Transmisijski sustavi
doc. dr. sc. Winton Afrić
Split , 2008.
Predgovor autora.
Sadržaj: Predgovor autora. ....................................................................................................................... 2 Uvod ........................................................................................................................................... 5 1. Prijenos digitalnih signala ...................................................................................................... 6 2. Arhitektura transmisijskog sustava ...................................................................................... 16 2.1. Topologija transmisijskih sustava ................................................................................. 18 2.1.1. Točka-točka............................................................................................................ 18 2.1.2. Kaskada ili lanac .................................................................................................... 19 2.1.3. Prstenasta struktura ................................................................................................ 19 2.1.4. Miješana struktura .................................................................................................. 20 2.2. Struktura transmisijskog uređaja................................................................................... 20 2.3. Kontrola toka prometa transmisijskim sustavom .......................................................... 21 2.4. Transmisijski uređaji i njihova uloga u mreži. .............................................................. 22 2.4.1. Krajnji multipleksor ............................................................................................... 23 2.4.2. Add/drop multipleksor ........................................................................................... 23 2.4.3. Cross Connect uređaj ............................................................................................. 24 3. Transmisijski sustavi TDM tehnologije. ............................................................................. 25 3.1. Transmisijski sustavi temeljeni na PDH( svjetlovodi i radio prijenos)......................... 26 3.1.1. PCM PDH Hijerarhija ........................................................................................... 26 3.1.2. PDH transmisijski uređaji i sustavi. ....................................................................... 28 3.2. Transmisijski sustavi temeljeni na SDH(SONET/SDH) svjetlovodni i radio prijenos. 32 3.2.1. SDH hijerarhija ...................................................................................................... 32 Kazalo administrativne jedinice (AUPTR) ...................................................................... 35 Skup korisničkih informacija ........................................................................................... 36 3.2.2. Označavanje kod popunjavanja STM-1 okvira...................................................... 39 VC numeriranje ................................................................................................................ 41 3.2.3. Prijenosne brzine u SDH/SONET .......................................................................... 42 3.2.4. SDH uređaji............................................................................................................ 43 3.2.5. Primjer Alcatel-ovog uređaja iz obitelji OPTINEX 1650 SMC............................. 45 3.2.6. Putanje linijskih signala i sustavi zaštite u prijenosu ............................................. 54 3.2.7. Planiranje i projektiranje PDH i SDH transmisijskih sustava................................ 59 3.3. Transmisijski sustavi za prijenos Ethernet signala........................................................ 73 3.3.1. Ethernet transmisijski sustavi................................................................................. 76 3.3.2. Prijenos Etherneta preko SDH ............................................................................... 77 4. Svjetlovodni transmisijski sustavi sa više valnih duljina ..................................................... 84 4.1. Spektar signala DVDM, CWDM i hibridnih uređaja.................................................... 84 4.1.1. DWDM................................................................................................................... 86 4.1.2. CWDM ................................................................................................................... 87 4.1.3. Hibrid CWDM-a i DWDM-a ................................................................................. 87 4.2. Osnovne komponente WDM uređaja............................................................................ 88 4.2.1. Optički multipleksori.............................................................................................. 88 4.2.2. Transponderi........................................................................................................... 88 4.2.3. Muksponderi........................................................................................................... 89 4.2.4. Kompenzatori kromatske disperzije....................................................................... 89 Što rješavamo DWDM i CWDM odnosno hibridnim sustavima......................................... 89 2. Koliku količinu prometa očekujemo i kakav će to biti promet? ...................................... 94 3. Kakova će biti topologija Metro DWDM mreže? ............................................................ 95 4. Kako želimo upravljati s kapacitetima i prometom Metro DWDM mreže? .................... 97
5. Kako prezentirati zahtjev u tender dokumentaciji?.......................................................... 97
Uvod
1. Prijenos digitalnih signala Prije nego sagledamo što je prijenos digitalnih signala, potrebno je kazati što digitalni signal u svojoj logičkoj osnovi jest. U logičkom smislu digitalni signal je serija binarnih brojeva koja opisuje određeni tip ulaznog analognog signala. Prijenos digitalnog signala je prijenos informacije od izvora do ponora informacije u kojem se prenose uzastopne serije binarnih brojeva.
Slika 1. 1. Digitalizacija analognog signala ili formiranje serije dekadskih brojeva koji opisuju signal
Tabela 1.1. Kodna tabela pretvorbe dekadskih u binarne brojeve Dek. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Binarni 00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000 00001001 00001010 00001011 00001100 00001101 00001110 00001111
Dek. 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Binarni 00010000 00010001 00010010 00010011 00010100 00010101 00010110 00010111 00011000 00011001 00011010 00011011 00011100 00011101 00011110 00011111
Dek. 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Binarni 00100000 00100001 00100010 00100011 00100100 00100101 00100110 00100111 00101000 00101001 00101010 00101011 00101100 00101101 00101110 00101111
Slika 1. 2. Formiranje binarnog signala
Binarni brojevi koji opisuju izvornu informaciju, su dužine n binarnih znakova (u primjeru sa slike 1.2. osam znakova). Uzastopni slijed digitalnog signala, je uzastopni slijed binarnih brojeva. Da bi na prijemnoj strani mogli pravilno očitati slijed binarnih brojeva potrebno je znati gdje počinje i gdje završava pojedini binarni znak (broj). To podrazumijeva organizaciju digitalnog signala na nivou strukture, tu organizaciju nazivamo sinkronizam strukture. Binarni znakovi sastoje se od jedinica (1) i nula (0). Prostor binarnog znaka (bita) je prostor u kojem je upisana logička jedinica ili nula. U prijenosu digitalnih signala, od izuzetnog značaja je pravilan ritam očitavanja binarnih znakova. Ritam očitavanja binarnih znakova mora biti istovjetan ili podudaran sa ritmom dolaska binarnog slijeda. To podrazumijeva sinkronizaciju na nivou bita. Dakle u prijenosu digitalnih signala imamo dva tipa sinkronizma; - sinkronizam na nivou strukture i - sinkronizam na nivou bita.
Sinkronizacija na nivou strukture digitalnog slijeda ostvaruje se na način da se grupa binarnih znakova (najčešće bajtova koji su binarni brojevi od 0 do 255) formira u takozvani okvir (frame). Okvir je brojevna struktura (struktura binarnih brojeva) uvijek jednake dužine i istovjetnog vremenskog trajanja. Ova struktura se uzastopno ponavlja u prijenosu. No, na početak te strukture postavlja se sinkroriječ (zastavica), to jest binarni broj, koji svojim uzastopnim ponavljanjem u ciklusu trajanja strukture ∆τ otkriva njen točan početak. Sama struktura se sastoji od N binarnih riječi od kojih je svaka dužine n znakova (najčešće osam bita) može biti sačinjena iz istog izvora informacije, pa tada govorimo o paketu ili od različitih izvora informacije, pa tada govorimo o multipleksiranom signalu. Pogledajmo primjer na slici 1.3. Koji nam pokazuje formiranje prijenosne strukture E1 ili primarnog PCM signala. 125 µs 3,90625 µs
R
0
0
0
1
2
3
4
5
1
1
0
1
1
RAM No 0,2,4,6,......14
R
R
15
16
17
0
0
R
30
31
0,48828 µs
R
1
A
R
R
R
RAM No 1,3,5,......15
0
0
R
R
R
S
S
RAM No O
0,48828 µs
S
S
S
KANAL No 1-15
S
S
S
RAM No 1,2,....15
KANAL No 17-31
2 ms 0
1
2
15 Multiokvir
Slika 1. 3. Struktura digitalnog multipleksa primarne grupe ili signala od 2.048 Mbit/s.
Kod digitalizacije ljudskog govora (u telefoniji) uzima se telefonski govorni kanal analogne širine od 0 do 4 KHz. Po teoremu o uzimanju uzoraka, frekvencija signala za uzimanje uzoraka (uniformnog impulsnog slijeda) mora biti najmanje dva puta veća od najviše gornje granične frekvencije analognog signala. Dakle, frekvencija uzimanja uzoraka je 8 KHz. Što znači da se jedan uzorak analognog signala uzima svakih 125 µs. U tih 125 µs
jedan uzorak ljudskog govora predstavlja se sa osam bita informacije (sa binarnim brojem između 0 i 255 koji opisuje visinu uzorka). Kod multipleksirana gdje istovremeno na liniju želi poslati više govornih kanala (30 govornih kanala u primjeru sa slike 1.3.) formira se struktura okvira koja također traje 125 µs. Tu strukturu generalno dijelimo na 32 podintervala od kojih svaki traje 3,9 µs. U tim podintervalima prenosit će se pojedini govorni kanali, dakle osam bita koji predstavljaju velićinu uzorka pojedinog govornog kanala. Prvi govorni kanal prenosit će se u prvom podintervalu i uvijek će se ponavljati na tom mjestu u strukturi i tako redom. Šesnaesti podinterval je izvorno bio namijenjen prijenosu signalizacije, za što se i danas može ali i ne mora koristiti. Na taj način u 125 µs prenosimo 30 govornih kanala, a svaki pojedini bit traje 0.448 µs. Međutim da bi smo mogli u prijemnom toku bita razlučiti što su biti koji pripadaju prvom kanalu a što biti koji pripadaju j-tom kanalu u nulti kanal se postavlja sinkroriječ. Sinkroriječ koja se postavlja u nultom kanalu ima dvije kodne kombinacije koje se izmjenjuju (jedna nastupa u svim parnim okvirima a druga u svim neparnim okvirima). Kada prijemnik otkrije te sinkroriječi i konstatira da se one naizmjenično ponavljaju svakih 250 µs tada zna koji biti pripadaju kojem kanalu to jest što su kodne riječi (bajtovi). Sinkronizam na nivou strukture je izuzetno značajan jer on omogućava pravilno čitanje logičkih znakova (bajtova).
Slika 1. 4. Logička organizacija i sinkronizacija digitalnog signala
Sinkronizam na nivou bita znači procjenu pravilnog trenutka očitanja stanja signala, to jest pravilnu procjenu informacije da li je logička jedinica ili logička nula. U digitalnom prijenosu, na kraju prijenosne linije moramo ustanoviti da li se na mjestu logičkog bita nalazi logička jedinica ili logička nula. Na slici 1.5. prikazan je prijenos AMI kodom. Slika 1.5. a) prikazuje izvorni oblik digitalnog signala koji se šalje na liniju, to je u našem primjeru logička
kombinacija 100101110. Prilikom prijenosa preko svake linije dolazi do izobličenja ili distorzije impulsa (Slika 1.5. (b), na kraju linije potrebno je očitati logička stanja signala te ustanoviti izvorni binarni slijed.
Slika 1. 5 Pogreška koja nastaje uslijed nepravilnog ritma očitanja.
Na slikama 1.5.c) prikazan je slučaj pravilnog ritma očitavanja signala a na slici 1.5. d) nepravilan ritam očitavanja digitalnog slije. Zbog nepravilnog ritma očitavanja došlo je do pogrešne interpretacije dolaznog digitalnog slijeda, te je izvorna informacija shvaćena kao kodna kombinacija 100110100, dakle pogrešno.
Sinkronizam na nivou bita podrazumijeva pravilni ritam očitanja dolaznog digitalnog slijeda. U ranom razvoju digitalne tehnologije i digitalnih transmisijskih sustava, digitalni prijenosni linkovi činili su zasebne otoke digitalnih struktura koji su započinjali i završavali analogno digitalnom konverzijom signala. Tada je na snazi bila pleziohrona digitalna hijerarhija, a uređaji su se u radu oslanjali na vlastite generatore takta. Sinkronizam na prijemnoj strani temeljio se je na ekstrakciji dolaznog takta iz dolaznog signala. No, u slučaju da dolazni slijed sadrži veliki broj nula moglo se je desiti da dođe do gubitka sinkronizma. Zbog toga se je u prijenosu primjenjivao postupak skrembliranja koji je za osnovni cilj imao postizanje statistički po broju jedinica i nula uravnoteženog signala bez obzira na izvornu informaciju dolaznog slijeda. (Skrebliranje je postupak miješanja [sume po modulu dva] izvornog slijeda informacije sa pseudo slučajnim nizom, deskrembler dolazni skremblirani slijed ponovno zbraja sa istim pseudo slučajnim nizom kako bi ga povratio izvorni oblik informacijskog slijeda).
Prijemni uređaj
Ekstraktor dolaznog takta
Lokalni generator takta
Slika 1. 6 Blok struktura ekstrakcije takta učestalosti digitalnog signala
Danas uvođenjem sinkrone digitalne hijerarhije i formiranjem globalne digitalne mreže uspostavlja se jedinstven takt u cijeloj mreži, te se svi predajni i prijemni uređaji sinkroniziraju na isti takt. Dakle takt se više ne ekstrahira iz dolaznog slijeda nego se razvodi po mreži. Zbog toga sve SDH strukture prijenosa moraju biti sinkronizirane na master takt. Takt se razvodi kao osnovni signal od 2,048 MHz, a u pojedinim slučajevima moguća je sinkronizacija strukture i sa taktom od 2,048 Mbit/s (četvrtastim taktom). Danas gotovo svi SDH uređaji imaju mogućnost da im se privede master takt ili da ga prenesu dalje. Oni SDH uređaji koji nemaju tu mogućnost ne mogu samostalno formirati SDH strukture prijenosa već mogu raditi samo kako podređeni uređaji u ukupnoj strukturi u kojoj mora postojati barem jedan uređaj koji ima ovu mogućnost. O ovim detaljima više objašnjenja ima u dijelu koji obrađuje SDH transmisijske uređaje. Gubitak takta kod SDH ili ispad sinkronizma kod PDH uvijek dovodi do prekida rada transmisijskog sustava. Međutim, pravilno očitavanje signala ne ovisi samo o odabiru pravilnog trenutka (taktu), ono ovisi također i o deformaciji dolaznog slijeda u prijenosu ili o distorziji. Distorzija ne smije biti takova da su moguće sve trajektorije u dolaznom slijedu digitalnog signala. Mora biti uvijek prisutan takozvani otvor oka signala. Ako bi smo na osciloskopu promatrali dolazni digitalni slijed, tada bi se uzastopnim iscrtavanjem dolaznog signala dobilo takozvano oko, to nam zorno prikazuje slika 1.7.
Slika 1. 7. Otvor oka signala
Što je digitalni signal brži (veće učestalosti) to je distorzija (ili disperzija) signala veličina o kojoj više treba voditi računa. Kod digitalnih prijenosnih uređaja koji rade preko svjetlovoda, a čija je brzina rada reda veličine 10 GHz distorzija odnosno disperzija signala postaje dominantan faktor koji ograničava udaljenost koja se može premostiti. Digitalni signal, koji se sastoji od binarnih znakova (nula i jedinica) prenosi se preko digitalnog prijenosnog sustava. Digitalni prijenosni sustav, koristi jedan od medija prijenosa, to može galvanski vodič koji prenosi električnu struju, svjetlovod koji prenosi svjetlosni impuls ili se prijenos digitalnog signala vrši slobodnim prostorom (radio prijenos). Kod prijenosa digitalnih signala različitim tipovima i vrstama medija, vrši se prilagođavanje oblika digitalnog signala određenom tipu prijenosnog medija. Prilagodba digitalnog signala tipu i vrsti prijenosnog medija najčešće se naziva linijskim kodiranjem digitalnog signala. Svjetlovodne trase odlikuju se samo sa dva stanja; ima svjetla, nema svjetla. Pa se na primjer logička jedinica može prikazati sa stanjem ima svjetla, a logička nula sa stanjem nema svjetla. Takav oblik linijskog kodiranja nazivamo NRZ kodom (never retro zero) . Modulacija svjetla NRZ digitalnim signalom može se shvatiti kao potpuna digitalna amplitudna modulacija, gdje je val nosioc svjetlosni signal. Svjetlovodi su stabilan prijenosni medij, medij koji ne prouzrokuje uplive pogrešaka. Transmisijski sustavi značajnijih kapaciteta i gotovo svi SDH sustavi koriste svjetlovod kao prijenosni medij. SDH transmisijski kapaciteti prijenosa STM1, STM4, STM16 i STM64 uporabom jednorodnih optičkih vlakana prenose signale na udaljenosti većim od 120 km (za standardno optičko vlakno). Ni jedan drugi prijenosni medij ne može prenijeti te i tolike kapacitete na tu udaljenost. NRZ signal sadrži istosmjernu komponentu, što ne odgovara galvanskim vodovima zbog njihovih možebitnih kapacitivnih veza. Zbog toga se kod galavanskih vodova u prijenosu digitalnog signala koriste kvazi ternarni kodovi kao što su AMI i HDB3 (linearni i nelinearni) ili digitalni signal kod kojeg se logička jedinica predstavlja sa nekim negativnim naponom ili strujom, a logička nula sa pozitivnim naponom ili strujom. Što je također binarni linijski kod. Upravo ovakav binarni linijski kod koristi se kao pobudni kod kod modulacijonih postupaka u radio prijenosu.
Slika 1. 8 Prilagodba oblika digitalnog signala zahtjevu linije ili linijsko kodiranje
Svjetlovodne trase su izuzetno otporne na upliv šumova, zbog toga svjetlovod predstavlja stabilni prijenosni medij, a digitalni transmisijski sustavi koji rade na svjetlovodnim nitima kao prijenosnom mediju uglavnom rade bez pogrešaka, ili ako dođe do kvara pogreška je potpuna (kvar na uređajima ili prekid svjetlovodne trase). Galvanski vodovi su zbog osjetljivosti na elektromagnetske smetnje znatno podložniji uplivu šuma pa samim tim i greški pri prijenosu. No, okruženje koje unosi najveći broj pogrešaka je radio okruženje. Radio prijenos digitalnog signala, podložan je uplivu šuma koji se manifestira kao eksplozija pogrešaka. Zbog toga se kod radio prijenosa primjenjuju dodatni postupci zaštite u prijenosu, a to su; zaštitno kodiranje signala i ispreplitanje signala. Zaštitno kodiranje je postupak grupiranja digitalne informacije u paket kome se dodaju redudantni biti. Svrha dodavanja redundantnih bita je ispravljanje ili samo detekcija pogrešaka u prijenosu. Zaštitno kodiranje povećava linijsku brzinu prijenosa zbog unesenih redudantnih bita, a vrši se na nivou strukture (paketa). Dodavanjem veće broja zaštitnih bita ostvaruje se veća zaštita u prijenosu ali se povećava i brzina prijenosa.
Slika 1. 9 Dodavanje redudantnih bita u prijenosu
Postoji jako puno različitih kodova koji se koriste u svrhu zaštitnog kodiranja, no ovdje ih nećemo posebno analizirati. Važno je uočiti činjenicu da se kod prijenosa digitalnih signala (najčešće radio sučeljem) zaštitno kodiranje primjenjuje kao jedan od standardnih postupaka. Primjena k zaštitnih bita nad ukupnim skupom od n bita informacije formira paket od n+k bita u prijenosu kod kojeg je moguće popraviti t pogrešno prenesenih bita ili samo konstatirati grešku u prijenosu nad p bita, gdje je p>t. Greška koja nastupi u prijenosu ne bi smjela biti duža od t bita (onog broja bita koji se može popraviti kada su pogrešno preneseni – to ovisi od stupnja zaštitnog kodiranja kao i od primijenjenog zaštitnog kodnog postupka). Ispreplitanje signala je postupak kojim se praskovite greške u prijenosu razbijaju u vremenskom smislu na onu veličinu koja se primijenjenim zaštitnim kodiranjem dade korigirati. Ispreplitanje signala se primjenjuje u radio prijenosu digitalnih signala, jer je to okruženje koje je podložno praskovitim pogreškama. Ispreplitanje signala zahtijeva prethodnu obradu dijela digitalnog signala (nekoliko struktura) te zbog toga uzrokuje kašnjenje signala zbog njegove obrade. Veći stupanj ispreplitanja signala unijeti će veće vremensko kašnjenje informacije, ali će omogućiti primjenu manjeg stupnja zaštitnog kodiranja signala, dakle manje će se povećati brzina u prijenosu digitalnog signala i obrnutu. Ispreplitanje signala je zorno prikazano na slici 1.10. Od više informacijskih pakea uzimajući njihove manje dijelove formiraju se prijenosni kapaciteti. Kada u prijenosu nastupi pogreška koja uništi jedan paket, na prijemu će se u izvornim paketima pojaviti pogreška koja po svojoj veličini može biti ispravljena. Na primjer u GSM prijenosu, ispreplitanje se vrši u više stupnjeva a omogućava potpunu korekciju greške koja bi nastala gubitkom jednog prijenosnog praska (paketa od 114 bita zaštićene informacije). Ispreplitanje je složeni postupak iako ga slika 1.10. prikazuje u najjednostavnijoj formi osnovne ideje.
