PDH i cyfrowa transmisja głosu
Zanim upowszechniły się systemy światłowodowe, sieci komunikacyjne potrzebowały sposobu cyfrowego przesyłania wielu rozmów telefonicznych przez parę miedzianą. Plezjochroniczna Hierarchia Cyfrowa (PDH) określała rodzinę regionalnych standardów służących do tego celu. W latach 70. i 80. XX wieku takie hierarchie wspierały rozwój cyfrowych sieci telefonicznych.
PDH łączy dwie operacje: cyfryzację głosu za pomocą i technikę łączenia wielu strumieni cyfrowych poprzez .
Fundament 1: cyfryzacja głosu za pomocą PCM
Ludzka mowa to sygnał analogowy. Aby przesłać go cyfrowo, musi zostać przekształcony w strumień bitów przy użyciu Modulacji Impulsowo-Kodowej (PCM). Obejmuje to trzy kroki:
- Próbkowanie: Sygnał analogowy głosu jest mierzony w regularnych odstępach czasu. W telefonii robi się to 8000 razy na sekundę (8 kHz), zgodnie z twierdzeniem Nyquista-Shannona.
- Kwantyzacja: W standardzie G.711 prawo A-law lub μ-law przyporządkowuje każdej próbce jedną z 256 dyskretnych wartości kwantyzacji.
- Kodowanie: Wybrana wartość jest reprezentowana przez 8-bitowe słowo binarne.
Podstawowy cyfrowy kanał głosowy
Wynikiem jest cyfrowy kanał głosowy o przepływności 64 kbit/s.
Obliczenie:
Fundament 2: łączenie kanałów za pomocą TDM
Standardowy cyfrowy kanał głosowy 64 kbit/s można połączyć z innymi kanałami w łączu o większej przepływności. PDH wykonuje tę operację za pomocą Multipleksacji z Podziałem Czasu (TDM).
W TDM multiplekser pobiera jedną próbkę (8-bitowy bajt) z każdego przychodzącego kanału głosowego naprzemiennie i łączy je w powtarzającą się strukturę zwaną ramką. Demultiplekser odtwarza z niej poszczególne kanały.
Ten proces tworzy strumienie cyfrowe o wyższych przepływnościach. Północnoamerykański T1 i japoński J1 przenoszą po 24 kanały głosowe 64 kbit/s przy przepływności 1,544 Mbit/s. Na narzut ramki przypada 8 kbit/s. Europejski E1 przenosi 30 kanałów głosowych 64 kbit/s przy przepływności 2,048 Mbit/s. W strukturze CAS szczeliny TS0 i TS16 są przeznaczone odpowiednio na ramkowanie i sygnalizację. Ramka E1 powtarza się 8000 razy na sekundę, więc jej 256 bitów zajmuje 125 mikrosekund. Te regionalne warianty tworzą interfejsy pierwszego poziomu PDH.
Model taktowania plezjochronicznego
Nazwa PDH pochodzi od greckiego słowa plesio, oznaczającego „bliski”. W sieci plezjochronicznej zegary mają zbliżone częstotliwości i pracują niezależnie, bez wspólnego blokowania fazy.
Każdy multiplekser i centrala cyfrowa w sieci PDH ma własny dokładny zegar. Między zegarami pozostają małe różnice częstotliwości. Po połączeniu kilku strumieni o nieco różnych przepływnościach, zwanych dopływami, w jeden strumień o wyższej przepływności ich taktowanie bitów nie jest stałe.
Justyfikacja i dopełnianie bitów
PDH kompensuje tę różnicę taktowania za pomocą techniki zwanej lub dopełnianiem bitów. Multiplekser strumienia wyższego rzędu pracuje z niewielką nadwyżką względem sumy nominalnych przepływności dopływów. Dodatkowa pojemność służy do wstawiania bitów dopełnienia przed przeplotem, zgodnie z chwilową różnicą taktowania. Bity kontrolne informują demultiplekser, czy wstawiony bit należy zachować, czy odrzucić.
Justyfikacja pozwala multipleksować dopływy z niezależnymi zegarami. Informacja sterująca oraz zmienne położenie bitów dopełnienia zwiększają złożoność implementacji i ograniczają bezpośredni dostęp do strumieni niższego rzędu.