b/s = 213 .23 .23= 8000.8b.32 • Informacje są przekazywane w postaci 8-bitowych pakietów informacji (256 stanów), • Próbkowanie odbywa się z częstotliwością 8kHz, czyli co 125 s, • Ramka ma budowę 32 kanałową według zasady bajt po bajcie (30 kanałów użytecznych) - z dodanym bajtem wzoru fazowania ramki (FAW) i bajtemsygnalizacji dla szczelin czasowych.

27. Ramka 1 wieloramki strumienia 2 Mb/s kanał 1 kanał 2 kanał 16 kanał 30 sygnalizacja słowo serwisowe r.nparz.:alarmy, CRC4 (test poprawności) r.parz: wzór fazowania X0011011 kanał 1 kanał 16 W ramce 2 kanał 2 W ramce 2 kanał 17 itd.

28. Ramka strumienia 2 Mb/s – element wieloramki MF16 30 kanałów użytkowych sygnalizacja ! czasem zwykły kanał wszystko zależy do technologii SYGNALIZACJA – seria komunikatów – kontrolawywołań (łączenie i rozłączanie), rozliczanie opłat, usługi dodatkowe, bajt 0 (szczelina 0) 8 bitów

29. .. a następnie na wyższych poziomach hierarchii odbywa się zwielokrotnienie plezjochroniczne przeplatanie bitów z dopełnianiem w przypadku niewielkiej różnicy częstotliwości) • Wprowadzono kolejne poziomy zwielokrotnienia: • 8.5 Mbit/s, (223= 221 *4) E2 • 34 Mbit/s, (225= 223 *4) E3 • 140 Mbit/s, najczęstszy system (227= 225 *4) E4 • 565 Mbit/s. (światłowody - długość fali 1550 nm) E5

30. Każdy wyższy poziom składa się z czterech sygnałów niższego poziomu uzupełnionych o informacje sterujące = plezjochroniczna (prawie synchroniczna) hierarchia cyfrowa PDH. Zwielokrotniane są kanały 2 Mbit/s generowane przez różne urządzenia. Ich zegary różnią się nieznacznie miedzy sobą. Dla zapewnienia stałej przepływności sygnału, tzw. "przeplot" bitowy musi być uzupełniony przez dodanie pustych bitów = bity dopełnienia. Bity te są usuwane z sygnału zbiorczego podczas procesu demultipleksacji. Ten sam problem pojawia się na każdym poziomie zwielokrotnienia i za każdym razem wprowadza się bity uzupełniające.

31. ponieważ przeplatanie 1:1 to bity dopełniające J bity wolniej

32. Optical Line Termination Unit Transmisja w systemach PDH

33. bit po bicie z dopełnianiem bajt po bajcie podstawowy

34. E1 – jest właściwie synchroniczny ale plezjochroniczna jest struktura sieciowa – czyli wiele obwodów synchronicznych z różnymi zegarami!!!

35. USA system T1 multipleksacja razy 24

36. Systemy synchroniczne

37. SDH-Europa SONET - USA Synchronous Digital Hierarchy Synchroniczna Hierarchia Systemów Cyfrowych Technologia sieci transportu informacji, charakteryzująca się tym, że wszystkie urządzenia działające w sieci SDH, są zsynchronizowane zarówno do nadrzędnego zegara jak i do siebie nawzajem

38. PRC (Primary Reference Clock) - Pierwotny Zegar odniesienia. Jest to zegar, który wytwarza przebiegi wzorcowe dla całej sieci SDH. Wymaga się, aby zegar taki miał dużą stabilność częstotliwości i był niezawodny. Wzorce z cezu i rubidu

39. Synchronous Digital Hierachy Implementacja standardu SONET dla sieci telekomunikacyjnej dla krajów ITU/CCITT (International Telecomunication Union - Genewa) DS0 to 64 kb/s Znamy podstawowe DS1 (w Europie też czasem określane E1) – ITU (Europa)– system 2,048Mb/s (STM-N) 32x DS0 (E0) – USA i Japonia – 1,544Mb/s (STS-N) 24xDS0