Slika 1. 10 Postupak ispreplitanja signala radi vremenskog razbijanja pogreške.
Prijenosni medij kojim se prenosi digitalni signal odlikuje se pojmom informacijski volumen prijenosnog medija. Informacijski volumen prijenosnog medija je količina informacije koju može prijenosni medij prenijeti. Informacija koja se nudi na prijenos mora biti manja ili jednaka informacijskom volumenu prijenosnog medija kako bi je ovaj uopće mogao prenijeti. Kada govorimo o digitalnim transmisijskim sustavima tada se informacijski volumen transmisijskog sustava izražava samo na jedan jedini način a to je količinom bita koji mogu biti preneseni u jedinici vremena (jednoj sekundi). Suvremeni transmisijski sustavi kojima se povezuju glavna komunikacijska čvorišta, ne prenose informaciju samo sa jednog izvorišta do jednog ponora informacije. Suvremeni transmisijski sustave prenose veliki broj različitih informacija (komunikacijskih kanala). Sve te informacije u ukupnoj strukturi digitalnog signala moraju biti složen na odgovarajući način. Taj način slaganja više logičkih komunikacijskih kanala u jedan transmisijski tok nazivamo multipleksiranjem digitalnog signala. U trenutku kada se digitalni signal šalje na prijenosnu liniju on je bez obzira na oblik linijskog i zaštitnog kodiranja oštrih bridova u prilazima između stanja logičke jedinice i logičke nule. Kako se prenosi uzduž prijenosne linije gubi se postupno ta oštrina prijelaza, dolazi do disperzije signala, ili disperzije impulsa. Disperzija signala je uvjetovana različitim fizikalnim stanjima prijenosnog medija. Da bi otklonili smetnju koju uvjetuje disperzija digitalnog signala u određenoj točki prijenosa (u kojoj smatramo disperziju graničnom) vršimo potpuno obnavljanje izvornog oblika signala koju nazivamo regeneracijom signala, a uređaj u toj točki regeneratorom. Većina suvremenih prijenosnih sustava velikih kapaciteta danas koriste kao prijenosni medij svjetlovodne niti, sustavi nešto manjih kapaciteta prijenosa i/ili transmisijski sustavi za pristup krajnjih korisnika koriste kao prijenosni medij galvanske kabele i/ili radio veze.
2. Arhitektura transmisijskog sustava Pitanje je; Što su to u ukupnoj arhitekturi telekomunikacijskog sustava transmisijski sustavi? Općenito suvremena telekomunikacijska mreža hijerarhijski je organizirana u dvije ravnine; 1. transportnu i 2. pristupnu razinu.
Slika 2. 1. Suvremeni ustroj telekomunikacijske mreže
U transportnoj razini telekomunikacijske mreže nalaze se čvorovi koji su međusobno povezani. Transportnu razinu telekomunikacijske mreže povezuju transmisijski sustavi. Pristupna razina povezana je na transportnu razinu mreže, ovu povezanost često nazivom agregacijskom povezanošću, a mrežu koja ona čini agregacijskom mrežom. Ova povezivanja, ali ne uvijek, ostvaruju se također transmisijskim sustavima (osim u slučajevima kada se u fizičkom smislu pristupni čvor i čvor transportne razine nalaze na istom mjestu ili predstavljaju isti čvor. Pristupna razina telekomunikacijske mreže omogućava pristup krajnjih korisnika telekomunikacijskoj mreži. Krajnji korisnici na različite načine pristupaju telekomunikacijskoj mreži, ali u tom pristupu iako se koriste metode i postupci, pa čak ponekad i uređaji koji se obuhvaćaju pojmom transmisijski uređaji (veliki korisnici), ne možemo govoriti o transmisijskim sustavima u klasičnom smislu te riječi. Dakle osnovni zadatak transmisijskih sustava je povezivanje čvorova u mreži. Kako čvorovi nisu ni izvori ni ponori informacije (izvori i ponori informacije su krajnji korisnici i različiti poslužitelji u mreži) to se transmisijskim sustavima prenosi multipleksirani ili složeni signal. Multipleksirani ili složeni signal koji se prenosi transmisijskim sustavom može biti
statički i dinamički multipleksiran. multipleksirana struktura signala može biti kruta i/ili fleksibilna. U praktičnom smislu transmisijski sustavi se danas rijetko izvode kao transportni sustavi točka – točka, ono najčešće povezuju veći broj čvorišta sa mogućnošću definiranja prometnih tokova među njima, među čvorovima (upravljivi promet po kapacitetu i smjeru). Transmisijski sustavi se odlikuju ukupnim maksimalnim kapacitetom (prometnim tokom kojeg mogu propustiti ili prenijeti). Da bi ostvarili osobine upravljivosti prometnim tokovima, te agregiranja manjih kapaciteta na veće, transmisijski uređaji osim što imaju svojstvo prijenosa signala na liniju imaju mogućnost usložnjavana ili multipleksiranja signala, oni su ujedno najčešće i multipleksni uređaji. Uređaji koji su isključivo transmisijski uređaji danas su još samo poneki radio relejni uređaji namijenjeni povezivanju točka-točka. Dakle jedno od bitnih svojstava suvremenih transmisijskih uređaja je uz prijenos informacije na liniju i njeno oblikovanje ili multipleksiranje te upravljivost prometnim tokovima Većina suvremenih transmisijskih sustava omogućava i alternativne putove signala. Što to znači? Danas u povezivanju velikih čvorišta mora postojati sigurnost prijenosa informacije, zbog toga se sustavi kreiraju na takav način da se u slučaju pada glavnih prijenosnih pravaca signala osiguravaju alternativne staze kroz mrežu. Ovaj postupak se naziva zaštita ili protekcija u prijenosu. Dakle transmisijski sustavi su sustavi koji omogućavaju: - multipleksiranje ili slaganje signala, - prijenos signala preko određenog tipa ili vrste prijenosnog medija, - zaštitu prijenosa signala od prekida prometa. Čvor mreže
Čvor mreže Razina M u Razina P litiple rije ksa Razina Z nosa ašt i te
Transmisijski sustav Transmisijski sustav
Čvor mreže
Čvor mreže
Slika 2. 2. Arhitektura transmisijskog sustava
Čvor mreže
2.1. Topologija transmisijskih sustava Transmisijski sustavi povezuju čvorišta mreže, toplogija povezivanja može biti različita; - točka – točka, - kaskada ili lanac, - prstenasta topologija i - miješana topologija.
2.1.1. Točka-točka Konfiguracija točka - točka u transmisijskim sustavima bila je karakteristična i vrlo česta u prethodnim vremenima razvoja telekomunikacijskih sustava. Nju su često ostvarivali analogni transmisijski sustavi, te PDH digitalni transmisijski sustavi. Najčešće se je ovo topološko rješenje sustava koristilo u direktnom povezivanju pojedinih čvorišta mreže. Na primjer; povezivanju krajnje s čvornom, čvorne sa glavnom, glavne s tranzitnom ili kod povezivanja centrala u tandem radu. Transmisijskim uređajem prikupljao se je promet za izravno povezivanje na drugi čvor u hijerarhijskoj strukturi klasične telekomunikacijske mreže.
Slika 2. 3. Topologija transmisijskog sustava točka - točka
Danas se ovakva topološka struktura često sreće kod primjene niskokapacitivnog povezivanja s PDH prijenosnim uređajima. Na primjer; kada se na nekoj točki mreže nalazi nekoliko baznih postaja GSM-a , Vipneta, T- Mobile i Tele 2. Svaka bazna postaja zahtjeva konekciju sa jednom PG PDH tehnologije ili 2,04889 Mbit/s. Dakle, potrebno je sa jedne točke privesti promet od 3xE1, u točku više koncentracije u kojoj će se taj promet dalje preusmjeriti (prema lokacijama na kojima su područni kontroleri pojedinih GSM operatera). U slučaju da je ta točka na višu povezana svjetlovodom, a da udaljenosti nije prevelika može se koristiti uređaj OLTE8 (Optical Line Transmission Equipment - koji električki koaksijalno 75 ohm-skim kabelima prima četiri PG PDH i multipleksira ih na 8,448 Mbit/s odnosno SG PDH te ih uz dodatno zaštitno kodiranje šale na svjetlovodnu liniju).
Slika 2. 4. Primjer topologije točka-točka ostvaren uređajem OLTE 8
2.1.2. Kaskada ili lanac Kaskada ili lanac kao topološka struktura ostvaruje se kada imamo čitav niz stanica u nizu koje je potrebno povezati. Ovakva složenija topološka struktura karakteristična je za SDH transmisijske sustave i to onda i samo onda kada se ne može uspostaviti struktura prstena. Također u povezivanju Ethernet ransmisijske opreme (preklopnika ili usmjerivača) javljaju se ovakve transmisijske strukture.
Slika 2. 5. Topologija transmisijskog sustava kaskada ili lanac
PDH transmisijska tehnologija mogla je ostvarivati i ovakve prijenosne topološke strukture, ali ne sa jednim transmisijskim uređajem po stanici već sa čitavim nizinom multipleksnih i linijskih uređaja u stanicama. Tada se u osnovi radilo o ulančanim strukturama točka-točka.
2.1.3. Prstenasta struktura Kako za SDH promet tako i za Ethernet promet u suvremenim mrežama uz miješane strukture karakteristične su i strukture prstenastih konfiguracija. Kod ovakvih struktura u slučaju prekida prstena, struktura nastavlja trenutačno svoj rad u linijskoj konfiguraciji, te ne dolazi do prekida prometa.
Slika 2. 6. Topologija transmisijskog sustava prsten
2.1.4. Miješana struktura Danas su najčešće u primjeni miješane mrežne topologije transmisijskih sustava na slici 2.7. prikazan nam je primjer jedne takove strukture. Da bi se ovakva struktura mogla uspostaviti potrebno je da transmisijski uređaji imaju mogućnost fleksibilne nadogradnje većeg broja većeg broja linijskih sučelja. Ovakve strukture su podesne jer za pojedine signale omogućavaju veći broj protekcijskih staza, te daljinsko upravljanje i nadzor nad prometom.
Slika 2. 7. Topologija transmisijskog sustava miješane strukture
2.2. Struktura transmisijskog uređaja Da bi suvremeni transmisijski uređaj mogao raditi u strukturi transmisijskog sustava, on mora sadržati neke osnovne dijelove, blokove ili sučelja. Osnovna blok struktura transmisijskog uređaja prikazana je na slici 2.8.
Slika 2. 8. Blok struktura transmisijskog uređaja
Svaki transmisijski uređaj mora imati jedno ili više prometnih sučelja. Prometna sučelja mogu biti različita što ovisi o prometu koji se povezuje (koji se agregira u čvorištu).
Prometna sučelja mogu biti i najčešće jesu PDH prometna sučelja (E1, E3 i druga) , SDH prometna sučelja (STM1. STM4 i druga) ili Ethernet prometna sučelja (100 Mbit/s, Gbit/s, i druga). Prometna sučelja kod suvremenih transmisijskih uređaja najčešće se izvode kao modularna, to jest prema trenutačnim prometnim potrebama pojedine veze, postavlja se jedan ili neki drugi tip prometnih sučelja u isti uređaj. Uređaj, također, mora posjedovati i jedno ili više linijska sučelja. Linijska sučelja kod uređaja koji rade na svjetlovodnim linijama nazivaju se svjetlovodnim ili optičkim agregatima. Za galvanske linije koriste se takozvani električki agregati. Kada je linija ostvarena usmjerenom radio vezom, tada se najčešće koriste električki agregati s kojima se vrši povezivanje na radio uređaj. Pojedini tipovi transmisijskih uređaja (SDH uređaji) posjeduju i takozvanu komutacijsku matricu, na komutacijskoj matrici moguće je preslagivanje i preusmjeravanje prometnih tokova, te je ona jedan od najvažnijih elemenata upravljanja prometom u suvremenim SDH strukturama. Jedan od bitnih blokova suvremenih transmisijskih uređaja je i mogućnost dovođenja ili odvođenja signala sinkronizma (2,048 MHz ili 2,048 Mbit/s). Dovoljno je na jedan uređaj u ukupnoj strukturi transmisijskog sustava dovesti signal sinkroinizma da bi se cijela struktura našla pod sinkronizmom, te da bi se iz bilo kojeg drugog uređaja unutar strukture sinkronizam mogao izvesti i s njime izvršiti sinkronizacija neke druge odvojene transmisijske strukture. Nužno ovaj blok nemaju svi transmisijski uređaji, uređaji PDH tehnologije ga uopće nemaju, oni se sinkroniziraju jedan na drugoga ekstrakcijom takta iz dolaznog signala. Uređaji SDH tehnologije također ponekad nemaju mogućnost dovođenja i odvođenja signala sinkronizma, ali tada ovi uređaji ne mogu samostalno formirati strukturu transmisijskog sustava, već moraju biti u strukturi s uređajima koji imaju ovu mogućnost (dovođenjem signala sinkronizma na barem jedan uređaj u transmisijskoj strukturi čitava je struktura sinkronizirana). Ethernet sam po sebi je asinkrona tehnika prijenosa, no kod suvremenih transmisijskih uređaja Etherneta vrši se sinkronizacija prijenosne brzine radi lakšeg rada uređaja, ponekad govorimo o sinkronom Ethernetu. Daljinski nadzor i upravljanje. Mreža daljinskog nadzora i upravljanja kod svih suvremenih transmisijskih uređaja je Ethernet mreža. Mrežu daljinskog nadzora i upravljanja potrebno je privesti na barem jedan uređaj u transmisijskoj strukturi kako bi cijela struktura bila pod nadzorom. No, taj nadzor nije aromatski, da bi on uopće bio moguć potrebno je da svaki transmisijski uređaj u strukturi ima svoji IP adresu koja nije slobodna za postavljanje već se definira prema razvoju mreže i sustava daljinskog nadzora i upravljanja.
2.3. Kontrola toka prometa transmisijskim sustavom U kaskadnim strukturama, strukturama prstena i u linijskim strukturama promet mora biti upravljiv. Sav promet mreže ne terminira uvijek u istu točku, a prometna povezanost posjednih čvorišta može biti najrazličitija i mijenjati se u vremenu. Jedan primjer distribucije prometnih tokova unutar mreže prikazan nam je na slici 2.9.
Slika 2. 9 Primjer usmjeravanja prometnih tokova.
Na primjer; u pojedinoj točki mreže na transmisijskom uređaju prikupljamo terminalni promet koji se sastoji od više signala E1 i jednog signala E3. No, različiti signali E1 koji se prikupljaju u promatranom čvorištu terminiraju u različitim točkama jer u osnovi bez obzira na isti oblik mogu nositi različiti promet. Na primjer; u čvorištu A ili stanici A, možemo imati sljedeću ilustrativnu sliku terminalnog prometa: • • • • • • •
1x E1 (ATM signal upakiran u E1 za povezivanje bankomata banke XXXX), 2x E1 GSM T- Mobile 1xE1 GSM Vipnet 4xE1 UMTS T-Mobile 4xE1 UMTS Vip Net 6x E1 (RSS – PCx) 1x34 (Ethernet za Metro Ethernet uslugu)
Dakle, u čvorištu iz primjera prikupljamo 18 grupa E1 i jednu grupu E3, međutim, taj promet prenoseći se kroz mrežu i «iskrcava» se na različitim čvorištima. Dakle, treba ga prenijeti do različitih odredišta (čvorova) unutar transmisijske mreža.
2.4. Transmisijski uređaji i njihova uloga u mreži. U telekomunikacijskim sustavima transmisijski uređaji mogu imati i imaju različite funkcije. Transmisijski uređaji mogu obavljati funkciju; - krajnjeg ili terminalnog multipleksora, - linijskog add/drop multipleksora i - cross – conect uređaja.
U mnogim transmisijskim strukturama jedan te isti uređaj može obavljati više ovih funkcija zajedno.
2.4.1. Krajnji multipleksor Krajnji ili terminalni multipleksor transmisijske mreže, je transmisijski uređaj postavljen u udaljenu stanicu sa zadatkom, da prikupi terminalan promet. U osnovi taj terminalni promet može biti različit, a zadatak terminalnog multipleksora je da ga složi u jedinstven signal. Primjer transmisijskog uređaja u funkciji terminalnog multipleksora je pokazan na slici 2.10.
Slika 2. 10. Transmisijski uređaj kao terminalni multipleksor
Transmisijski uređaj kao terminalni multipleksor prikuplja različiti terminalni tributarni promet, koji može biti PDH, SDH i/ili Ethernet. Te formira jedinstveni signal za slanje na transmisijsku liniju, odnosno prema transmisijskom sustavu. Ukupno slaganje ili multipleksiranje signala obavlja se preko komutacijske matrice uređaja.
2.4.2. Add/drop multipleksor Transmisijski uređaj može obavljati i funkciju add/drop ili linijskog multipleksora, koji će iz ukupnok toka signala STMx izdvojiti dio (iskrcati) signala. Signal koji se vadi iz ukupnog toka signala sasvim općenito može biti PDH , SDH ili Ethernet. Transmisijski uređaji mogu prenositi i ATM signale, kod prijenosa ATM signala, ATM je pakovan u E1, E3 ili STM1 signal, te se takovi portovi prihvaćaju kao PDH ili SDH portovi u transmisijski uređaj. ATM također može biti emuliran i u Ethernet. Rijetko, gotovo nikad se transmisijskom uređaju privodi rudimentarni ATM signal. Mada je i to moguće.
Transmisijski uređaj kao add/drop ili linijski multipleksor prikazan je na slici 2.11. Slaganje prometa i njegovo izdvajanje također se obavljaju preko komutacijske matrice transmisijskog uređaja.
Slika 2. 11. Transmisijski uređaj kao linijski ili add/drop multipleksor
2.4.3. Cross Connect uređaj Cross-connect uređaji imaju funkciju preslagivanja prometa u svrhu njegova preusmjeravanja. Na primjer iz udaljenih stanica dolaze složeni signali, koji moraju terminirati u različitim tačkama. Signal koji dolazi ima n grupa E1 koje trebaju biti preusmjerene na pristupnu komutaciju, ali ima i k grupa E1 koje trebaju biti usmjerene prema mobilnoj komutaciji, te dio Ethernet prometa koji mora biti usmjeren prema Ethernet čvoru. Takovih udaljenih stanica ima nekoliko i pretpostavimo da iz svake dolazi STM1 signal koji u sebi nosi raznovrstan promet koji mora biti pre-razvrstan i poslan na različite destilacije.
