Интерфейс цифровой передачи данных E1

E1 является одним из группы стандартов для ц ифровой передачи множества одновременных телефонных звонков с мультиплексированием с разделением по времени (TDM). Данный стандарт был разработан в те времена, когда для нужд телефонии еще не использовались сети с пакетной передачей данных и Ethernet. E1 стал продолжением идей, заложенных в стандарт передачи данных Т1 еще в 1961 году. При разработке данного стандарта основное внимание уделялось обеспечению высокой пропускной способности канала и снижения стоимости телефонной инфраструктуры.

Описание протокола

Линии E1 используются для подключения между АТС, а также для их соединения с маршрутизаторами и коммутаторами. Они предлагаются телефонными компаниями / поставщиками услуг в качестве выделенных двухточечных коммутируемых линий для таких услуг, как:

•  частная глобальная сеть (WAN);
•  общедоступная коммутируемая передача данных;
•  голосовая связь;
• доступ в Интернет;
• видеоконференция.

 Линии E1 могут соединять оборудование в сети общего пользования, в частной сети клиента или соединять оборудование общего пользования и клиента.

Интерфейс E1 принадлежат физическому уровню (уровню 1) в эталонной модели OSI, таким образом, технологии более высокого уровня, такие как ISDN, ATM, Frame Relay, TCP / IP и VoIP, могут переноситься по E1.

Интерфейс E1 содержит 32 канала для обмена данными из которых 0 и 16 каналы используются для сигнализации, остальные 30 для передачи непосредственно голоса. Скорость передачи данных по каждому каналу может достигать 64 Кбит/с, таким образом суммарная пропускная способность интерфейса достигает 2048 Кбит/с. В качестве носителя для данных по интерфейсу E1 может быть использовано оптическое волокно, витая пара или коаксиальный кабель. Несколько каналов E1 могут быть мультиплексированы в потоки с более высокой скоростью. Например, четыре потока E1 2048 Кбит/с могут быть мультиплексированы в один поток 8448 Кбит/с (E2) посредством мультиплексирования второго порядка. Этот метод может быть повторен для получения сигнала третьего порядка 34368 Кбит/с (E3), сигнала четвертого порядка (139264 кбит/с) и так далее.

Мультиплексы более высокого порядка должны быть в состоянии учесть небольшие расхождения по частоте между их входными потоками (притоками). Они делают это, работая немного быстрее, чем необходимо, и добавляя дополнительные биты (вставку битов), чтобы учесть различия во входных притоках. Эта структура, подобная пирамиде, называется Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH). Термин «плезиохронный» означает «почти синхронный». Высокоскоростные сети SONET (синхронная оптическая сеть) и SDH (синхронная цифровая иерархия) предоставляют сигналы и средства для синхронизации отдельных сетевых узлов и оконечное оборудование, в отличие от асинхронной структуры PDH.

Также структуры SONET и SDH устраняют необходимость многоэтапного мультиплексирования / демультиплексирования и добавляют служебные данные служебной информации, необходимые для надежной связи с высокими скоростями. SONET и SDH похожи и тесно связаны. Стандарты SONET публикуются ANSI (Американский национальный институт стандартов). SDH — это международная версия стандартов, которая публикуется МСЭ (Международным союзом электросвязи).

Структура кадров потока E1

Для правильного считывания битового потока цифровое оборудование должно быть способно синхронизировать свою схему приемника с каждым входящим битом. Синхронизирующий сигнал используется для ускорения приема и передачи битов данных. Такты приема могут быть получены из формы импульса входящих битов. Такое извлечение тактовых импульсов возможно, потому что импульсы занимают около 50% рабочего цикла, то есть пиковая амплитуда передается в течение 50% времени. Правильная амплитуда и временные характеристики формы импульса передатчика важны для способности приемника правильно извлекать такты приемы.

Вместо того, чтобы извлекать тактовые импульсы из данных, тактовый сигнал может быть непосредственно предоставлен из сети на отдельной линии. Поскольку это решение требует отдельной линии, оно дороже и редко используется в системах E1. Синхронизация передачи может быть сгенерирована внутренне (режим внутренних тактовых импульсов), получена из принятых данных (также известных как восстановленный тактовый режим, тактовая петля или сетевая синхронизация) или получена из внешнего источника тактовых импульсов (внешний тактовый режим).

В идеале данные и тактовые импульсы должны поступать через правильные интервалы времени и с точной номинальной частотой. На практике встречаются частотные и временные отклонения. Такие отклонения могут вызвать проблемы синхронизации тактов и привести к ошибкам, особенно когда потоки E1 мультиплексируются в более высокие скорости. Таким образом, эти отклонения должны быть ограничены на выходе оборудования. С другой стороны, оборудование должно иметь возможность принимать данные и правильно работать при наличии частоты сигнала и временных отклонений, которые могут существовать в сети.

Максимальное отклонение частоты, установленное стандартами, составляет 50 ppm (частей на миллион) для E1 и 32 ppm для T1. Синхронизация или фазовое отклонение сигнала называется джиттером. Очень медленный джиттер с частотой ниже 10 Гц называется блужданием. Джиттер может быть вызван импульсными помехами, перекрестными помехами, искажениями, дрейфом осциллятора из-за теплового шума, флуктуациями задержки, разностью тактовых импульсов и модуляцией из-за мультиплексирования и отображения.