40. System SDH - ITU • Synchroniczna hierarchia cyfrowa, kolejne przepływności podstawowe SDH: • - ramka STM - 1155.5Mbit/s -ponad 2000 kanałów tel. • - ramka STM - 4 622 Mbit/s • - ramka STM -16 2.48 Gbit/s • ramka STM - 64 9.95 Gbit/s – ~300 000 kanałów telef. • ramka STM-256 ~ 40 Gbit/s)

41. Podstawowa europejska jednostka transportowa STM-1 Synchronous Transport Module Synchroniczny Moduł Transportowy W czasie zwielokrotniania ma przepływność, będącą N-tą wielokrotnością STM-1 (155,52 Mbit/s).

42. USA Europa Nośnik SystemSDHTransfer Zwielokrotnienie Liczba kanałów optycznySONET(Mb/s) telefonicznych OC-1 STS-1 - 51,84 1 672 OC-2 - - 103,68 2 1344 OC-3 STS-3STM-1155,52 3 2016 OC-4 - STM-3 207,36 4 2688 OC-9 STS-9 STM-3 466,56 9 6048 OC-12 STS-12 STM-4 622,08 12 8064 OC-18 STS-18 STM-6 933,12 18 12 096 OC-24 STS-24 STM-8 1244,16 24 16 128 OC-36 STS-36 STM-12 1866,24 36 24 192 OC-48 STS-48 STM-162488,32 48 32 256 OC-96 STS-96 STM-32 4976,64 96 64 512 OC-192STS-192 STM-649953,28 192 129 024 10 Gbit/s stosowane

43. Moduł STM-1 składa się z 9 linii po 270 bajtów. W tym nagłówek SOH = 9*9bajtów. Przepustowość pojedynczego bajtu modułu to 64kb/s. Ramka STM-1 składa się z: Budowa modułu transportowego STM-1 • pola danychPayload, • nagłówka SOH (utrzymaniowy) informacja sterująca (umożliwia operatorowi sieci śledzenie toru i nadzór stopy błędów). • blokuwskaźników PTR Pole Payload zawiera 9*261 bajtów (2349 bajtów). Służy ono do przenoszenia właściwych danych użytecznych.

44. 270 bajtów 3 1 5 Moduł transportowy STM-1 Path Overhead Pole PAYLOAD składa się z wirtualnychkontenerów (tu są transportowane bity użytkowe)

45. 9*270 *8 bitów * 8000 ramek/s =155,52 Mb/s 1/0.000125=8000

47. WskaźnikPTR składa się z trzech wskaźników po 3 bajty każdy. Są one umieszczone w linii 4. Blok wskaźników (PTR) służy do określenia położenia tzw. kontenera wirtualnego względem ramki STM. Co to jest kontener? Nagłówekmodułu STM-1 SOH dzieli się na dwie części: • część RSOH, która stanowi zbiór danych sterujących i informacyjnych dla sekcji regeneratora sygnału • część MSOH, która stanowi nagłówek dla multiplekserów

48. SDH definiuje pewną liczbę kontenerów odpowiadających istniejącym przepływnościom systemów plezjochronicznych PDH. Informacja przenoszona w sygnale plezjochronicznym ładowana jest do odpowiedniego „kontenera”. Inne ładunki do innych kontenerów Informacja wskaźnika PTR możliwia dotarcie do strumieni składowych kontenera wirtualnego, bez demultipleksacji całego sygnału, określenie przesunięcia fazowego konteneraw przypadku współpracy z systemem plezjochronicznym (wskazuje początek kontenera w stosunku do ramki STM-1).

49. Systemy SDH o większej niż STM-1 przepływności są tworzone przez zwielokrotnienie systemu 155.52 Mbit/s metodąprzeplataniabajtowego.

50. Multiplexer SDH