Slika 2. 12. Transmisijski uređaj u funkciji cross-connect uređaja
3. Transmisijski sustavi TDM tehnologije. Pretpostavka je da će daljnjim razvojem ukupne telekomunikacijske mreže u skoroj budućnosti doći do njene potpune preobrazbe u širokopojasnu podatkovnu javnu telekomunikacijsku mrežu. Takovu mrežu nazivamo mrežom sljedeće generacije (NGN- next generation network). Širokopojasna pristupna i središnja mreža dana se ubrzano razvijaju. Nude sve veći asortiman usluga (brzi pristup Internetu, IP TV, IP telefoniju i drugo.). Danas je vrlo izgledno ta će osnovni transportni mehanizam buduće širokopojasne mreže bit temeljen na Ethernet mrežnim rješenjima. Međutim, danas postoji i u eksploataciji je postojeća uskopojasna kanalska mreža (N-ISDN, PSTN) koja nudi, također, široki asortiman usluga. Transmisijski sustavi postojeće uskopojasne digitalne kanalske mreže temelje se na TDMA tehnologiji. Prva rješenja u prijenosu TDM signala bila su vezana uz PDH. Međutim, zbog nedostataka i nefleksibilnosti PDH razvijena je SDH transmisijska tehnologija. Mnogi (laici u telekomunikacijama) koji su u prilici obavljati rukovodne funkcije u telekomunikacijskim uslužnim kompanijama. Samo ovlaš prateći razvojne trendove telekomunikacija i smatrajući da na osnovi perifernih spoznaja o stanjima razvoja telekomunikacijskih sustava poznaju suštinu nadolazećih promjena, dolaze do brzopletih i neutemeljenih zaključaka kako u daljnji razvoj SDH tehnologije ne treba ulagati jer da je to transportna tehnologija koja je vezana uz TDM prijenos i da će kao takova postupno nestati u procesu preobrazbe mreže. Međutim, ozbiljni analitičari i poznavaoci transportne tehnologije, transmisijskih sustava ne dijele to mišljenje. Naravno da svaka tehnologija ljudske komunikacije ima svoj početak, zrelo stanje eksploatacije i nestanak. Predviđanja ozbiljnih i meritornih svjetskih stručnjaka i poznavaoca suštine procesa preobrazbe telekomunikacijskih sustava predviđaju da će SDH transmisija rasti sa postotkom 6% do 8% godišnje u sljedećih pet godina. Na čemu se temelje ta predviđanja ako znamo da dolazi do postupne preobrazbe telekomunikacijske mreže iz kanalske u paketsku iz uskopojasne u širokopojasnu? SDH nije samo transportna tehnologija za prijenos TDM signala i sinkronih signala. SDH kao transportna tehnologija omogućava jednako dobar prijenos asinkronih signala kao što su Ethernet i ATM. Upravo to svojstvo da može prenositi sinkrone i asinkrone signale i to istovremeno kroz jedan jedinstveni sustav, čini je izuzetno podesnom upravo za trenutak transformacije mreže kada u istoj mreži imamo istovremeno sinkrone i asinkrone signale. SDH je razrađena i definirana tehnologija prijenosa koja se temelji na virtualnim kontejnerima. A što će se pakivati u virtualne kontejnere, da li će to biti Ethernet ili ATM ili PDH to je sasvim svejedno. Dapače informacijski prostor virtualnog kontejnera je puno bolje iskoristiv ako se u njega pakuje Ethernet nego PDH. Upravo to svojstvo upravljanja i transporta virtualnih kontejnera kroz mrežu čini SDH transportni mehanizam podesnim za prijenos miješana prometa. SDH kao transportna tehnologija ima razrađene mehanizme zaštite, nadzora nad prometom i sustavom i upravljanja prometom. Zbog toga bez obzira na paušalne procjene sasvim je sigurno da će SDH tehnologija još neko vrijeme imati svoju ekspanziju u telekomunikacijskim mrežama. PDH transmisijska tehnologija je tehnologija povezivanja točka-točka. Ova tehnologija zahtijeva veliki broj svjetlovodnih niti. Danas je veliki broj svjetlovodnih niti zaposjednut postojećim sustavima. Postupnom zamjenom PDH sustava prijenosa sa SDH sustavima prijenosa dovodi do optimizacije iskorištenja postojećih svjetlovodnih niti u postojećim svjetlovodnim kabelima. Dakle SDH tehnologija neće rasti i ekspandirati samo zbog povećanja potreba krajnjih korisnika nego i zbog postupne zamjene PDH periferije sa SDH sustavima.
SDH sustavi formiraju složene transmisijske mrežne strukture, koje omogućavaju potpuni nadzor nad transmisijskom mrežom, protekciju (značajnog) prometa i upravljanje njime. Danas postoje i pokušaji da se korištenjem asinkrone tehnike prijenosa Ethernet prenosi TDM promet. Međutim, ovi pokušaji da se sinkroni promet prenese asinkronom mrežom još uvijek nisu iznjedrili adekvatna tehnološka rješenja. Sasvim je razvidno da će tehnologija asinkronog podatkovnog paketskog prijenosa Ethernet u skoroj budućnosti doživjeti čitav niz promjena. Predviđa se i razvoj takozvanog sinkronog Etherneta, kako bi se preko njega upravo mogli prenosit sinkroni signali, te ugradnja čitavog niza sasvim novih mehanizama koji će omogućiti protekciju prometa u slučaju kvara ili prekida te upravljanje prometom. O ovim stvarima više će se govoriti u poglavlju u poglavlju koje govori o trendovima razvoja transmisijskih sustava. Transmisijski uređaji koji se temelje na TDM tehnologiji mogu biti PDH transmisijski uređaji (starije izvedbe) i SDH transmisijski uređaji (novije izvedbe). PDH transmisijski uređaji još uvijek se dosta koriste, pogotovo za prikupljanje PDH prometa iz udaljenih točaka mreže. (kada je potrebno iz neke udaljen stanice dovesti nekoliko PDH grupa na primjer nekoliko grupa E1). U eksploataciji postoji veći broj PDH uređaja, no danas se kao novi postavljaju gotovo isključivo PDH uređaji malog kapaciteta E2 ili 2xE2 za rad po svjetlovodima i po radio linkovima. Koaksijalni kabeli se više ne koriste za rad ovakvih uređaja, jer zahtijevaju vrlo učestali korak regeneracije pogotovo ako se radi o većim kapacitetima. Suvremena transmisijska mreža u velikom dijelu se temelji na SDH uređajima koji pružaju veliki broj prednosti kao što su; -
Mogućnost vođenja miješanog prometa (PDH, SDH, Ethernet, ATM i drugo) jedinim jedinstvenim transmisijskim sustavom.
-
Mogućnost daljinskog nadzora uređaja i prometa od početne do ishodišne točke.
-
Mogućnost upravljanja i preusmjeravanja prometa,
-
Zaštita prometa od mogućih prekida uvjetovanih kvarovima uređaja, dijela uređaja (pločica ili modula) te od prekida svjetlovodnih linija (pucanja kabela
-
i drugo.
Transmisijska mreža u središnjem dijelu temelji se na SDH strukturi koja može biti vođena i preko WDM sustava radi višestrukog iskorištenja svjetlovodnih kabela, a periferni promet se privodi točka-točka PDH sustava ili ulančanih PDH sustava.
3.1. Transmisijski sustavi temeljeni na PDH( svjetlovodi i radio prijenos). 3.1.1. PCM PDH Hijerarhija 30 TFK (telefonskih kanala) formira se primarna PCM grupa (PG) brzine 2.048 Mbit/s, vremenskog trajanja okvira od 125 µs, s 256 bita po okviru (240 informacijskih bita distribuiranih u 30 pododsječaka). Međutim, ovaj format okvira ne mora uvijek nositi klasični telefonski promet. U ovaj format okvira moguće je smjestiti i promet baznih postaja GSM, ATM ili Ethernet, tada je organizacija unutar okvira PG drugačija.
PG brzine 2.048 Mbit/s (bez obzira što nosi u sebi, koji tip i vrstu prometa i sa kakovom organizacijom) danas predstavlja jediničnu veličinu ili jedinicu koja se prenosi u transmisijskim sustavima. Kroz ukupni transmisijski sustav danas se najčešće sagledava prijenos PG od toče do točke na primjer od lokacije RSS-a na Hvaru do PC (pristupna centrala) u Splitu. Dakle, primarna grupa sa oznakom E1 je danas najčešća ulazna veličina u transmisijski sustav. Od četiri primarne grupe (PG), 4xE1, formira se sekundarna grupa (SG) PCM hijerarhije. SG Europske PCM hijerarhije označava se kao E2. Veliki broj suvremenih linijskih transmisijskih sustava točka-točka na linijskoj strani uređaja proslijede signal E2. No, ovaj signal dalje se ne prenosi ukupnim transmisijskih sustavom (koji je SDH) jer kod SDH tehnologije ne postoji port ili ulaz koji bi prihvaćao E2 grupu (signal)i ova grupa se ne pakuje u STM 1 signal. Nema virtualnog kontejnera koji bi omogućio prihvat i pakovanje E2 signala. Izvorni E2 signal (8,448 Mbit/s), kako je zamišljen po PCM hijerarhiji sadrži 120 TFK. No, pravilnije je za njega kazati da se sastoji od četiri PG (4xE1), jer primarne grupe s kojima se multipleksira (formira) E2 signal mogu nositi i najčešće nose različite tipove prometa unutar sebe (baznih postaja GSM, Ethernet i drugo). Signal E2 nastaje multipleksiranjem četiri pritoka brzine 2,048 Mbit/s bit po bit, vremensko trajanje okvira je 100 µs. Ovakav način multipleksiranja karakterističan je za PDH hijerarhiju i zbog njega nije moguće iz viših razina PDH strukture direktno izdvojiti E1 signal. Uvijek je potrebno ići korak po korak u procesu multipleksiranja odnosno demultipleksiranja. (mux:2/ 8, mux:8 /34 i mux:34/140). Nadalje, u Europskoj PCM hijerarhiji od po četiri signala niže razine uvijek se formira signal više razine. Tercijalnu grupu TG (E3) formiramo od četiri SG (E2). Kvartarnu grupu QG (E4) formiramo od četiri TG (E3)i tako dalje. PCM PDH hijerarhija (Evropa) prikazana nam je u tabeli 3.1. Tabela 3.1. PCM PDH Europska hijerarhija. Primarni Broj pritoka (ulaznih signala) Brzina bita (Mbit/sec) Europa sustavi u radu Sinhronizacija osnovnog takta Oznaka
Tercijalni
Kvartarni
30
Sekundarn i 4
4
4
2,048
8,448
34,368
139,264
Utiskivanje slijepih impulsa, ekstrakcija dolaznog takta na linijskom prijemu. E1 E2 E3 E4
Pleziohrona digitalna hijerarhija nije svugdje u svijetu jednaka. PDH definirana je od strane CCITT-a (Današnji ITU-T) 1972. godine s različitim standardima u Europi, Sjevernoj Americi i Japanu. Preporukom G 702 definirane su dvije osnovne brzine prijenosa (primarni multipleks) 1.544 Mbit/s za Sjevernu Ameriku i Japan (24 TFK) i 2,048 Mbit/s (30 TFK) za Evropu, Afriku, Australiju i Južni Ameriku. Brzine bita u danas važećoj PDH u svijetu prikazane su u tabeli 3.2.
Tabela 3.2. PDH hijerarhija u svijetu. Razina PDH USA PG 1554 SG 6312 TG 44736 QG 274176
T1 T2 T3 T4
Bitska brzina (Kbit/s) JAPAN 1554 6312 32064 97728
Europa (CEPT)
Četvrta razina
139264 Kbit/s
397200 Kbit/s
x3
34368 Kbit/s
x3
44736 Kbit/s
Prva razina
8448 Kbit/s
x5
6312Kbit/s x4
x3
2048 Kbit/s
1544 Kbit/s x30
Jedan kanal
32064 Kbit/s x7
x4
Druga razina
97728 Kbit/s
x6
x4
274176 Kbit/s
x4
Treča razina
x4
564992 Kbit/s
Japan
x4
Peta razina
USA
EUROPA 2048 E1 8448 E2 34368 E3 139264 E4
x
24
64 Kbit/s
Slika 3. 1. PDH hijerarhija Europa , USA i Japan
3.1.2. PDH transmisijski uređaji i sustavi. PDH transmisijski uređaji uvijek rade u konfiguraciji točka-točka, moguće je ulančavanje, ali uz korištenje multipleksnih uređaja. Primjer jede transmisijske linije prikazan je na slici 3.2.
Slika 3. 2 Primjer PDH transmisijskog sustava točka-točka
Na slici 3.2. vidimo transmisijski sustav PDH tehnologije (OLTE8) za rad po svjetlovodnim nitima. Na strani multipleksa ili pristupnih portova nalaze su ulazi (četiri ulaza) za PG. Ovi ulazi najčešće se izvode kao koaksijalni ulazi (75 ohm koaksijalni kabeli, jedan za prijemnu stranu signala Rx a drugi za otpremnu stranu signala Tx). Ponekad se ulazi u uređaj
na strani multipleksa za privođenje PG ili signala E1 izvode četvero-žično sa simetričnim neoklopljenim kabelom (UTP 120 ohm, 2 žice Rx, 2 žice Tx). Linijska strana uređaja opremljena je laserom koji se spaja na otpremnu svjetlovodnu nit i prijemnom diodom (najčešće AVALAN) koja se spaja na prijemnu svjetlovodnu nit. Laseri koji se koriste obično emitiraju u takozvanom prvom optičkom prozoru valne duljine λ≅ 1330 nm ili nešto rjeđe kod PDH opreme u drugom optičkom prozoru λ≅ 1550 nm. PDH uređaji uglavnom. Gušenje svjetlovoda u prvom optičkom prozoru je obično nešto veće (0,3 do 0,5 dB/km), a u drugom optičkom prozoru je nešto manje (0,15 do 0,4 dB/km). Drugi optički prozor se najčešće koristi kada treba premostiti veće udaljenosti. Laser zajedno sa prijemnom diodom čini sklop, pločicu a ponekad i modul koji nazivamo optičkim agregatom. Optički agregati inicijalno mogu premostiti od 25 do 32dB slabljenja svjetlovodnog kabela. Izlazna razina im je najčešće između +4 i 0 dBm pa sve do 14 dBm, a prag prijema oko -25 do -28 dBm kod ponekih agregata i do -45 dBm, što ovisi o konkretnom tipu optičkog agregata. U našem primjeru na slici 3.2 prikazan je Siemensov uređaj OLTE8. Ovaj uređaj u fizikom smislu izvodi su u dvije varijante, jedna je za smještaju u podstalak u koji stane do četiri ovakva uređaja a druga je stolne verzija. Ovaj uređaj ima sljedeće karakteristike: - napajanje od -48 do -60 Vdc - potrošnja 3W Optičko sučelje - tip konektora FC/PC - linijski kod skremblirani NRZ - optički prozor 1330±30 nm - otpremna razina >-14 dBm - prag prijema (BER< 10-10) -45 dBm Ono što je karakteristično za PDH transmisijske sustave (a što je različito kod SDH sustava) je činjenica da je fizičkom pozicijom porta određena i logička pozicija u prijenosu. Dakle, ako na prvi u stanici A dovedemo PG (na primjer bazne postaje GSM) u stanici B tu istu grupu možemo prihvatiti samo na prvom mjestu. Dakle fizička pozicija ulaza određuje logičku poziciju grupe u prijenosu. Kod SDH uređaja to nije tako, fizička pozicija ulaze i logička pozicija položaja grupe u strukturi prijenosa nisu isto, one se definiraju (programiraju), no o tome više kada se bude govorilo o SDH. PDH transmisijski sustavi su u osnovi sustavi točka- točka. No, moguće je ponekad ulančati strukture, kao što je to prikazano na slici 3.3.
Slika 3. 3. Primjer PDH ulančanog sustava
U ovakvom slučaju je ukupni kapacitet strukture određen terminalnim kapacitetom uređaja. Multipleksirani signal se prenosi od stanice A, do stanice B. U stanici B signal se u cijelosti demultipleksira, grupe koje se prosljeđuju prema stanici C prespajaju se (obično
preko 2 Mbit/s koaksijalnog razdjelnika), a grupe koje se izdvajaju za rad stanice B izvode se prema posebno. U našem primjeru sa slike 3.3. prva, druga i treća PG povezuju stanicu A i C a četvrta PG povezuje stanicu A i B. Osim preko svjetlovodnih niti PDH složeniji signali (E2, 2xE2, E3) mogu se prenositi radio trasama. U ovom slučaju (slučaj PDH radija) uređaj se najčešće sastoji od vanjske i unutrašnje jedinice. Vanjska jedinica je radio jedinica i obično se smješta na antenskom stupu, dok je unutrašnja jedinica najčešće multipleksna jedinica (sa funkcijom napajanja vanjske jedinice). Ovaj primjer prikazan nam je na slici 3.4. Više o ovim slučajevima biti će kazano planiranje i projektiranje transmisijskih sustava.
Slika 3. 4. Primjer PDH radio sustava
Ako se radi o složenijim PDH signalima, na primjer signalu QG (140 Mbit/s) kojim se povezuju dvije krajnje stanice između kojih postoji čitav niz usputnih stanica. Onda se između svake dvije stanice na trasi uspostavlja odvojeni linijski sustav od 140 Mbit/s. Taj odvojeni linijski sustav se u svakoj stanici ulančava međusobnim prospajanjem. Ako se osim prospajanja signala, želi i izdvojiti pojedina PG radi zadovoljenja terminalnog prometa usputne stanice, tada je potrebno ukupni PDH signal razložiti korak po korak korištenjem multipleksora 34/140, 8/34, 2/8. Konkretnim fizičkim prospajanjem određuje se grupa ili grupe koja se izdvajaju kao i smjer njihovog izdvajanja. Svaka promjena u rasporedu grupa zahtijeva promjenu u fizičkim konekcijama. Ovo i nije tako komplicirano jer se sve točke terminalnih signala izvode na odgovarajućim razdjelnim letvicama (2 Mbit/s, 8 Mbit/s, 34 Mbit/s i 140 Mbit/s razdjelnik). Svi ovi PDH signali na razdjelne letvice vode se električki korištenjem para koaksijalnih kabela od 75 ohm. Navedeni slučaj ilustriran je na slici 3.5. na kojoj je prikazana među stanica u kojoj se želi izdvojiti jedna PG iz ukupnog signala QG. Da bi smo to ostvarili potrebno je koristiti osam uređaja, dva linijska i šest PDH multipleksora, međusobnim prospajanjima na multipleksorima određujemo razinu hijerarhije koju odvajamo, grupu i smjer koja se želi izdvojiti. Ovakvi slučajevi mogu se još ponegdje naći u eksploataciji. Međutim, nova rješenja pogotovo kada se radi o većoj prijenosnoj razini signala temeljit će se na SDH tehnologiji, gdje u svakoj stanici umjesto mnoštva uređaja sa slike 3.5. koristimo samo jedan SDH uređaj sa add/drop funkcijom i gdje se odvajanje pojedine grupe ne određuje fizičkim prospajanjima već programski i to preko sustava daljinskog nadzora i upravljanja (bez fizičke intervencije u prostoru). Od novih PDH uređaja danas se najčešće primjenjuju uređaji niskog kapaciteta za rad po svjetlovodu (na primjer OLTE8 Siemens) ili radio (na primjer Ericsson Mini link – kod ulančavanja baznih postaja koje su postavljene u prostoru daleko izvan svjetlovodne infrastrukture).
PDH prijenosne struktur su u osnovi strukture točka-točka. Kako su naselja najčešće postavljena uzduž putova. Tako je uzduž cesta u povezivanju većeg broja naselja postavljan svjetlovodni kabel. Pretpostavimo situaciju kao na slici 3.6. Imamo jedno glavno naselje A i njemu gravitirajuća B, C, D, i E. Sva se nalaze uzduž istog puta.
Slika 3. 5. Primjer izdvajanja signala E1, u udaljeno stanici na liniji, iz 140 Mbit/s optičke linije kod ulančane ili kaskadne veze u PDH tehnologiji prijenosa
Povezivanje PDH sustavima kao što je prikazano na slici 3.6. a) najčešće će zahtijevati korištenje po dvije niti od središnjeg naselja A do svakog gravitirajućeg naselja. Za privod lokalnog gravitirajućeg PDH prometa koristit će se četiri para niti. Ovo je najčešći slučaj kod primjene PDH tehnologije. Ako bi smo isto povezivanje riješili SDH uređajima, kao što je prikazano na slici 3.6. b), tada bi nam umjesto četiri para niti bio dovoljan jedan par niti, druge niti bi se mogle iskoristiti u druge svrhe. Primjer sa slike 3.6 ilustrira nam prednosti SDH konfiguracije u povezivanju nad PDH konfiguracijom, no brojne su i druge prednosti osim uštede na nitima, a to su moguća protekcija prometa zatvaranjem optičke petlje, upravljivost prometnim kapacitetima, daljinski nadzor nad radom sustava i tokom prometa i druge. Postojeća zamjena dotrajalih PDH uređaja sa novim SDH uređajima nije samo puka izmjena uređaja nego je postavljanje sasvim nove i drugačije topološke strukture sustava. Stoga ona zahtijeva temeljitu analizu prometa određenog područja kako bi se iznašlo optimalno rješenje.