Амплитуда джиттера выражается в единичных интервалах (UI), где 1 UI соответствует отклонению фазы на один бит. Стандарты устанавливают максимальные пределы для выходного джиттера для всех возможных источников тактового сигнала в диапазоне входного джиттера и сигналов смещения частоты. Также оборудование должно иметь возможность принимать данные без ошибок и аварийных сигналов, в то время как джиттер применяется к его входу.

Линейные сигналы

Биты данных передаются на линию в виде импульсов, представляющих «1», и пробелов (без импульсов), представляющих «0».

Номинальное импульсное (маркировочное) напряжение «1» составляет 2,37 В и сопротивление 75 Ом.

Если бы импульсы имели только одну полярность — это привело бы к появлению постоянного тока в линии. Сигнал, имеющий компонент постоянного тока, не может быть передан, потому что повторители, расположенные вдоль линии для повторной передачи сигнала, имеют подачу питания постоянного тока, подаваемую по той же линии. Чтобы преодолеть эту проблему, полярность каждого импульса инвертируется относительно предыдущего импульса. Эта инверсия полярности называется кодированием сигнала (или линии) AMI (инверсия альтернативной метки). Такая биполярная картина также вдвое уменьшает основную частоту сигнала, что приводит к меньшему затуханию и групповой задержке. Однако кодирование сигнала AMI не решает другую проблему. Когда имеется длинная последовательность нулей, оборудование на другом конце линии не может синхронизироваться и считает, что связь потеряна.

Для решения этой проблемы импульсы вставляются в каждую последовательность из 4 непрерывных нулей. Такой «искусственный» импульс имеет полярность, противоположную той, которая требуется правилом AMI.

Это приводит к строковому коду с максимум тремя последовательными нулями, за которыми следует импульс биполярного нарушения. Такой линейный код называется HDB3 (биполярный с высокой плотностью) и используется в E1.

Стандарты ограничивают форму импульса с помощью маски, которая состоит из максимального и минимального напряжения в зависимости от временных ограничений. Для интерфейса E1 соотношение амплитуд и ширин между положительными и отрицательными импульсами ограничено от 0,95 до 1,05, пространственное пиковое напряжение ограничено +/- 0,3 В для 120 и +/- 0,237 для 75 Ом.

Импульсы ослабляются и распространяются во временной области, когда они движутся по линии.

Мультикадровая структура

В дополнение к описанной выше структуре кадра, структура мультикадра CRC-4 рекомендуется в качестве опции МСЭ-T G.704 и является обязательной для оконечного (пользовательского) оборудования в соответствии с европейскими стандартами TBR 13, TBR 4 и австралийскими стандартами TS016.

Каждый мультикадр (MF) состоит из 16 последовательных кадров, разделенных на два 8-кадровых субкадра (SMF1 и SMF2). Когда используется CRC, битовый шаблон выравнивания мультикадра «001011» (называемый MFAS — Сигнал выравнивания мультикадра) передается в первом бите временного интервала 0 в нечетных кадрах 1-11. Этот шаблон используется приемником для синхронизации в мультикадре структура.

CRC-4 (циклическая проверка избыточности) — это алгоритм, используемый для проверки ошибок. Передатчик выполняет вычисление определенного бита для каждой отправляемой им SMF-информации и помещает результат этого вычисления во временной интервал 0 следующей SMF-функции. Результат CRC-4 — это 4 бита, которые вставляются в первый бит TS0 4-х четных кадров SMF. Приемник выполняет те же вычисления CRC-4 и сравнивает результат с четырьмя битами CRC, которые он получил во временном интервале 0. Если биты не совпадают, приемник устанавливает сигнализацию E-bit (первый бит в TS0 в кадрах 13 и 15). установлено на 0) уведомление передатчика о возникновении ошибки.

Сигнализация

В системах E1 PCM и ISDN PRI временной интервал 16 кадров обычно используется для передачи информации сигнализации, такой как состояние линии и оповещение о вызове (вызов начат, вызов завершен, запрос на обслуживание), адресация (пункт назначения и маршрутизация), идентификация вызывающей стороны.

Существует два разных режима сигнализации в отношении использования структуры данных — CAS и CCS.

В режиме CAS (Channel Associated Signaling) мультикадр (MF) состоит из 16 последовательных кадров. Первый кадр MF идентифицируется шаблоном «0000» в первых четырех битах временного интервала 16. Шестой бит временного интервала 16 в первом кадре используется для индикации тревоги (тревога дальнего мультикадра). Этот бит устанавливается в 1, если приемник не обнаруживает правильную структуру мультикадра CAS. В каждом из оставшихся 15 кадров MF временной интервал 16 делится на два 4-битных слова (называемых битами abcd или битами CAS). Данные сигнализации, связанные с 30 каналами полезной нагрузки, передаются в этих битах, называемых словами abcd. Канал 1 и связанная с каналом 2 сигнализация передаются в первом и втором abcd словах второго кадра, канал 3 и канал 4 сигнализации передаются в третьем кадре и так далее.

В прошлом биты CAS использовались для передачи набранного номера. Этот метод привел к медленному установлению соединения.

Сегодня набранный номер (и другая информация о вызове) отправляется с использованием сигналов DTMF или MF, закодированных в вызывающем канале полезной нагрузки (внутриполосная сигнализация). Обычно используемая сигнализация E1 CAS — это MFC-R2 (Multi-Frequency Compelled R2), использующий биты ABCD для контрольной информации (при подключении / снятии трубки) и MF для сигнализации адресации регистра (номер вызываемой / вызывающей стороны, тип вызова и т. д.).