Slika 3. 6. Primjer uštede niti kada se veći broj stanica u nizu povezuje SDH uređajima u odnosu na povezivanje PDH uređajima
3.2. Transmisijski sustavi temeljeni na SDH(SONET/SDH) svjetlovodni i radio prijenos 3.2.1. SDH hijerarhija U SDH osnovna je brzina definirana transportnim modulom STM-1, koji nastaje multipleksiranjem signala manjih brzina prijenosa iz PDH, ali i svih drugih pritoka (ATM – Ethernet i drugo), metodom umetanja bitova, sinkronizacijom i umetanjem podataka u zaglavlje (OH) stvarajući jedinstven sinkroni modul. Tabela 3.3. Brzine bita u SDH Razina SDH 1 2 3 4 5
SDH (oznaka razine)
Brzina bita (Kbit/s)
STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256
155520 622080 2488320 9953280 39813120
SDH multipleksiranja temelji se na bajtu kao osnovnoj jedinici.
Podaci u zaglavlju paketa informacijskog sinkronog transportnog modula STM-1 složeni su tako da omogućavaju jednostavno:
otkrivanje pogrešaka, efikasno upravljanje mrežom, ekonomično izdvajanje kanala i druge prednosti.
Slika 3. 7. Formiranje SDH/SONET strukture za prijenos
Sinkrona digitalna hijerarhija u osnovi je hijerarhijski niz transportnih struktura standardiziranih za transport, prikladno adaptiranih korisničkih informacija po fizičkoj prijenosnoj mreži, slika 3.7. Transportni modul prve razine STM-1, multipleksiranjem može biti podignut na više razine, to jest na veće brzine prijenosa. kao što je to prikazano u tabeli 3.3. Preporukom G.707, G.708 i G.709, CCITT (današnji ITU-T) sinkrona digitalna hijerarhija se definira tako da: brzina bita transportnog modula sinkrone digitalne hijerarhije iznosi 155,52 Mbit/s, brzina bita transportnog modula više razine čini cjelobrojni višekratnik brzine bita transportnog modula niže razine, struktura okvira STM modula projektirana je tako da zadovolji široki raspon brzina pritočnih signala, omogućava izravni pristup pritočnom signalu niže razine koji je sadržan u modulu. Sinkroni transportni modul (STM modul) ima strukturu okvira koja se prenosi u regularnim vremenskim intervalima svakih 125 µs, pri čemu je trajanje okvira odabrano tako da je okvir kompatibilan s postojećim transmisijskim sustavima. Vremenski period okvira od 125 µs je ista za sve hijerarhijske razine, ali je dužina okvira izražena u bajnima veća što je viša hijerarhijska razina. Struktura okvira modula STM-1 prikazana je na slici 3.8. Sinkroni transportni modul nastaje multipleksiranjem pritoka koji su pleziokroni ili sinkroni.
Početak okvira Zglavlje sekcije namijenjeno regeneratoru
STM-1
F
F Područje kazala administrativne jedinice
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6
F
270
C1
B1
STM-1
RSOH AUPTR MSOH B3
7
Paritet puta
8 9
SOH
C2
VC-adresa
Zaglavlje sekcije namjenjeno multipleksoru B1 do B3 - bajtovi kontrole pogrešaka Zaglavlje sekcije
C2 - određivanje digitalnih tokova adresom koja karakterizira svaki modul
Slika 3. 8. Struktura okvira osnovnog transportnog modula STM-1
Sinkroni transportni modul može se prikazati kao dvodimenzionalna matrica od devet redaka i 270 stupaca (vremenski redovi matrice slijede jedan za drugim), čiji je svaki element jedan bajt i razvija se s lijeva na desno i od vrha prema dolje. Sinkroni transportni modul STM-1 prenosi ukupno 9x270=2430 bajtova unutar okvira trajanja 125 µs, što rezultira brzinom prijenosa od: (270 bajtova x 9 redaka x 8 bita po bajtu)/125µs= 155,52 Mbit/s Sinkroni transportni modul podijeljen je na tri dijela (tri glavna područja): Zaglavlje sekcije (SOH) Područje kazala administrativne jedinice (AUPTR) to jest područje adrese informacije korisničkog skupa, informacijski korisnički skup, odnosno područje podataka.
Prvih devet stupaca okvira, izuzevši red 4, namijenjeno je funkcijama zaglavlja (početak okvira, praćenje i nadziranje pogrešaka i drugo. SOH informacija se dodjeljuju informacijskom korisničkom skupu, radi formiranja modula prve i viših razina. U informaciju zaglavlja (SOH) spadaju : podaci o okviru, podaci o pogreškama, podaci o nadzoru mreže, servisni govorni kanal, te ostale informacije vezane za sam transportni modul.
Unutar zaglavlja sekcije razlikujemo: RSOH zaglavlje namijenjeno regeneratoru i MSOH zaglavlje namijenjeno multiplekseru. RSOH (zaglavlje namijenjeno regeneratoru) sadrži informacije namijenjene regeneratoru koje su sadržane u bajtovima prva tri retka u okviru. Informacije u okviru zaglavlja sekcije namijenjene multiplekseru prolaze kroz regenerator bez promjene. 9 bajtova
RSOH MSOH
A1
A1
A2
A2
B1 D1
∆ ∆
∆ ∆
E1 D2
∆ ∆
H1
H1
H1
H2
H2
B2 D4
B2
B2
K1 D5
A2
H2
J0
*x
*x
F1 D3
x
x
H3
H3
H3
x
x
K2 D6
D7
D8
D9
D10 S1
D11
D12 E2
M1
9 redova
AU pointer
A1
∆ Bajtovi koji opisuju prijenosni medij x Rezervirano za nacionalnu svrhu * Neskremblirani bajtovi A1, A2 Poravnavanje okvira B1, B2 D1, D3 D4, D12
Kontrola pogreške paritetom bita Sustav daljinskog nadzora , management Sustav daljinskog nadzora , management
E1, E2
Servisni kanali
F1 J0(C1)
Održavanje
K1, K2
Automatsko zaštitno preklapanje Indikator takta
S1 M1
Identifikator puta
Informacija o prenesenoj pogrešci
Slika 3. 9. Zaglavlje STM okvira SOH
Na slici 3.9. prikazano je zaglavlje STM okvira (zaglavlje sekcije). Zaglavlje se sastoji od prva ti reda sa po devet bajtova u svakom redu namijenjenih regeneratoru RSOH i zadnjih pet redova sa po devet bajtova u svakom redu namijenjenih multipleksoru MSOH. Oznaka SOH (Section overhead) znači zaglavlje sekcije. RSOH i MSOH zajedno se sastoje od 72 bajta, namjena pojedinih bajtova prikazana je na slici 3.9.
Kazalo administrativne jedinice (AUPTR) Prvih devet stupaca četvrtog reda sadrži kazalo administrativne jedinice, to jest adresu informacijskog korisničkog skupa. AUPTR kazalo služi za: određivanje lokacije pojedinog kontejnera, to jest pojedinih pritoka u skupu korisničkih informacija koje prenosi sinkroni transportni modul STM-1, podešavanje frekvencije vezane uz probleme sinkronizacije.
Kazalo administrativne jedinice pokazuje razmak između početka okvira to jest sinkronog transportnog modula i prvog bajta multipleksirane korisničke informacije u STM okviru, što omogućava lak pristup korisničkim informacija, odnosno pojedinom pritočnom signalu.
Skup korisničkih informacija Preostali dio sinkronog transportnog modula sadrži korisničke informacije i naziva se korisnički skup modula STM-1 (payload area). Drugim riječima bajtovi smješteni u preostalim stupcima (261 stupac), prenose skupove korisničkih informacija. Tokovi digitalnih informacija raznih brzina i kapaciteta unutar korisničkog skupa (od pritoka) pakiraju se u kontejnere (C) standardizirane veličine i kapaciteta. Dakle, kontejner je osnovna jedinica za pakiranje pritočnih informacijskih sljedova. Kontejner C-n (n=1,2,3,4) po definiciji predstavlja transportni mehanizam definiran za prijenos svih vrsta signala danih preporukom CCITT-a G.702 i budućih još nedefiniranih širokopojasnih signala. U PROCESU MULTIPLEKSIRANJA UMEĆU SE BAJTOVI IZ RAZNIH PRITOKA, koji sadrže korisničke informacije, a dodavanjem informacije o spojnom putu (path overhead – POH) nastaje virtualni kontejner (VC) to jest okvirna struktura koja se ponavlja svakih 125 µs ili 500 µs. Postoje dva tipa virtualnih kontejnera: Virtualni kontejner nižeg reda VC-n (n=1,2), Virtualni kontejner višeg reda VC-n (n=3,4). POH
Za VC-3/4
J1 B3 C2
Indikacija puta (staze)
G1 F2 H4 F3 K3 N1
Spoznaja o grešci u prijenosu Održavanje Oznaka multiokvira Održavanje Automatsko prekapčanje (promjena smijera) Nadzor dvostruko prospojen
POH V5 J2 N2 K4
Nadzor kvalitete Format kontejnera
Za VC-1/2 Indikacija i nadzor pogreške Indikacija puta (staze) Nadzor dvostruko prospojen Automatsko prekapčanje (promjena smijera)
Slika 3. 10. Zaglavlje kontejnera POH
Virtualni kontejner nižeg reda je element koji sadrži jedan kontejner i dodatne informacije unutar zaglavlja staze (POH). Virtualni kontejner višeg reda je element koji sadrži
jedan jedini kontejner ili skup tributerskih skupina TUG-2 ili TUG-3 zajedno sa zaglavljem staze virtualnog kontejnera (POH) koji odgovara toj razini. Na slici 3.11. Prikazano nam je multipleksiranje 2 Mbit/s PG Na slici 3.11. a) prikazano je multipleksiranje 2 Mbit/s PG PDH na bilo koju razinu SDH, dok su na slici 3.11 b) prikazane brzine koje nastaju pri formiranju STM1 od 63 PG od 2.048 Mbit/s pritoka. STM-256
x1
AUG256 x4
STM-64
x1
AUG64 Dodavanje pointera
x4 STM-16
x1
AUG16 Multipleksiranje
x4 STM-4
x1
AUG4
Poravnavanje Mapiranje
x4 STM-1
x1
AUG1
x1
AU-4
VC-4 x3 TUG-3 x7
TUG-2 x3 TU-12
VC-12
C-12
a) Kazalo
Poravnavanje Umetanje podataka o putu u zaglavlje (POH)
2 Mbit/s 2,048 Mbit/s
x1
C-12
VC-12
TU-12
2,224 Mbit/s
2,240 Mbit/s
2,306 Mbit/s
x1 x1 TUG-2
x3
TUG-3
6,9 Mbit/s
x7
VC-4
AU-4
150,3 Mbit/s
48,3 Mbit/s
150,9 Mbit/s
Kazalo OH puta
AUG
STM-1 155,52 Mbit/s MSOH
RSOH
b) Slika 3. 11. Multipleksiranje 2Mbit/s grupa u STM-1
E1 2.048 kbit/s ATM
Ovakvim načinom multipleskiranja uvijek možemo izdvojiti bilo koju grupu od 2 Mbit/s, a da pri tome ne vršimo demultipleksiranje signala, već da presnimimo samo onaj dio okvira (modula) STM-1 koji u sebi nosi informaciju 2 Mbit/s grupe koju želimo multipleksirati. Na ovaj način u STM-1 smještavamo 3x7x3 = 63 grupe od po 2 Mbit/s. U 140 Mbit/s linku PDH imali smo 64 grupe od po 2 Mbit/s, a u SDH STM1 imamo ih 63, međutim, ovdje možemo uzduž puta izdvojiti bilo koju grupu bez demultipleksiranja.
Kontejner C
Zaglavlje staze
Virtuelni kontejner VC
Pointer Tributarska jedinica Tributarska skupina Administrativna jedinica
Zaglavlje sekcije
Sinkroni transportni modul
Slika 3. 12. Oblikovanje sinkronog transportnog modula
Na slici 3.12. Prikazano je formiranje STM1.
3.2.2. Označavanje kod popunjavanja STM-1 okvira U svim uređajima inicijalno SDH portovi nisu strukturirani. SDH portovi se moraju strukturirati kako bi mogli prenositi SDH kanale, kako bi se u njih mogao mappirati (na primjer Ethernet promet ili PDH promet) ili vršiti prospajanja preko njih. Što to znači kada kažemo da portovi u uređaj nisu strukturirani? To znači sljedeće; Kada u SDH uređaj (koji vodi na liniju od 155 Mbit/s STM1) ugradimo pločicu koja na primjer prima 21 port od 2 Mbit/s koaksijalno (75 omski ulaz). Uređaj će pomoći svoje programske podrške prepoznati da je u njega na odgovarajuće mjesto dovedena pločica preko koje može ući s 21 signaom od 2 Mbit/s. Međutim, na koje mjesto će ti signali u STM1 linijskom signalu (signalu koji ide na liniju) ući nije unaprijed određeno. Također inicijalni raspored virtualnih kontejnera nije unaprijed dan. Za STM1 tok moramo definirati raspored virtualnih kontejnera na primjer neka su svih 63 VC12, to znači strukturirati SDH port. Potom, sa bilo kojeg ulaza, odgovarajući signal (E1) se može dovesti na bilo koje mjesto. Određivanje pozicije signala (na primjer signala od 2 Mbit/s u ukupnom STM1 toku) programski je podesivo i nije unaprijed predodređeno. Slikovito taj proces određivanja prometnih pozicija u ukupnom STM1 signalu prikazuje nam slika 3. 13.
Slika 3. 13. Strukturiranje portova SDH signala i određivanje pozicija prometnih tokova. .
Kod SDH uređaja za razliku od PDH uređaja ništa nije unaprijed predodređeno. Mi u uređaj stavljamo odgovarajući broj SDH i PDH portova. Kako će biti strukturirani SDH portovi koji će promet nositi i sa kojih PDH portova, određujemo programski. Za ova programska podešenja postoje programski alati i oni su različiti od proizvođača do proizvođača, neki su grafički, a neki sa ispisom komandi. Ne strukturirani SDH port može poslužiti • Za MSP zaštitu (zaštitu formiranjem alternativnog izlaza signala), • Kao izvor sinkronizacije, • Nositi DCCH kanale za manegament prometa. Ne strukturirani SDH signal je STM1 je signal kod kojeg nije definirano što će nositi polje ispune. STM1 ima polje ispune koje može biti strukturirano za prijenos :
• 63 VC-12s • 3 VC-3s • 1 VC-3s i 42 VC-12s • 2 VC-3s i 21 VC-12s • 1 VC4 Moguća strukturiranja polja SDH signala prikazana su na slici 3.14.
Slika 3. 14. Različiti načini strukturiranja STM1
Međutim, bez obzira na način strukturiranja STM1 signala, da bi pozicija PDH signala ili Etherneta bila jednoznačno određena u kojem je virtualnom kontejneru u ukupnom STM1
signalu, virtualni kontejneri u ukupnom STM1 signalu moraju biti jednoznačno označeni ili numerirani.
VC numeriranje K.L.M. numeriranje slovima koristi se za adresiranje VCs virtualnih kontejnera u STM1 okviru. • K je VC-3 sa rasponom od 1-3 • L je VC-2 sa rasponom od 1-7 • M je VC-12 sa rasponom od 1-3 Primjer K.L.M. = 1.7.3.
Slika 3. 15. Primjer numeriranja u svrhu određivanja položaja PG.
Primjer određivanja prometnih tokova kod strukturiranih signala i portova prikazan je na slici 3.16.
Slika 3. 16. Prometni tokovi fleksibilno postavljani kroz SDH transmisijski uređaj između strukturiranih signala i potrova.
3.2.3. Prijenosne brzine u SDH/SONET Prijenosne brzine koje se danas standardiziraju za rad po optici, imaju nešto širi raspon i detaljniji raspored nego što je to kod SDH signala, ove standardizirane prijenosne brzine započinju s OC-1 a OC-n brzina prijenosa je n puta OC jedan brzina prijenosa. Tabela 3.4. Specifikacija prijenosnih brzina i oznaka Specifikacija prijenosnih brzina koje se koriste Oznake SONET
Brzine Mbit/s SDH
Oznaka brzine OC-1
OC-3
STM1
Dodatne i uobičajene oznake
Brzina
Ispuna
Zaglavlje uključuju ći zaglavlje staze
Opis – Napomena
STS-1
51.84
50.112
1.728
OC-1 je transmisijska linija u SONET koja se koristi u svjetlovodnim transmisijskim sustavima OC-1 je osnovna brzina s kojom se tvore drugi OC-n standardi. Na primjer; OC-3 je brzina prijenosa tri puta OC-1
STS-3
155.52
148.608
6.912
Kada OC-3 nije nastao multipleksiranjem više izvora nego nosi informaciju iz jednog izvora kukupnoj oznaci dodaje se c, OC-3c
155.52
149.76
5.76
Ulančava tri STS1 (OC-1) okvira
622.08
601.344
20.736
OC-12 je mrežna brzina 622.08 Mbit/s. OC12 linije se obično upotrebljavaju za ISP i WAN prospajanja.
1243.68
1202.208
41.472
Ovo je brzina koja se često komercijalno koristi u USA.
2488.32
2405.376
82.944
Vrlo često korištena brzina u prijenosu SDH signala.
4976.64
4810.752
165.888
Rijetko da se gdje primjenjuje
9953.28
9621.504
331.776
OC-192 osim za prijenos SDH signala koristi se i za prijenos 10 Gbit/s Ethernet opcijae 10 G Ethernet koja se naziva WAN-PHY (tako je napravljena da normalno radi sa signalom OC192. ). Uobičajena verzija Ethernet standarda od 10 GBit/s naziva se LAN-PHYi ona nije kompatibilna sa OC-192 brzinom prijenosa u svojoj izvornoj formi.
39813.12
38486.016
1327.104
OC-760 SONET sučelje koristi se samo na vrlo kratkim udaljenostima (problem disperzije u standardnim svjetlovodnim nitima).
OC-3c OC-12
STM4
OC-24 OC-48
STM16
2.5G Sonet
OC-96 OC-192
STM64
OC-768
STM256
10 G Sonet
Specifikacija optičkih nosioca koji se ne koriste OC-256
13271.04
OC-384
19906.56
OC-1536
79626.24
OC-3072
159252.48
Možda će se primjenjivati u budućnosti kada i ako se promjeni tehnologija svjetlovodnih niti
U SDH tehnologiji prijenosa najinteresantnije su brzine OC-3, OC-12, OC-48 i OC.192 što odgovara signalima STM1, STM4, STM16 i STM64. Brzina OC-768 koja bi
nosila 40 Gbit/s signal odgovara razini STM256 signala što bi bilo u skladu s SDH hijerarhijom, no, još uvijek nema komercijalnih uređaja za rad s ovolikim brzinama. Nije problem napraviti transmisijski uređaj koji će podržavati brzinu prijenosa od 40 Gbit/s, no svjetlovodni kabeli koji se temelje na nitima s silicijevim oksidom ne mogu na značajnijim udaljenosti (većim od par kilometara) podržati prijenos ovih signala. Osnovni limitirajući čimbenik je kromatska disperzija signala. Stvarne linijske brzine na optici mogu biti i vrlo često jesu nešto veće nego što je specificirano u tabeli 3.4. Tada se radi o primjeni preporuke G. 709 koja definira standardna sučelja i brzine za veće transmisijske kapacitete. Ove stvarne linijske brzine ostvarene su na način da je u cijelosti uzet SDH/SONET signal odgovarajuće razine i da je osnovnom okviru tog signala (vremensko trajanje 125 µ) dodano novo prijenosno zaglavlje i dio za korekciju pogrešaka u prijenosu (FEC- forward error correction). Ovakav linijski signal obično je za cca 7% brži od ulaznog SDH/SONET signala. Linijski signali označavaju se sa OTUn (Optical transmission unit), a prikazani su u tabeli 3.5. Tabela 3.5. Linijske brzine po preporuci G.709. G. 709 sučelje
Linijska brzina
Odgovarajuća SONET/SDH oznaka
Nominalna brzina
OTU-1
2.666 Gbit/s
OC-48/STM-16
2.488 Gbit/s
OTU-2
10.709 Gbit/s
OC-192/STM-64
9.953 Gbit/s
OTU-1
43.018 Gbit/s
OC-768/STM-256
39.813 Gbit/s
Osnovna svrha ovog postupka je povećanje točnosti prijenosa kod velikih prijenosnih brzina, dodavanjem FEC bloka za ispravljanje pogrešaka Preporuka G. 709 u FEC zaštiti predviđa primjenu Reed- Solomon kodova za zaštitno kodiranje i to iz razloga što oni pružaju zaštitu na razini bajta. U novo-dodanom zaglavlju OTU prenose se alarmi i druge funkcije od značaja za održanje transmisijske mreže.
3.2.4. SDH uređaji Za razliku od PDH uređaja koji su krute strukture, SDH uređaji su fleksibilne strukture. Što to znači? To znači da se jedan te isti tip uređaja, može složiti na različite načine (sa različitim brojem i vrstom PDH, SDH, ATM ili Ethernet portova, za linijski i terminalni promet prema prometnim zahtjevima određenog čvorišta. Dakle, jedan te isti tup uređaja od slučaja do slučaja izgleda različito. Kako se to ostvaruje? Uređaj se sastoji od tri različite vrste dijelova; • Podstalak uređaja,
• •
Sistemske pločice Opcionalne pločice.
Podstalak uređaja, je mehanička konstrukcija sa ožičenjima. Podstalak omogućava uređaju da čini jedinstvenu cjelinu, sastoji se od odgovarajućeg broja utisnih mjesta koje nazivamo slotovima, i odgovarajućom konektorskim poljem na poleđini u koje konektiraju pločice. Sva konektorska polja obično su postavljena na štampanoj ploči koja zatvara stražnju stranu uređaja i koja omogućava međusobno prospajanje signala. Podstalak uređaja obično je izveden tako da se može smjestiti u standardnom ETSI stalku širine 21'' odnosno 60 cm. Sistemske pločice, su jedinice ili moduli koji obavezno ulaze u sastav uređaja i bez njih uređaj ne može funkcionirati. Sistemske pločice u svakom tipu uređaja imaju definirana mjesta (slotove) za postavljanje i ne mogu se postaviti u druga utisna mjesna. Sistemske pločice omogućavaju privođenje i distribuciju radnog i rezervnog napajanja, dovođenje ili odvođenje signala sinkronizma, dovođenje ili razvođenje sustava daljinskog nadzora, uspostavu službenih telefonskih kanala, te komutacijsku matricu za prospajanje signala, mikroprocesor sa memorijama za programsku podršku i rad uređaja i drugo. Tip i vrsta pojedinih sistemskih pločica razlikuju se od uređaja do uređaja i najčešće su karakteristične samo za jedan tip uređaja, mada ne uvijek. Opcionalne pločice, su jedinice ili moduli koji omogućavaju privođenje terminalnih i linijskih signala uređaju (električki ili optički). Ove pločice se stavljaju opcionalno prema prometnim potrebama koje uređaj treba zadovoljiti. Ove pločice se najčešće izvode kao «Access-ne (pristupne) i Portne (prometne). Accessne pločice osiguravaju fizičku konekciju signala na uređaj, a portne su ekstenzija hardvera koji omogućava rad jedne ili više accessnih pločica. Na opcionalnim pločicama signali mogu terminirati električki ili optički. Često je uz pomoć modula (manje jedinice koja se ubacuje u opcionalnu pločicu moguće mijenjati električku ili optičku konekciju signala. Neki signali uvijek dolaze samo kao električki, neki mogu biti električki ili optički, a neki isključivo optički. Raspored tipa i vrste konekcije za pojedine najčešće privođene signale prikazan je u tabeli 3.6. Tabela 3.6. Konekcija za pojedini signal. Signal
Tip konekcije
E1
Električki coax 75 ili UTP 120 Ω
E3
Električki coax 75
E4
Električki coax 75
STM1
Električki coax 75 ili Optički (1330 ili 1550 nm)
STM4
Optički (1330 ili 1550 nm)
STM16
Optički (1330 ili 1550 nm)
STM64
Optički (1330 ili 1550 nm)
Fast Ethernet
Električki UTP 120 Ω ili Optički (1330 ili 1550 nm)
Gbit Ethernet
Električki UTP 120 Ω ili Optički (1330 ili 1550 nm)
10 Gbit Ethernet
Optički (1330 ili 1550 nm)
3.2.5. Primjer Alcatel-ovog uređaja iz obitelji OPTINEX 1650 SMC
Slika 3. 17. Postalak uređaja 1650
Posatalak uređaja sastoji se od 10 utičnih mjesta, numeriranih od 1 do 10. U 4., 5., 9. i 10 slot ulaze sistemske pločice, a u ostala utična mjesta postavljaju se opcionalne pločice za prihvat terminalnih ili linijskih prometnih portova. Na utično mjesto broj 4 (slot 4) postavlja se pločica koja nosi naziv CONGI. Osnovna funkcija ili zadaća ove pločice de da prihvati i distribuira radno napajanje od izvora -48VDC. Na ovoj pločici također, nalaze se priključne točke za dovođenje i razvođenje sustava daljinskog nadzora (BNC konektori za tehnologiju debelog Etherneta 50 ohm ili UTP priključak RJ45). Na utično mjesto broj 5 (slot 5) postavlja se pločica ili jedinica koja se naziva SERGI. Osnovna funkcija ili zadaća ove pločice je da prihvati i distribuira istosmjerno napajanje iz rezervnog izvora -48VDC. Preko ove pločice se također, može dovesti ili odvesti signal sinkronizma od 2,048 MHz ili 2,048 Mbit/s. Na utičnom mjestu broj 9 nalazi se SINTH 1 ili SINTH4 pločica. Osnovni zadatak SINTH pločice je da osigura rad procesora kojim uređaj upravlja, da primi programsku podršku na kojoj se osniva, da zapamti sve definirane i programirane opcije saobraćaja. Na ovoj pločici, također se nalazi i komutacijska matrica uređaja (matrica na kojoj definiramo prometne tokove). SINTH pločica može u sebi primiti i optičke ili električne module signala STM1 dva modula ili jedan optički modul STM4 u gornji utor (SINTH1) odnosno dva optička modula STM4 (SINTH4). SINTH pločica koja se nalazi na poziciji 9 je radna SINTH pločica, a pločica koja se nalazi u utoru 10 je rezervna za poslove komutacijske matrice i programskog upravljanja uređajem, dok se rad modula odvija nezavisno i to onako kako smo prometno definirali.
Uređaj 1650, može se opremiti za prihvat maksimalno; • 63 signala E1 ili • 9 signala E3 ili • 12 signala E4 ili • 16 signala STM1 ili • 5 signala STM4 (Sinth1) ili 7 signala STM4 (Sinth4)
Slika 3. 18. Uređaj 1650 s sistemskim pločicama.
Na slici 3.18 prikazan je podstalak uređaja 1650 sa deset utučnih mjesta opremljen s sistemskim pločicama. Uređaj 1650 može osigurati MSP zaštitu STM portova odnosno signala (definiranje portova kao alternativnih) i SNCP zaštitu na razini virtualnih kontjenera. Uređaj 1650 može prihvatiti ATM i Ethernet signale pakovane u E1 ili E3 i izravno Ethernet signale FE i GE. Uređaj 1650 može raditi kao terminalni multipleksor, add/dropp multipleksor i/ili cross conect uređaj.
Sistemske pločice SINTH kao i opcionalne prometne pločice A2S1 i P4S1 imaju na sebi utore u koje se smještavaju optički ili električki moduli za prihvat signala STM1. U gornji utor pločice SINTH1 moguće je staviti optički modul STM4. dok pločica SINTH 4 u oba utora može primiti optičke module STM4. Optički i električki moduli su prikazani na slici 3.19.
Slika 3. 19. Optički i električki moduli
Optički moduli za prihvat signala STM1 imaju na sebi oznake S 1.1. ili L 1.1. ili L 1.2. Općenito oznaka S označava da je modul za premoštavanje manjih udaljenosti. Modulu S je snižene izlazna optička snaga (-8 do -15 dBm) a prag prijema mu je na -28 dB te premoštava od 0 do 12 dB slabljenja svjetlovodnog kabela. (S agregati i moduli se mogu izravno svjetlovodnim kratkospojnikom spajati jedan na drugog). Oznaka L označava da je modul namijenjen premoštavanju većih udaljenosti. Modul L nema prigušenu izlaznu snagu i ona je u sasponu od 0 do -5 dBm. Prag prijema im je oko -34 dB te premoštavaju od 10 do 28 dB slabljenja svjetlovodnog kabela. L agregati i moduli se ne smiju izravno spajati jedan na drugog svjetlovodnim kratkospojnikom jer bi izlaz jednog agregata ili modula uništio ulaz drugog. U slučaju laboratorijskih spajanja L agregata potrebno je spajanja izvršiti preko atenuatora od najmanje 10 dB. Prvi broj iza slova (S ili L) označava prometnu veličinu modula. Broj 1. označava da se radi o modulu za signal STM1, ako bi tu bio broj 4 on bi označavao da se radi o modulu za signal STM4. Kod pojedinih agregata iza slova imamo oznaku 16 što znači da su to agregati za signal STM16. Drugi broj u oznaci može biti 1 ili 2 i on označava optički prozor u kojem radi laser. Broj 1 znači da se rad lasera obavlja na 1330 nm, a broj 2 na 1550 nm valne duljine svjetla. S agregati ne proizvode se za rad u drugom optičkom prozoru, oni rade samo u prvom optičkom prozoru ( u prvom optičkom prozoru specifično slabljenje svjetlovoda je nešto više nego u drugom). S agregati ili moduli su namijenjeni za premoštavanje malih udaljenosti, pa se tu radije koristi «neprozirniji» optički prozor. L agregati se proizvode u oba optička prozora no agregati u prvom optičkom prozoru obično su nešto jeftiniji. Kada bi smo na jednoj liniji spojili dva agregata (jedan naspram drugog) od kojih bi jedan bio L 1.1 a drugi L 1.2. veza bi funkcionirala (ako bi to gušenje dopuštalo) i to iz razloga što prijemna dioda prima u vrlo širokom rasponu svjetlosnih valnih duljina, te gotvo
jednako dobro prima signale od 1330 nm kao i one od 1550 nm. Prijemna dioda je uvijek ista bez obzira na tip optičkog agregata ili modula. Podstalak uređaja 1650 ima 10 utisnih mjesta. Prva tri utisna mjesta (slotovi 1, 2 i 3) namijenjeni su za prihvat prometnih signala. Ukoliko želimo u uređaj primiti signale E1 moramo se koristiti access-nom pločicom A21E1 koja ima 21 port za prihvat signala E1. Takove pločice možemo staviti u prvi, drugi i/ili treći slot te na taj način ostvariti mogućnost prihvata 21, 42 i/ili63 signala E1. Međutim da bi jedna ili više aksesnih pločica uopće mogle obavljati svoju funkciju potrebno je da na šesto utisno mjesto (slot6) postavimo portnu pločici P63E1. Jedna portna pločica podržava u svom redu jednu , dvije ili tri access-ne pločice. Ali access-na pločica ne može raditi bez portne pločice. Portna pločica bi se mogla pokvariti, zato u slot broj 6 možemo, ali i ne moramo staviti još jednu portnu pločicu koja će u rad ući samo ako se radna pokvari. Radnu pločicu uvijek označavamo kao «main» a rezervnu kao «spare».
Slika 3. 20. Pločice za prihvat signala E1.
Na slici 3.20,. prikazane su access-na i portna pločica za prihvat signala E1 s naznakom slotova u koje se pločice mogu postaviti. Već u ovom prvom slučaju opisa pločica za prihvat signala uočavamo da se i dio pločica može postaviti kao rezervne, te da na taj način povećavaju ukupnu pouzdanost uređaja od prekida prometa.
Također, važno je napomenuti da ako smo postavili jednu pločicu A21E1 u slot 1 i jednu P63E1 u slot 6, to ne znači da moramo nego da možemo prihvatiti 21 signal od E1. Koliko ćemo ih stvarno prihvatiti to ovisi o tome koliko ćemo portova «oživjeti». Također, kakav će biti njihov raspored u linijskim signalima ovisi o tome kako smo to definirali (programski) na komutacijskoj matrici uređaja. U koliko želimo primiti signale E3 tada ćemo se koristiti uređenim parom pločica A3E3 i P3E3 koje se mogu postaviti u slotove (1 i 6 i/ili 2 i 7 i/ili 3 i 8). Pločice za prihvat signala E3 prikazane su na slici 3.21.
Slika 3. 21. Pločice za prihvat signala E3
Jedan ovakav uređeni par pločica (A3E3 i P3E3) omogućava prihvat do tri signala E3, ali koliko ćemo pristupa signala E3 stvarno prihvatiti i kako ih rasporediti u ukupnim linijskim signalima ovisi o nama, to jest o tome kako smo definirali tokove signala i koliko smo ulaza na access-noj pločici «oživili». Uređaj 1650 prihvaća do 16 signala STM1. Svi ovi signali mogu biti uređaju privedeni električki ili optički ili poneki od njih mogu biti privedeni električki a poneki optički. Električno privođenje signala STM1, moguće je korištenjem uređenog para pločica (accessna
pločica A4ES1 i portna pločica P4ES1) od kojih jedna ide u aksesno polje (slotovi od 1 do 3), a druga u portno polje (slotovi od 6 do 8). Uvijek se postavlja uređeni par u slotove (1 i 6 i/ili 2 i 7 i/ili 3 i 8). Pločice za prihvat signala prikazane su na slici 3.22.
Slika 3. 22. Pločice za prihvat signala 4xSTM1
Postavljanjem pločica A4ES1 i P4ES1 u navedene slotove otvara se mogućnost prihvata četiri signala STM1 na električnoj razini. Međutim koliko ćemo ih stvarno prihvatiti i kakova će biti izmjena signala ispune unutar njih ovisi o opcionalnim postavkama prometa kao i o broju ulaza koje smo oživjeli. Svaki od ovih ulaza može se konfigurirati za prihvat signala E4 ili STM-1 Međutim, osim gore navedenih kartica koje omogućavaju isključivo električki pristup signala STM1 u uređaj je moguće postaviti i kartice koje u sebi imaju utore u koje se mogu postaviti moduli za električki ili optički prihvat signala STM-1 ili električni pristup signala E4. Ove kartice prikazane su na slici 3.23. i predstavljaju također, uređeni par pločica od kojih se jedna stavlja u accessno polje (A2S1) a druga u portno polje (P4ES1). Uvijek se postavlja uređeni par u slotove (1 i 6 i/ili 2 i 7 i/ili 3 i 8).
Ovdje je važno napomenuti da kartica (pločica) koja se ubacuje u portno polje (P4ES1) može funkcionirati bez da se u access-no polje postavi kartica (pločica) A2S1. Obrnuto nije moguće. Dakle, kartica P4ES1 ima sve što je potrebno za samostalni rad (i dva utična mjesta za module) dok kartica A2S1 nema tu mogućnost.
Slika 3. 23. kartice za pristup signala STM-1 korištenjem modula za električki ili optički pristup.
Postoje i pločice koje se ne postavljaju u uređenim parovima , to su na primjer pločice za optički prihvat signala STM 4. Ove pločice se mogu postaviti na 6, 7, i 8 mjesto, dakle u portno polje i nemaju para u accesnnom polju . Pločica u sebi nosi integriran optički agregat koji može biti S 4.1., L 4.1. i L 4.2. Pločice su prikazane na slici 3.24.
Slika 3. 24. Pločice za prihvat signala STM4
Sve prikazane i kratko opisane opcionalne pločice za prihvat prometa malih brzina (E1 i E3) i prometa velikih brzina (E4, STM1 i STM4) Osim u ovom uređaju mogu se koristiti i u drugim Alcatel-ovim uređajima iz obitelji Optinex (1600 i 1640). Dok su sistemske pločice uvijek karakteristične za pojedini tip uređaja i ne mogu se u drugim uređajima koristiti. Sve opcionalne pločice za prihvat prometa nisu prikazane, ali su prikazane one koje se najčešće koriste. Uređaj 1650 ima deset utisnih mjesta (slotova). Četiri mjesta zaposjedaju sistemske pločice (4, 5, 9 i 10). [Uređaj može raditi i sa samo jednom SINTH karticom koja je utisnuta u slot 9.]. Opcionalno se popunjava 6 slotova 3 u access-nom polju (slot 1, 2 i 3) i tri u portnom polju (6, 7 i 8). To nam ne daje veliki broj mogućnosti, no uređaji se mogu kaskadirati te korištenjem dva ili više uređaja, moguće je zadovoljiti najrazličitije prometne zahtjeve. Također, mogu se koristiti i veći uređaji poput uređaja 1660 koji ima 40 utisnih mjesta (slotova), a svega su šest zauzeti sistemskim pločicama.
Jedna tipična konfiguracija za prihvat prometa na razini E1 i E3 prikazana je na slici 3.25. uređaj je popunjen sistemskim karticama. U prvom slotu nalazi se pristupna kartica A21E1 preko koje bi mogli prihvatiti 21 signal od E1, a stvarno ćemo ih prihvatiti koliko to uistinu treba, no da bi ova kartica mogla funkcionirati bilo je nužno u slot broj 6 utisnuti portnu karticu P63E1. U access-nom polju drugu poziciju (slot 2) smo ostavili praznom kao i sedmu poziciju u access-nom polju. Pretpostavka je da nam u ovoj stanici treba i prihvat barem jednog signala E3 zbog toga je u slot 3 postavljena kartica A3E3 a u slot 8 P3E3. Uređaj, radi kao add/drop multipleksor u strukturi od koja nosi tok STM1 po svjetlovodu. Zbog toga su u SINTH1 kartice u gornje utore ubačeni optički moduli (za dugu ili kratku relaciju već prema izračunu slavljenja svjetlovodnih linija). Međutim ovim uređajem prikupljamo i određeni promet koji E1 i E3 koji ćemo odvesti na drugi uređaj koji radi u drugoj transmisijskoj strukturi ali je u istoj stanici, što više u istom stalku. Zbog toga je u pločicu SINTH1 u slotu 9 u donje utisno mjesto ubačen električki modul za prihvat signala STM1 preko kojega je ovaj uređaj povezan sa drugim SDH uređajem koji radi u drugoj strukturi, na primjer preko SDH radija. Mi opcionalno svaki E1 port i svaki E3 port možemo postaviti da radi u transmisijskoj strukturi u kojoj je ovaj uređaj ili ga usmjeriti na drugu transmisijsku strukturu u kojoj je SDH radio. Na ovaj način možemo čak i dodatno zaštititi dio prometa preusmjeravanjem na alternativni pravac. Što ovisi o ukupnoj strukturi sustava.
Slika 3. 25. Primjer opcionalnog slaganja uređaja 1650 prema potrebama stanice.
Transmisijski uređaji SDH tehnologije imaju mogućnost višestruke zaštite prometa i to ne samo od prekida na liniji (prekida nastalih uslijed oštećenja svjetlovodnih kabela) nego i prekida koji bi mogli nastati zbog kvara pojedinih pločica. Zbog kvara na portnim pločicama moglo bi se desiti da dođe do gubitka djela prometa, a kavar bi trajao sve dotle dok se neispravna pločica ne zamjeni ispravnom. Kako je određeni broj transmisijskih stanica (udaljenih lokacija) bez ljudske posade i na teže dostupnim mjestima (vrhovi planina, otoci i slično) dobro je dodatno zaštiti uređaj od kvara dijela pločica. Tada se u Access-no polje (na prvu poziciju prije access-ne pločice) ubacuje HPROT pločica, a u portno polje jedna istovjetna portna pločica (na prvu poziciju prije portne-ne pločice) koja je u funkciji rezerve koja uskače u rad u slučaju kvara bilo koje portne pločice. Primjeri kongiguracije uređaja sa dodatnom zaštitom od kvara portnih pločica prikazani su na slici 3.26.
Slika 3. 26. Primjer konfiguracije sa zaštitom portnih pločica.
Uređaj 1650 ili bilo koji drugi transmisijski uređaj uvijek uz sebe ima tvorničku dokumentaciju. U knjizi tvorničke dokumentacije uvijek je detaljno opisano u koji slot se može postaviti koja pločica te koje pločice (u paru) ide na koje pozicije. Dakle te podatke ne treba pamtiti, nego uvijek treba provjeriti, odnosno konsultirati dokumentaciju uređaja.
3.2.6. Putanje linijskih signala i sustavi zaštite u prijenosu MSP zaštita MSP zaštita se može ispostaviti samo kao linijska zaštita sinkroniziranih SDH izlaza (STMn). Ova zaštita se može uspostaviti kao jednostruka i dvostruka zaštita linijskog porta. Kod MSP zaštite isti sinkronizirani SDH signal (na primjer STM1) ne dovodi se samo na jedan, nego na dva optička agregata. Sa dva optička agregata signal se vodi preko dvije trase (po mogućnosti dva svjetlovodna kabela položena u odvojenim podzemnim kanalima)
do sljedećeg transmisijskog uređaja gdje su također, za prijem istovjetnog signala angažirana dva optička agregata. Jedna trasa se proglašava radnom a druga rezervnom. U slučaju prekida radne trase ili kvara optičkih agregata na radnoj trasi, istovjetni signal se prihvaća po rezervnoj trasi. Primjer ove zaštite prikazan je na slici 3.27. U otpremnom smjeru (Tx) isti SDH signal vodi se na radni i rezervni optički agregat. U prijemnom smjeru oba optička agregata primaju isti dolazni signal iz suprotnog pravca. No, koji će se signal odabrati ovisi o stanju ispravnosti radne trase i optičkih agregata. U slučaju prekida samo jedne niti na radnoj trasi prebacivanje na rezervnu trasu desit (rezervni agregat) desit će se samo na prijemnoj strani. To je zaštita na jednom kraju. Kod MSP zaštite na oba kraja u cijelosti će se zamijeniti uloge radne i rezervne trase, to jest prebacivanje će se desiti na prijemnoj strani i jednog i drugog kraja linije. Opisano nam je zorno prikazano na slici 3.27.
Slika 3. 27. MSP zaštita.
MSP zaštita se dosta često koristi u povezivanju prometa veće važnosti. Na primjer; o povezivanju mobilnih komutacija (MSC) preko transmisijskih sustava. Iz mobilne komutacije za značajnije prometne pravce izlazi STM1 signal s MSP zaštitom (za isti signal su definirana dva optička agregata u komutaciji). U tom slučaju se MSP zaštita definira na pristupnom transmisijskom uređaju. Nakon što signal uđe u sustav prijenosa i on osigurava signalu zaštitu, na primjer; SNCP zaštitu koja je na razini virtualnih kontejnera. Tokovi signala i SNCP zaštita u prstenastoj strukturi.
SNCP zaštita je zaštita na nivou virtulanog kontejnera kao transportnog mehanizma u prstenastoj strukturi. Kod uspostave SNCP zaštite sasvim je svejedno koju vrstu prometa nosi virtualni kontejner. SNCP zaštita se može definirati za svaki virtualni kontejner posebno u prstenastim i složenijim strukturama. Svaki virtualni kontejner, nosi određenu vrstu prometa koja terminira u dvije tačke transmisijske mreže. Za uspostavu SNCP zaštite definiramo radnu i rezervnu putanju signala kroz mrežu. Najlakše je shvatiti SNCP zaštitu na jednostavnom primjeru prstenaste strukture kao što je to prikazano na slici 3. 28. Na slici 3.28. prikazana nam je prstenasta struktura koju tvore četiri uređaja (na primjer Alcatel-ova 1650), postavljena u četiri stanice (stanica A, B, C i D). Između svake dvije stanice, veza se uspostavlja preko dvije niti. Na strani jednog uređaja jedna nit se nalazi na otpremnoj točki svjetlovodnog agregata ili modula (laser; Tx točka), a druga na prijemnoj točki (prijemna dioda; Rx točka).
Slika 3. 28. Jednostavna prstenasta struktura koju tvore četiri transmisijska uređaja postavljena u četiri stanice.
Ako bolje pogledamo sliku 3.28. uočavamo da se preko jedne niti prstenaste strukture signal «vrti» u jednom smjeru, a preko druge niti prstenaste strukture u drugom smjeru. Osnovno je pitanje kako se prenosi informacija od na primjer stanice A do stanice C. Pretpostavimo da u stanici A treba prihvatiti jedan signal E1 koji terminira u stanici C. To na primjer može biti jedna 2 Mbit/s grupa koja povezuje udaljeni pretplatnički stupanj u stanici A s matičnom komutacijom u stanici C. Svaka grupa je dvosmjerna jer je svaka komunikacija interaktivna. To u osnovi znači da sustav mora pod pojmom prihvata grupe E1 osigurati prijemnu i predajnu stranu komunikacije. Dakle, jedan smjer komunikacije je kada 2 Mbit/s signal ulazi u stanici A i izlazi u stanici C, a drugi smjer komunikacije je kada jedan 2 Mbit/s signal ulazi u stanici C a izlazi u stanici A. Da bi smo ostvarili ovu dvosmjernu komunikaciju dovoljna nam je jedna nit u kružnoj strukturi. Navedeno je prikazano na slici 3.29. Unutar kružne strukture od svake otpremne do svake prijemne strane putuje STM1 transportni modul. On putuje poput autobusa koji kruži od stanice A preko stanice B, stanice C, stanice D i ponovno na A. Pozicije virtualnih kontejnera VC12 možemo shvatiti kao sjedeća mjesta u tom autobusu. Dakle kružnom putanjom putuje autobus sa 63 sjedeća mjesta. Signal E1 koji treba preći iz stanice A u stanicu B ukrcava se na definirano mjesto u STM strukturi u stanici A i putuje kružnim tokom preko B do stanice C gdje se iskrcava. Signal E1 koji ide u suprotnom smjeru, nakon što se je dolazni E1 iskrcao u stanici C ukrcava se na isto sjedalo (isti virtualni kontejner ) i sada kružnim tokom preko D dolazi do stanice A gdje se iskrcava. Takova se putanja može definirati za svaki signal između bilo koje dvije stanice. No, kako u
autobusu (STM1 modulu) nema više od 63 mjesta (63 pozicije VC12) ukupno se ne može ostvariti veći promet od 63 Signala E1, pa bez obzira gdje oni terminiraju (između kojih stanica). Na ovaj način kao što vidimo na slici 3.29. Korištenjem samo jedne niti moguće je osigurati nesmetani promet u prstenastoj strukturi.
Slika 3. 29. Odvijanje transmisijskog prometa preko jedne niti u prstenastoj strukturi.
Međutim, prstenasta struktura ima dvije niti, jer je u svakom pravcu komunikacije angažiran jedan optički agregat. Prethodna konstatacija da sustav može raditi i s samo jednom niti u praksi nam je od velikog značenja. Jer ako na primjer moramo izmjeriti slabljenje ili neku drugu veličinu (na primjer kromatsku disperziju) između stanice A i B, a mjerenja moramo obaviti na nitima na kojima radi transmisijski SDH sustav, tada možemo jednu nit odspojiti, a da nismo prekinuli promet i na njoj izvršiti mjerenja. Potom moramo ponovno spojiti tu nit i nakon toga možemo odspojiti drugu nit te na njoj izvršiti mjerenja. U ovakvom slučaju neće izvršit ćemo tražena mjerenja na nitima, a neće doći do prekida prometa. U drugoj niti prstenaste strukture signal putuje u suprotnom smjeru. Preko druge niti prstenaste strukture također putuje STM1 modul i odvija se sve isto (s kopijom signala E1) samo se prijenos odvija suprotnom stranom. Dakle, u točki prijema uz izvorni oblik signala E1 dobivamo i njegovu kopiju koja stiže drugom stranom transmisijskog sustava. Ovakav način rada ne bi imao dubljeg smisla kada ne bi osiguravao sustav od prekida prometa. Ako na primjer između stanice B i C dođe do prekida kabela ili se u stanici B pokvari optički agregat koji vodi prema C ili se u stanici C pokvari optički agregat koji vodi prema B, Neće doći do prekida prometa, zato što će komutacijska matrica u uređaju B izvršiti automatsko preusmjeravanje prometa. U osnovi, prstenasta struktura rada preći će u linijsku strukturu. Ovo se dešava trenutačno i nema gubitka signala (prekida prometa). Samo ako se kabel prekine na još jednom mjestu između neke druge dvije stanice dođi će do gubitka djela prometa od stanica koje su se našle u izoliranoj poziciji. No, mala je vjerojatnost istovremenog prekida prometa na dva odvojena i udaljena mjesta.
Zaštita prometa je važna svakom operateru. Pretpostavimo da jedan telefonski razgovor vrijedi 25 lipa po minuti. SDH sustav prijenosa STM1 signala, kada bi prenosio klasični telefonski promet prenosi bi 63x30 telefonskih kanala, a vrijednost prekida prometa bi bila 63x30x0,25= 472,5 kuna/minuti. Sad vremena prekida značio bi gubitak od 28350 HRK. Prekid prometa koji traje 10 sati za operatera znači gubitak od 283 tisuće kuna. Vrijednost čitave SDH opreme u prstenastoj strukturi sa slika 3.29.-31 (bez vrijednosti svjetlovodnih kabela) ne iznosi toliko.
Slika 3. 30. Ukupni tokovi signala u prstenastoj strukturi po radnoj i rezervnoj niti
Slika 3. 31. Prelazak prstenaste strukture u linijsku strukturu zbog prekida svjetlovodnog kabela.
Iz ovog kratkog računskog primjera vidimo koliki je značaj osiguranja telekomunikacijskog prometa. Pogotovo u koliko se radi o strukturama više razine prometa (STM4, STM16, STM64).
3.2.7. Planiranje i projektiranje PDH i SDH transmisijskih sustava Zadatak – polazna osnova u planiranju transmisijskih sustava. Transmisijski sustavi služe za povezivanje čvorišta mreže. Čvorišta mreže zahtijevaju određeni kapacitet u svom međusobnom povezivanju, taj se kapacitet izražava u potrebnim «linkovima» koji mogu biti; u povezivanju čvora N1 i N2 n grupa E1, m grupa E3, Ethernet, FEthernet uli GEthernet. Kapacitet potrebnog povezivanja je polazna osnova u planiranju transmisijskih sustava. Transmisijskim sustavima rijetko kada, rješavamo povezivanje između samo dva čvora. Najčešće se postavljanjem transmisijskih sustava rješava telekomunikacijski promet na određenom području. Izvedba cjelokupnog složenog transmisijskog sustava se može ostvariti u više faza, ali svaka faza može i mora biti zasebna logička cjelina. SDH transmisijski sustav gotovo uvijek se planira kao prstenasta struktura, koja je samostalna ili je podstruktura složenijeg sustava, prstenasta struktura omogućava protekciju prometa u slučaju prekida prstenaste strukture. Maksimalni kapacitet nikad se ne određuje prema trenutačnim potrebama povezivanja čvorova nego se obavezno u razmatranje uzima i predvidivi porast prometa na određenom području. Dobro planiran transmisijski sustav je sustav kod kojeg ukupno planirani kapacitet zadovoljava porast prometnih potreba u vremenu od dvije do pet godina. Pretpostavimo slučaj potrebnog povezivanja tri periferna čvora (na primjer Supetar na otoku Braču, Milna na otoku Braču i Grohote na otoku Šolti na Split). U svakom od ovih čvorova nalazi se udaljeni pretplatnički stupanj matične komutacije pa ih je potrebno povezati na matičnu komutaciju sa odgovarajućim brojem E1 linkova, potom se u svakom ovom čvoru dovodi i neki promet iz njegove periferije u kojoj, također, mogu biti udaljeni pretplatnički stupnjevi ili multipleksori matične komutacije (na primjer iz Ložišća do Milne na otoku Braču). U svim ovim čvorovima postoje i bazne postaje GSM operatera koje se preko matičnog čvora funkcijama preusmjeravanja (cross conecta) vode ka njihovim terminalnim točkama (matičnim komutacijama mobilnih operatera). Ovi se kapaciteti također izražavaju u odgovarajućem broju E1 linkova. U slučaju da su u perifernim čvorovima nalazi određeni broj velikih korisnika može se pojaviti i potreba za odgovarajućim brojem E3 linkova. U slučaju da se nalaze UMTS bazne postaje one se također povezuju sa odgovarajućim brojem E1 linkova iako je u njima danas emuliran ATM promet. U budućnosti će UMTS radio mreža u povezivanju prema područnim kontrolerima koristiti Ethernet koji se također prema potrebnom kapacitetu može emulirati u odgovarajući broj E1 ili E3 linkova ili direktno puniti u STM1 modul. No u planiranju transmisijskih sustava ne razmišljamo o tome da li se radi o povezivanju udaljenog pretplatničkog stupnja sa matičnom komutacijom ili GSM bazne postaje već kao gotovi zadatak dobivamo zahtjev za ostvarenje određenog broja linkova odgovarajućeg kapaciteta iz čvora do čvora. Zahtjev je postavljen u formi;
Čvor N2 na čvor N1 nE1, kE3 linkova, Čvor N3 na čvor N1 mE1, jE3 linkova, Čvor N4 na čvor N1 lE1, iE3 linkova, Čvor N4 na čvor N2 zE1, yE3 linkova
Odabir i procjena konačnog transportnog kapaciteta Pretpostavimo da ćemo kroz čvorove N1, N2, N3, N4 formirati prstenastu strukturu ukupni kapacitet te strukture određen je sumom ukupnih kapaciteta ∑ E1 + ∑ E 3 , bez obzira koji se čvorovi povezuju (što daje mogućnost protekcije prometa u prstenastoj strukturi). STM1 = 63 E1 ili 42E1 + 1E3 ili 21E1 + 2E3 ili 3E3. Ako je ukupni kapacitet dostatan za popunu 50% STM1 ostvarit ćemo STM1 prsten. Ako je ukupni kapacitet >STM1 ukupna struktura radit će kao STM4. Ako je ukupni kapacitet >50% STM1 preporuča se također zbog ukupnog daljnjeg širenja odabir STM4, i tako dalje do STM16 eventualno STM 64. Planirani kapacitet uvijek treba biti veći od zahtijevanog kapaciteta Prikupljanje podataka s terena Između planiranih čvorova potrebno je sagledati da li postoje raspoložive svjetlovodne niti na kojima se može uspostaviti SDH struktura. Ponekad je potrebna rekonstrukcija svjetlovodnih kabelskih trasa, ali to nije posao planera u transmisiji, on kao gotov podatak mora dobiti raspoložive niti (oznaku razdjelnika po stanicama ili čvorovima, te oznaku konekcijskih točaka na svjetlovodnim razdjelnicima [svjetlovodni razdjelnik obično se označava kao ODF]), zatim podatak o udaljenosti kao i rezultate mjerenja slabljenja svjetlovodnih trasa na 1330 i 1550 nm valne duljine (za te valne duljine proizvode se optički agregati ili laseri za SDH opremu). Također, u svim stanicama potrebno je sagledati prostor za smještaj opreme, razdjelnika ili razdjelnih letvica, te raspoloživost sustava napajanja od -48V.
Slika 3. 32 Ukupna konfiguracija planiranog transmisijskog sustava s podacima sustava relevantnim za dizajn sustava
Ukupne podatke o planiranom prometu, konekcijskim točkama i gušenju trasa složimo u inicijalnu konfiguraciju sustava, kao što je to prikazano na slici 3. 32. Sada možemo preći na odabir optičkih agregata i uređaja koji ostvaruju sustav.
Odabir optičkih agregata, uređaja i dizajniranje sustava
Slika 3. 33 Odabir optičkih agregata
Prvo vršimo prema gušenju trasa i ukupnom prometnom kapacitetu vršimo odabir optičkih agregata, što je prikazano na slici 3.34. Odabir optičkih agregata se vrši prema tabelama raspoloživih agregata i njihovih karakteristika, ove tabele nalaze se u dokumentacijskim knjigama uređaja koji su nam raspoloživi za planiranje. Na primjer; ako je ukupni kapacitet sustava STM4, tada od Alcatelovih SDH uređaja u obzir dolaze uređaji koji podržavaju ovaj promet (1640, 1650, 1660 i drugi), optički agregati bilo da su izvedeni kao zasebni slotovi ili moduli isti su za sve tipove navedenih uređaja, te prije odabira samih uređaja možemo izvršiti odabir agregata. Kod odabira agregata bitno je da je gušenje trase veće od minimalno dozvoljenog i manje od maksimalno dozvoljenog. Obično treba birati agregate tako da se i od jedne i od druge margine nalazimo za po nekoliko dB (od 2 do 5 dB). Nikad se ne smije odabrati agregat koji će granično zadovoljiti maksimalno gušenje i to iz razloga što s vremenom ili uslijed prekida može doći do degradacije svjetlovodnog kabela te se stvarno gušenje može povećati što bi izazvalo ispadanje sustava iz rada. Kod L agregata mora se voditi računa da stvarno gušenje bude nešto veće i od minimalno dozvoljenog gušenja kako ne bi došlo do preuzbude ulaza. Ponekad se može umetanjem atenuatora povećati gušenje svjetlovodnih kabela kako bi se izbjegla moguća preuzbuda ulaza. O ovome treba naročito voditi računa kod rekonfiguriranja postojećih trasa ili izmjena dionica svjetlovodnog kabela. Optičke agregate treba pažljivo odabrati, loš odabir optičkih agregata može uzrokovati nefunkcioniranje sustava. Uvijek treba koristiti rezultate mjerenja slabljenja optičkih trasa, oni se mogu dosta razlikovati od predvidivih veličina po deklariranim karakteristikama svjetlovoda i to iz razloga što svako prespojno i konekcijsko mjesto unosi dodatno gušenje od minimalno 0,5 dB. Uređaje biramo prema njihovim opcionalnim mogućnostima, kako bi smo zadovoljili prihvat trenutnog prometa, ali i omogućili predvidiva proširenja. Ako u pojedinoj stanici, kao što je na primjer stanica 4 broj mogućih konekcijskih polja za prihvat prometa nije dovoljan za prihvat postojećeg prometa, moguće je uređaje i kaskadirati kako bi se dobio veći broj utisnih
mjesta. Na slici 3.34 prikazan je odabir uređaja prema zahtjevima konfiguracije sustava. Na slici je pretpostavljeno da u stanici jedan već postoji uređaj 1660 koji će prihvatiti novoformirani prsten u neku višu strukturu (preko koje vrši usmjeravanje prometa). Uplitanjem novoformirane strukture u višu SDH strukturu osim što se omogućava fleksibilno prespajane prometa (cross connect funkcija) dobivaju se i još neke pogodnosti. Naime, ako je viša SDH struktura pod sustavom daljinskog nadzora, nižoj dodanoj strukturi ne mora se pridodavati posebno daljinski nadzor, na postojećem sustavu daljinskog nadzora potrebno je samo otvoriti novi adresni prostor te definirati novu podstrukturu. Također spajanjem niže SDH strukture u višu SDH strukturu sinkronizam se automatski prenosi na nižu strukturu te ga nije potrebno prespajati. Za prihvat nove strukture u stanici N1 na postojećem uređaju 1660 potrebna su dva optička agregata od 622 Mbit/s (STM4) to su pločice koje su prikazane na slici 3.24, no kako u ovom slučaju ulaze u uređaj 1660 utisna mjesta su drugih brojeva. [U ovom slučaju potrebno je u dokumentaciji uređaja 1660 vidjeti koja su mjesta moguća za prihvat pličica optičkih agregata od 622 Mbit/s, te na postojećem uređaju u stanici ili preko sustava daljinskog nadzora vidjeti koja su mjesta od mogućih još raspoloživa. Nakon ubacivanja tih pločica u uređaj 1660 on sam prepozna pločice i one postaju vidljive na sustavu daljinskog nadzora, tokovi signala se definiraju na komutacijskog matrici uređaja.]
Slika 3. 34 Odabir uređaja
Uređaj 1660 je uređaj s 40 utisnih mjesta i s mogućnošću prihvata optičkih agregata od 10 Gbit/s i 2,5 Gbit/s, te se koristi uglavnom u većim stanicama. U manjim postajama te za optičke linije od 622 Mbit/s i 155 Mbit/s koriste se uglavnom uređaji 1650 prethodno opisan ili 1640. Uređaj 1640 je takozvana kljašta verzija SDH uređaja. Uređaju 1640 nije moguće privesti sinkronizam i daljinski nadzor te on može raditi samo u strukturi sa jačim uređajima. Maksimalno može prihvatiti 16 E1 signala ili 12 E1 signala i 1 E3 signal. Dakle, u koliko je u stanicama potrebno više od 16 E1 signala ili više od 2 E3 signala potrebno je koristiti uređaje kao što je prethodno opisani 1650. Pretpostavimo da u stanici N4 treba prihvatiti 47 E1 i 3 E3 signala, u tom slučaju broj utisnih mjesta u 1650 nije dovoljan te mu se mora pridodati još jedan uređaj u kaskadi. Potrebna konfiguracija uređaja u stanici N4 izgledala bi kao na slici 3.35.
Slika 3. 35. Pretpostavljena kaskadna konfiguracija u stanici N4.
Izrada tehničkog rješenja. Tehničko rješenje je dokument koji služi montažerima opreme da fizički instaliraju predviđenu opremu i izvrše sva prospajanja. Ono mora sadržavati: • Opis postojećeg stanja • Opis novoplaniranog stanja s blok šhemom veze • Postavne nacrte svih stanica veze s točnim pozicijama za montažu uređaja i opreme • Opis montaže s popismo svih spojnih točaka (na svjetlovodnim razdjelnicima, električkim razdjelnicima, spojne točke za napajanje i uzemljenje uređaja i opreme. • Detaljan opis opreme i montažnog materijala (s šiframa nabave, brojem komada ili duljinom kabela) s točnom specifikacijom kabelskih duljina i svjetlovodnih kratkospojnika. • Specifikaciju radova i troškovnik ukupne investicije. Sve napisano u tehničkom rješenju mora biti jednoznačno i sasvim jasno određeno, kako ne bi montažere na terenu dovelo u nedoumicu. Treba izbjegavati duge i složene opise, te nepotrebna objašnjenja. Tehničko rješenje je dokument po kojem se montažer mora brzo i jednostavno snaći. Uređaji iz tvornice ili s skladišta ne dolaze sastavljeni, već u odvojenim setovima koji sadrže podstalak, sistemske pločice i posebno naručene pločice za prihvat prometa, te module konektore i ostale dijelove. Uređaje je iste potrebno fizički sklopiti za svaku stanicu, te inicijalno konfigurirati (upisati osnovnu programsku podršku koja omogućava rad svakog uređaja). Uređaji se sastave u takozvanoj fazi pripreme predmontaže, te se testiraju u laboratorijskim uvjetima prije nego se nose na teren i postavljaju na predviđena mjesta za rad u samim stanicama. U fazi pripreme montaže osim pripreme uređaja a prema tehničkom
rješenju mogu se i pripremiti kabeli s konektorima, kako bi se faza rada na terenu svela na što jednostavniji postupak. U koliko negdje zbog nedostatka svjetlovodne infrastrukture nije moguće realizirati prstenastu strukturu na svjetlovodnim kabelima, zatvaranje u prsten može se izvršiti i ubacivanjem radija. SDH radija rada s STM1 signalom (155 Mbit/s) kao s najvišom razinom signala. Nije moguće preko SDH radija prenijeti signal STM4. Zbog toga se kod zatvaranja u prstenaste strukture koriste konfiguracije radija (n+1) [n radnih staza + 1 rezervna staza]. Ako je na svjetlovodu uspostavljena linija STM4 onda zatvaranjem preko radija u prstenastu strukturu ne mora se projektirati sav promet, uvijek postoji dio prometa koji je važniji i kojeg treba protektirati i/ili u samoj konfiguraciji prometa može se napraviti takav raspored da se rad nastavi ali s smanjenim kapacitetom. Na primjer; udaljeni pretplatnički stupanj koji je na matičnu komutaciju povezan s 6 E1 linkova, također će raditi ako veza spadne na 3 E1 linka ali će kapacitet povezivanja biti manji [obavezno se mora protektirati takozvani master link]. U takovu slučaju će se na komutacijskom matrici uređaja tri linka rasporediti u jedan STM1 tok koji će biti protektiran preko radija, a tri preostala linka u drugi STM1 tok koji neće biti protektiran preko radija. Tada se koriste konfiguracije (2+1) ili (1+1) ili (1+0). Opisani primjer je prikazan na slici 3. 36
Slika 3. 36 Prstenasta struktura djelomično zatvorena preko radio sustava (2+1)
Da bi se prstenasta SDH struktura mogla djelomično ili u cijelosti zatvoriti preko radio trase potrebno je izvršiti projektiranje radio trase. Zbog toga ćemo ovdje u najkraćim crtama kazati najvažnije stavke oko projektiranja radio trase. Projektiranje radio trase SDH i/ili PDH radija. Usmjerena radio veza ili radio relejne veze osnivaju se na usmjerenim elektromagnetskim valovima (korištenje paraboličnih antena) koji se prostiru kroz zrak kao prijenosnog medija. Atmosfera nije stabilan prijenosni medij što se očituje u variranju prijemnog polja. Svaki prijemni radio uređaj ima prag prijema, prag prijema definiran je kao minimalna snaga signala
na ulazu kod koje uređaj u prijemu ne pravi grešku veću od neke vrijednosti (najčešće 10-3) . Ili bolje rečeno prag prijema je minimalna snaga koja treba pobuditi uređaj da bi on ispravno radio. U regularnim uvjetima snaga EMV na prijemu je iznad praga prijema za N dB. Zbog različitih atmosferskih pojava (vjetrova, kiše, prašine, magle, temperaturnih turbulencija i tako dalje) dolazi do stalnog osciliranja snage na prijemu, onog trenutka kada razina prijemnog signala padne ispod praga prijema, veza je prekinuta, odnosno smatra se da nije raspoloživa. Atmosferske pojave koje guše prijemnu razinu ispod nominalne nazivaju se fedingom, a odnos između prijemne razine kada nema nikakvih smetnji i praga prijema naziva se rezervom za feding. Što je rezerva za feding veća (što je stvarna prijemna razina više iznad praga prijema) to će vrijeme kada smetnja (feding) potisne prijemnu razinu biti kraće ili rjeđe zastupljeno. Radi toga proračun kvalitete svodi se na izračunavanje rezerve za feding odnosno stvarne prijemne razine u idealnim uvjetima prostiranja, te statističke procjene koliko će sa tom rezervom doći do smetnji koje će uzrokovati nerspoloživost veze u postocima vremena godišnje. Praktičke vrjednosti rezerve za feding koje treba ostvariti kreću se od 35 do 55 dB. Radio relejna veza sasvim općenito može se sastojati od većeg broja dionica, kao što je to prikazano na slici 3.37. A
B
C
D
Slika 3. 37 Dionice radio relejne veze
Radio relejna veza kojom se povezuju dvije krajnje točke veze može biti izvedena sa više radio dionica. Svaka se dionica zasebno proračunava, a vremena neraspoloživosti se zbrajaju, kad dođe do prekida bilo koje dionice prekinuta je ukupna veza. Proračun kvalitete veze u svom početnom dijelu podrazumijeva proračun razina signala u pojedinim točkama radio dionice odnosno ukupnog gušenja (slabljenja) na trasi i ukupnog pojačanja (dobitka) na trasi. Problem kod proračunavanja kvalitete radio relejne veze svodi se na proračunavanje svake pojedine dionice radio relejne veze. Prije nego nešto kažemo o samom proračunavanju kvalitete radio relejne veze ili pojedine dionice potrebno je nešto sasvim općenito kazati o prostiranju EMV. U telekomunikacijama koristi se elektromagnetski val učestalosti između 160 KHz i 30 GHz što je vrlo široki raspon. Kod usmjerenih radio relejnih veza najčešće koristi se EMV od 2 do 30 GHz što je nešto uži raspon, ali još uvijek toliko širok da se bitno mijenjaju uvjeti prostiranja EMV u pojedinim područjima frekvencija. U telekomunikacijama koristi se takozvani polarizirani EMV Što znači da vektor električnog i vektor magnetskog polja titraju uvijek u jednoj ravnini obzirom na smjer prostiranja EMV međusobno razmaknute za 900. Što je to prikazano na slici 3.38.
E
P
H
Slika 3. 38 Prostiranje polariziranog EMV
Polarizacija Kada električna komponenta EMV titra okomito na zemljišnu površinu kažemo da je EMV vertikalno polariziran, ako bi električna komponenta EMV titrala u ravnini koja bi bila paralelna sa zemljišnom površinom takav bi EMV nazivali horizontalno polariziranim EMV. Ako bi se Električna komponenta stalno zakretala u prostoru i opisivala kružnicu u ravnini okomitoj na smjer prostiranja takav bi EMV nazivali kružno polariziran EMV: Što je sve prikazano na slici3.39.
E
Kod usmjerenih RR veza koristi se horizontalna ili vertikalna polarizacija.
Vertikalno
E
E
Horizontalno
E
Kružno
E
Kružno Slika 3. 39 Polarizacija EMV
Kružna polarizacija primjenjuje kod letećih se objekata, prijemna antena u takovom slučaju je također, antena za kružnu polarizaciju, ali se može koristiti i antena koja prima samo horizontalno ili vertikalno polariziran EMV, u tom slučaju će takova antena primati samo oko 50 % snage. U slučaju radio relejne veze koja ide preko mora (na primjer Split – Supetar ) koristi se vertikalna polarizacija EMV. Vertikalna polarizacija kod RR veza iznad mora koristi se iz razloga štio tada reflektirani val nije u protufazi sa primarnim valom. O čemu se zapravo radi?
+
Struja
Struja
-
Pomak
-
Struja
+
Pomak
Zamislimo da imamo pozitivan naboj koji je postavljen iznad vodljive površine (more). Zbog djelovanja Cullon-ove sile u vodljivoj površini pojavit će se zrcalni negativni naboj, slika 3.40. Pomičemo li naboj (pozitivni) iznad vodljive površine put gore negativni zrcalni naboj pomicat će se put dolje. To znači da se struja giba u istom smjeru, prema gore. No, pomičemo li te naboje lijevo - desno uzduž vodljive površine slika zrcalnog naboja će ga pratiti lijevo desno, što znači obrnuti smjer zrcalne struje. Krajnja konzekvenca ovog fenomena ogleda se u tome da se vertikalno polarizirani EMV reflektira od ravne površine bez promjene faze a Horizontalno polarizirani EMV odbija se od površine sa promjenom faze za 1800.
+
Pomak
+
-
Pomak
-
Struja
Slika 3. 40 Refleksija EMV
Ravnina prostiranja EMV i Fresnell-ova zona. Kod usmjerene radio relejne veze, mora postojati direktna optička vidljivost između predajne i prijemne antene (kako bi veza bila ostvariva). Dakle, između prijemne i predajne antene ne smije biti objekta koji bi zapriječio prostiranje EMV. Pretpostavimo da je antena A na visini od 20 m , da je antena B također, na visini od 20 metara, a da na polovini udaljenosti od A do B postoji objekt visine 19 m. Pitanje je! Da li u takovom slučaju postoji izravna optička vidljivost između A i B?
Da bi ispravno odgovorili na ovo pitanje moramo kazati da to ovisi o zakrivljenosti zemaljske kugle to jest o udaljenosti između A i B Uzmimo primjer sa slike 3.41.
h Ha q
Hb
y
A
B d2
d1 d
Slika 3. 41 Profil trase
U odnosu na zamišljenu pravu liniju koja spaja točku nadmorske visine 0 m ispod antene A koja je na visini Ha i točke nadmorske visine 0 ispod točke B koja je na visini Hb zemljina površina je u dvodimenzionalnom prikazu odsječak kružnice, čija visina (visina odsječka) u odnosu na tetivu (zamišljenu ravnu liniju) se računa prema izrazu (3.1):
Y=
d1d 2 12,74k
(3.1)
gdje su: Y d1 d2 = (d-d1) 12,74 k–
visina u odnosu na tetivu izražena u m udaljenost od podnožja antene A do točke na kojoj tražimo zakrivljenost Y, izražena u km udaljenost od podnožija antene B pa do točke u kojoj računamo zakrivljenost (km) dijametar zemlje izražen u Mm (uzimamo da je efektivni polumjer zemlje 6378 Km) je konstanta koja se obično za veze ispod 11 GHz uzima nešto preko 1 što znači da djeluje na efektivno umanjivanje zakrivljenosti zemljine površine , ispod 11 GHz se EMV ogiba oko prepreke. Preko 11 GHz gotovo da i nema ogiba EMV
Na primjer za udaljenost od 100 Km odbijamo da je Y po sredini 196 m , dakle skoro 200m Na udaljenosti od 10 km (Split – Supetar) Y po sredini iznosi 1,96m. Stvarna visina radio trase u odnosu na visinu kritičnog objekta na terenu (h ) izračunava se prema izrazu (3.2). d d h =H A 2 + H B 1 q − y (3.2) d d EMV ne putuje isključivo direktno od antene A do antene B već se dio ogiba i dospijeva od A do B po krivulji koja opisuje kružni elipsoid u prostoru. Naravno oni valovi koji su došli direktno i oni koji su došli ogibajući se ne putuju jednako dugo. Duže putuju oni EMV koji se
ogibaju pa samim tim u odnosu na one koji dolaze direktno kasne u fazi. Ako zamislimo kružni elipsojid koji nam je omeđen zahtjevom da svi EMV unutar njega stižu sa faznom razlikom manjom od π onda se takav elipsod zove Fresnell-ov kružni elipsoid odnosno on omeđuje takozvanu I Fresnell-ovu zonu. Fresnell-ov elipsoid računa se prema izrazu (3.3). r = 17,3
gdje su: r (m) f (GHz) d1, d2, d
d1 d 2 (d1 + d 2 ) f
(3.3)
polumjer Fresnell-ova kružnog elipsoida, srednja frekvencija RF područja, ( udaljenosti u km)
Fresnell-ov elipsoid prikazan je na slici 3.42.
Stanica A Stanica B
Slika 3. 42 Fresnell-ov elipsoid
Geometrija veze služi za proučavanje takozvanog profila RR, prolaznosti veze. Tek kada smo sa sigurni da glede profila RR trase veza “prolazi” idemo na ostale elemente proračuna RR veze. Za ispravan prijem potrebno je da ne postoji prepreka u Fresnellovu elipsoidu, međutim i manja prepreka (do 20%) sjene omogućit će prostiranje ali će stvarne vrijednosti polja (bez fedinga) biti manje nego one koje izračun daje. Proračun slabljenja radio trase
Elektromagnetski val izlazi iz radio predajnika sa snagom Piz, ova snaga može se iskazati u W ali češće je iskazujemo u dBm [dBm izlazna snaga u odnosu na dogovorenu referentnu P (mW ) veličinu od 1 mW, odnosno Piz (dBm) = 10 log iz ]. Da bi došao do antene 1(mW ) elektromagnetski val prolazi kroz RF elemente kao što su cirkulatori (koji odvajaju smjerove
predaje i prijema) i filtere (koji eliminiraju parazitne harmonike koji su nastali kao produkt RF modulacije). RF elementi unose neko slabljenje Arf (dB), obično se to slabljenje procjenjuje na 0,5 dB po RF elementu. Nadalje elektromagnetski val da bi došao do antene prolazi kroz valovod. Valovod, također, unosi neko slabljenje Av(dB), koje se može izračunati kao iz produkta ukupne duljine valovoda l(m) i specifičnog slabljenja valovoda α v (dB/m), pa je Av (dB) = l ⋅ α v . Parabolična antena koja usmjerava elektromagnetski val djeluje kao pojačalo i unosi takozvani dobitak ili pojačanje antene Ga (dB). Dobitak antene obično je dan od proizvođača antena ali za paraboličnu antenu može se izračunati prema izrazu (3.4). Ga = 17,8 + 20 log D + 20 log f gdje je: D(m) f(GHz) -
(3.4)
promjer parabolične antene, srednja frekvencija RF područja
Elektromagnetski val se dalje prostire kroz prostor, slobodni prostor slabi elektromagnetski val. Kod usmjerenih radio relejnih veza slabljenje elektromagnetskog vala odgovara slabljenju u slobodnom prostoru odnosno idealnim uvjetima prostiranja, te se može slabljenje može izračunati prema teoretskom izrazu (jednadžbi) za prostiranje u slobodnom prostoru (3.5).
RF > Predajnik
polarizaciona skretnica
I
antena A
antena B
Valovod
Valovod
Cirkulatori
I
Slabljenje EMV usljed prostiranja
> Prijemnik
Slika 3. 43 Shematski prikaz radio relejne dionice
A fs (dB ) = 92,4 + 20 log d + 20 log f gdje je: d(km) f(GHz) -
(3.5)
udaljenost između predajne i prijemne antene, srednja frekvencija RF područja
Na prijemnoj strani prijemna antena, također, unosi pojačanje Gb, a valovod i RF elementi slabljenje (Av+Arf) . Rezultat izlazne snage i svih slabljenja i dobitaka je prijemna razina Ppr, (3.6).
Ppr (dBm) = Piz (dBm) − AvA (dB) − ArfA (dB) + G A (dB) − A fs (dB) + GB (dB) − ArfB (dB) − AvB (dB) (3.6) Prijemna razina mora biti veća od praga prijema Ppr>Ppraga . Prag prijema definira se za svaki uređaj, a i može se izračunati iz graničnog odnosa signal šum za određeni stupanj modulacije. Najčešće u dokumentaciji uređaja se navodi vrijednost Ppraga za određeni stupanj greške 10-n, ponekad se navodi i više vrijednosti Ppraga koje se odnose na različite stupnjeve pogreške 10-n, (BER=10-n). Najčešće praktičke vrijednosti izlazne snage Piz kreću se od 0 do 5 dBm. Vrijednosti praga prijema Ppraga u ovisnosti o dozvoljenom stupnju pogreške najčešće su oko vrijednosti -73 do -85 dBm. Radio uređaj će dobro raditi ako je prijemna razina Ppr negdje oko – 50 dBm. Tada razliku od 25 do 30 dB do praga prijema smatramo rezervom za feding (toliko može degradirati prijemno polje a da ne dođe do prekida veze). F (dB) = Ppr − Ppraga
(3.7)
Prilikom montaže radio trase mjere se razine prijemnog polja i gotovo u dB odgovaraju izračunatim vrijednostima preko izraza (3.6), razlika od 2 dB plus ili minus smatra se zadovoljavajućom, no veća razlika najčešće upućuje na pogrešku u usmjeravanju antena radio veze. Postotak vremena neraspoloživosti radio dionice tijekom jedne godine može se izračunati preko empirijskog izraza za frekvencije RF područja ispod 10 GHz korištenjem izraza (3.8) Tvp(%) = 1,4 ⋅10 −6 ⋅ f ⋅ d ⋅10 − F / 10 gdje je: d(km) f(GHz) F(dB) -
(3.8)
udaljenost između predajne i prijemne antene, srednja frekvencija RF područja iznos rezerve za feding.
U frekvencijskom području iznad 10 GHz dominantna smetnja prostiranju elektromagnetskog vala usmjerene RR veze je kiša. Tada veličina kišne kapi korespondira sa veličinom valne duljine EMV te se kapljice počinju ponašati kao prijemne antene koje apsorbiraju EMV pretvarajući ga u toplinu. Za izračun postotka vremena neraspoloživosti na frekvencijama iznad 10 GHz potrebno je koristiti statističke podatke o godišnjem vremenu padalina na određenom području. Kod izrade projekta ili tehničkog rješenja za radio relejne veze. Potrebno je poznavati točne koordinate antena jedne i druge strane, te iz geografskih karata izračunati (izmjeriti udaljenost), te napraviti profil trase (važno je da prva Fresnell-ova zona bude sasvim slobodna). Radi kasnijeg usmjeravanja antena (prilikom montaže) potrebno je izračunati azimut i elevaciju antena na strani A i strani B.
Naravno potrebno je odrediti pozicije montaže antena na antenskim konstrukcijama položaje radio uređaja (ovisno da li su za vanjsku ili unutarnju montažu), trase i duljine za polaganje valovoda, te napajanje uređaja i konekcijske točke prema SDH uređajima (ili PDH uređajima kod PDH radija). Detaljnije ćemo kazati o podešavanju antena. Podešavanje radio trase – latice zračenja antene.
Slika 3. 44 Latice zračenja parabolične antene
Da bi se radio trasa mogla ispravno podesiti važno je da glavne latice zračenja parabolične antene stanice A i stanice B budu točno usmjerena jedna na drugu. Kod velikih udaljenosti nije moguće to napraviti samo vizualnim promatranjem, zbog toga je potrebno unaprijed u sklopu tehničkog rješenja ili projekta RR veze izraćunati za svaku antenu azimut i elevaciju. Antene se inicijalno postave prema izračunatim vrijednostima azimuta i elevacije. Tada se na prijemu jedne strane mora dobiti signal s druge strane. Nakon što se dobije inicijalni signal vrši se precizno podešavanje prvo jedne, a potom i druge antene dok se ne ostvare maksimalne vrijednosti prijemnog polja (koje moraju barem približno odgovarati prethodno izračunatim vrijednostima) Ako se antene inicijalno ne postave u smjer jedna prema drugoj po unaprijed izračunatim azimutima i elevacijama, može se desiti da antene podesimo umjesto na glavnu laticu zračenja na parazitne latice zračenja. Parazitne latice u stvarnosti su mnogo manje nego što to prikazuje slika 3.44. u tom slučaju sigurno se neće ostvariti dostatna prijemna razina polja. Slučaj ispravno i neispravno podešenih latica zračenja prikazan je na slici 3.45.
Slika 3. 45 Ispravno i neispravno podešavanje latica zračenja na A i B strani.
3.3. Transmisijski sustavi za prijenos Ethernet signala Razvojem širokopojasnih mreža i širokopojasnog pristupa, uvođenjem novih usluga kao što su pristup Internetu, video po pozivu, IP TV, videotelefonije i videokonferencije i drugih koje se temelje na paketskom prijenosu (IP tehnologiji), Ethernet kao mrežna transportna tehnologija sve više ulazi u transmisiju. Ethernet se je pojavio kao mrežna transportna tehnologija namijenjena lokalnim mrežama, u njega je ugrađen čitav niz mehanizama koji omogućavaju jednostavno funkcioniranje na razini lokalne mreže od par stotina računala (kao što su pronalaženje trase puta, MAC adresiranje i drugi). Međutim, ti mehanizmi kada se Ethernet primjeni na velikim mrežama od par miliona terminala postaju ozbiljna smetnja. Velike i složene mreže ne bi ni bile moguće kada se u njima ne bi koristili Roughter-i koji uz razinu Etherneta koriste i razinu IP (ARP adrese koje su kombinacija IP i MAC adresa). Ethernet se mijenja, o čemu ćemo kasnije govoriti, kako bi bio primjenjiv i prometno upravljiv u velikim globalnim mrežama. No,
danas smo već suočeni sa činjenicom da u istim fizičkim mrežama egzistira TDM promet (PDH i SDH) te uz njega i Ethernet promet. U stanju kada imamo hibridni promet, SDH tehnologija se nameće kao dobro rješenje za transportne sustave jer preko istih transmisijskih mreža možemo prenositi TDM i Ethernet promet. No, Ethernet se koristi u širokopojasnim mrežama i zahtjeva znatno veće transmisijske kapacitete nego SDH TDM promet, zbog toga se već sada javljaju zasebne slučajevi Ethernet transmisije, a u budućnosti će vjerojatno (nakon što budu izvedene modifikacije na Ethernet standardu) i prevladati. Trenutačno moguće je Ethernet prenijeti. -
izravno preko svjetlovodnih kabela,
-
emulirajući Ethernet promet u SDH preko SDH transmisijskih sustava.
Postoje i pokušaji da se TDM signali (E1 i E3) prenose preko Etherneta, no ti pokušaji za sada nisu dali zadovoljavajuće rezultate. Ethernet je asinkrona tehnologija i nije moguće sinkrone signale prenijeti preko asinkrone tehnologije i pri tome sačuvati sinkronizam. Ukratko o Ethernetu
U ostvarivanju LAN mreža danas je najzatupljenija ETHERNET tehnologija koja podrazumijeva primjenu jednog od Ethernet standarda. Danas je preko 90% LAN mreža u svijetu ostvareno uporabom jednog od ETHERNET standarda. Da bi smo shvatili Ethernet tehnologiju i standarda potrebno je ponajprije nešto kazati o kratkom povijesnom razvoju ovog standarda. Povijesni razvoj Ethernet standarda. Prvi počeci datiraju još iz davne 1970. godine kada se je u sklopu sveučilišta Hawaii počela razvijati paketska radio mreža ALOHANET. ALOHANET protokol danas se koristi u mobilno telefoniji za realizaciju BCCH kanala. Navedena paketska radio mreža predstavljala je komunikacijski sustav baziran na korištenju zajedničkog kanala po principu “šalji kad imaš nešto za slati. Te odgađanje prijenos u slučaju da netko drugi je prije tebe zaposjeo prijenosni medij (odustani od slanja u slučaju sukoba na prijenosnom mediju). Upravo ovaj princip iskorišten je kod Ethernet LAN mreža. Taj princip reguliran je kroz protokol koji se označava sa CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) što bi u slobodnom prijevodu značilo provjeri zauzetost uz detekciju sukoba. Zbog osnovne karakteristike CSMA/CD ponekad se Ethernet standard označava upravo ovim akronimom. Primjena ovakva načina pristupa prijenosnom mediju ostala je do dana današnjega glavna karakteristika svih Ethernet standarda i protokola. Razlikujemo danas više različitih Ethernet mreža (koje se razlikuju po prijenosnom mediju ili po brzini prijenosa), ali je svima zajednički CSMA/CD pristup. CSMA/CD ponekad se naziva protokolom “slušaj dok govoriš”. Prva prava Ethernet mreža razvijena je od kompanije Xerox 1976. godine.
Nešto kasnije poboljšanjem CSMA/CD protokola sazreli su uvjeti za promoviranje 10 Mbit/s Ethernet standarda kojeg su zajednički izradile kompanije Xerox, DEC i Intel 1980. godine. Udruženje IEEE 1983. godine donosi i prvi formalni standard Ethernet mreže pod oznakom IEEE 802.3. Dalje slijedi razvoj koji je vezan uz primjenu Etherneta na različitim prijenosnim medijima:
50 omskom koaksijalnu od 10 mm takozvani “debeli” Ethernet (10 Base5), 50 omskom koaksijalnu (standardnom fleksibilnom tzv. “tanki“ Ethernet (10Base2), 75 omskom koaksijalnu (za CATV) (10Broad36), Na neoklopljenom simetričnom kabelu (UTP) tzv. (10BasrT) te na Svjetlovodnom kabelu (multimodni) (10BaseF) sa varijantama FP-FL i FB
Zbog rastućih potreba u informacijskom volumenu prijenosnog medija (multimedijske aplikacije) 1995. godine javlja se standard takozvanog brzog Etherneta (Fast Ethernet) za brzinu prijenosa od 100 Mbit/s, odmah potom radi se na standardizaciji takozvanog Gbit Etherneta te se prvi standardi definiraju 1997. godine. Iza 2000 godine pojavila su se 10 Gbit/s Ethernet rješenja, namijenjena izravnom prijenosu Ethernet signala, kao i prijenosu preko SDH uređaja. Ethernet mrežna tehnologija danas je izuzetno raširena kod umrežavanja LAN-ova (10 Mbit/s i 100 Mbit/s Ethernet) te kod povezivanja više lanova jedne kompanije u cjelinu (MAN) (10 Mbit/s, 100 Mbit/s, i 1Gbit/s). U posljednjih nekoliko godina Ethernet tehnologija postaje tehnologija širokopojasne pozadinske mreže. ETHERNET format okvira Sinkronizacijski dio sastoji se od 7 bajtova izmjenjujućih jedinica i nula koji grade signal frekvencije 5 MHz (Manchester kod) potreban za sinkronizaciju svake stanice na takt lokalne mreže. 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
Nekodirani niz bita Manchester
Slika 3. 46 Manchester kod
Korisnički dio okvira počinje nakon dvije logičke jedinice u sklopu oznake početka okvira jedan bajt. Ethernet podržava 16 i 48 bitno adresiranje, a omogućuje adresiranje:
pojedinačnih uređaja, grupe uređaja i svih uređaja na mreži.
Polje podataka može sadržavati minimalno 46 okteta (bajtova), a maksimalno 1500 okteta (bajtova). Ako je broj podataka manji od 46 bajtova, polje podataka se ne skraćuje ispod te
minimalne dimenzije već se puni sa nulama do njegove najmanje dozvoljene dužine. Broj korisnih bita upisan je u polju dužine. Adresa izvora
4 bajta
46 - 1500 bajta
Dužina okvira
2 bajta
6 bajta
6 bajta
1 bajt
7 bajta
Adresa odredišta
SINKRONIZACIJA
Oznaka početka okvira 10101011 Sinkronizacijski dio 101010
5 MHz
Niz za provjeru okvira Podaci
Slika 3. 47. Ethernet (CSMA/CD) format okvira
Polje provjere okvira nalazi se na kraju okvira i sastoji se od 32 bita odnosno četiri bajta, često se označava sa FCS (Frame Check Sequence).
3.3.1. Ethernet transmisijski sustavi. Transmisijski sustavi Etherneta temelje se na svjetlovodnoj infrastrukturi i optičkim portovima (agregatima) za rad na 1330 rjeđe 1550 nm valne duljine svjetlosnog signala. Obično switch-evi imaju optičke agregate koji za signale brzine do 1 Gbit/s premoštavaju do 70 km udaljenosti, signalima od 10 Gbit/s premoštava se do nekoliko desetaka kilometara. Najčešće se switchwevi izravno povezuju u točka – točka, linijske, kaskadne ili prstenaste strukture sa unaprijed predefiniranim pravcima protoka Ethernet signala (radnim i rezervnim). Tipični primjer Ethernet Agregacije (transmisijskog sustava) prikazan je na slici 3.48. Veliki broj switch-eva na putu Eternet signala nije dobar (nije dobro kao rješenje transmisijskog sustava) i to iz razloga što u svakom uređaju dolazi do kašnjenja koje je izazvano analizom paketa ili kod bržeg načina rada analizom samo zaglavlja paketa (tada se prenose i neispravni paketi). Ovo kašnjenje uglavnom nije problematično kod prijenosa podataka pa i usluga poput pristupa Internetu, no usluge koje zahtijevaju prijenos u realnom vremenu poput govora mogu biti otežane ili čak onemogućene zbog kašnjenja koje unose switch-evi. Switch-evi su neinteligentni čvorovi i oni ne mogu razdvajati promet do li po smjerovima koji su zadani MAC adresama. Razdvajanje prometa (govorni i negovorni) nužno je kako bi se za govorni i ostali promet u realnom vremenu osigurale posebne staze i kvaliteta. No, switchevi ne mogu obaviti ovaj zadatak, ovaj zadatak (odvajanje prometa po vrstama) mogu obaviti Roughteri (rade na razini IP adresa i paketa te mogu prepoznati promet po vrstama), pa oni sve više i sve dublje ulaze u mrežu
Slika 3. 48 Ethernet transmisijska pozadinska mreža u agregacijskoj razini
Zbog velikih kapaciteta koje zahtijevaju Ethernet transmisijski sustavi te zbog sve boljeg iskorištenja svjetlovodne infrastrukture u budućnosti se predviđa sve češća upotreba DWDM i CWDM sustava za direktno povezivanje Ethernet opreme, u tom slučaju transmisijske karakteristike određuje ta oprema, a o tome će nešto kasnije biti više riječi.
3.3.2. Prijenos Etherneta preko SDH Za prijenos Etherneta preko SDH značajna su tri protokola, a to su;
GFP Generic Framing Procedure, VCAT Virtual Concatenation, LCAS Link Capacity Adjustment Scheme.
GFP Generic Framing Procedure. Obavlja prepakiranje Ethernet paketa u GFP pakete. Ovaj postupak je nuždan samo iz razloga što se preko SDH mogu prenositi i drugi mrežni informatički protokoli poput IP/PPP i drugih, pa je nužno formiranje jedinstvenog (jednoobraznog prijenosnog paketa). VCAT Virtual Concatenation. Ima osnovni zadatak da pakete GFP puni u virtualne kontejnere. VCAT upravlja mappiranjem prometa u (VC-11), VC-12, (VC-2), VC-3 i VC-4. Na izlazu mappera GFP paketski promet raspoređuje se u više VC (ako su oni na raspolaganju) te mora postojati spoznaja o njihovom rasporedu. U osnovi GFC paketi (koji u sebi nose Ethernet promet) raspoređuju se na NxVC-x kontejnera, što ovisi o količini prometa koja se želi prebaciti od točke to točke. LCAS Link Capacity Adjustment Scheme. Virtualna konkatenacija (ulančavanje) omogućava različiti opseg prijenosa, što ovisi o broju i tipu VC kontejnera na koje se promet mappira. LCAS je protokol koji omogućava promjenu broja VC u koje se promet mappira, to jest promjenu opsega prijenosa. U slučaju da dođe do pada jedne od virtualnih staza, neće doći do prekida prometa jer će protokol LCAS omogućiti smanjenje broja VC na koje se promet mappira.
Generalno prijenos Etherneta preko SDH opreme može se odvijati na dvije razine;
Layer1 (prva razina) koji omogućava prijenos Etherneta bez analize zaglavlja i koji s toga vodi promet od točke do čoke u okviru SDH mreže. Naime, nakon što se promet mappira u VC kontejnere oni se razvoze po mreži i s njima se upravlja na potpuno isti način kao i sa svim ostalim VC koji u sebi nose TDM promet.
Layer2 (druga razina) koji omogućava usmjeravanje (switch-anje) prometa kroz mreži. Ovo se realizira na način da se na portu ostvari funkcija rougher koja analizira zaglavlja Ethernet paketa te ih usmjerava prema virtualnim Ethernet izlazima, preko kojih se vrši mappiranje razvrstanog prometa u zasebne VC SDH mreže. Ovi virtualni izlazi u okviru ukupne mreže definirani su funkcijom virtualnog LAN-a VLAN.
Karakteristika jedne i druge razine prometa je u tome da se promet vodi preko SDH mreže na potpuno standardizirani način, a samo na mjestima gdje Ethernet promet terminira SDH uređaji moraju imati mogućnost emulacije Etherneta.
3.3.2.1. GFP Generic Framing Procedure GFP osigurava generički mehanizam za adaptaciju korisničkog prometa na mehanizam SDH mreže. Korisnički promet može biti organiziran kao PDU (Protocol Dana Unit) (IP/PPP ili EthernetMAC), blok – code orijentiran ili konstantni tok bita. GFP sadrži zajednički i korisnički aspekt kao što je to prikazano na slici 3.49.
Ethernet
Neki drugi protokol za prijenos usluge
IP/PPP
GFP -Client Specific Aspect (Payload Dependent)
GFP -Common Aspect (Payload Independent) SDH staza
OTN ODUk staza
Slika 3. 49 GFP Odnos između korisničkog signala i transportne staze.
GFP korisnički okvir prikazan je na slici 3.50. Okvir se sastoji od zaglavlja (četiri okteta), zatim polja ispune koje može imati do 65531 okteta. U slučaju da se koristi prošireno zaglavlje ili FEC kontrola prijenosa to se dodaje na kraju okvira u posljednja dva okteta. 1
1
PLI
2 3
2 3
PLI
4
cHEC
Zaglavlje
4 5 Poredak okteta u prijenosu Polje ispune
65535 1 2
3 4
5
6 7
8
Poredak bita u prijenosu
Slika 3. 50 GFP okvir
cHEC
PDU indikator dužine
Core zaglavlje
Pakovanje Etherneta u GFP okvir.
7 Preambula
PLI
2
cHEC Tip
2 t- HEC 2 0-60 GFP proširenje zaglavlja
Početak okvira
1 6
2
Adresa odredišta Adresa izvora
6
Dužina i tip okvira MAX korisnički podaci
2
Polje ispune
Ispuna 4
FCS 1
2
3 4
5
6 7
8 1
Ethernet MAC okvir
2
3 4
5
6 7
8
GFP okvir
Slika 3. 51 . Popunjavanje GFP okvira s Ethernet okvirom
Na slici 3.51. prikazano je popunjavanje GFP okvira s Ethernet okvirom. Osim preambule i oznake početka sekvence koji se odsijecaju od Ethernet okvira ostali dio se u cijelosti umeće u polje ispune GFC okvira.
3.3.2.2. Virtualna konkatencija i LCAS protokol. SDH je u osnovi protokol niske razine za prijenos svih tipova gradskog i međugradskog prometa. On je izvorno dizajniran da osigura konekciju između dvaju točaka sa stabilnim i konstantnim prijenosnim opsegom (kapacitetom), viskom stupnjem otpornosti u prijenosu i koji je sposoban da prenosi govorni (TDM promet) i podatkovni (izvorno se je razmišljalo o ATM prometu). SDH mreže danas se sve više i više koriste za prijenos podataka. Zaposjedanje kapaciteta u njima je skalabilno. Sve više raste potreba za prijenosom Ethernet prometa preko SDH mreža.
3.3.2.3. Virtualna konkatenacija i mappiranje podatkovnog prometa u SDH Osnovni princip virtualne konkatenacije je relativno jednostavan. Veći broj manjih kontejnera su ulančani i pridruženi u svrhu formiranja većeg virtualnog puta koji može prenijeti veću količinu podataka.
Za mappiranje podatkovnog prometa mogu se koristiti svi virtualni kontejneri SDH mreže od najmanjeg (u Europi) VC-12 do najvećeg VC-4. Korištenje većeg broja manjih kontejnera za prijenos podataka daje finiju granulaciju podatkovnog prometa, ali se dio kapaciteta gubi zbog korištenja većeg broja manjih kontejnera. U Tabeli 3.7. prikazani su nam Virtualni kontejneri SDH mreže i nominalne brzine koje se ostvaruju u prijenosu Ethernet prometa preko njih. Tabela 3.7 . Nominalni kapaciteti za prijenos Etherneta preko VC SDH mreže. SDH oznaka kontejnera VC-12 VC-2 VC-3 VC-4
Nominalna brzina (Mbit/s) 2,2 6,8 48 150
Ako preko SDH mreže želimo poslati pakete informacija (GFP) redoslijedom A, B, C, D, E, F, tada će se u slučaju da koristimo jedan VC oni redom puniti u njega (slika 3.52) No, ako smo odlučili da koristimo više VC tada će oni redom ulaziti u prvi drugi i treći VC kao paket A u prvi, paket B u drugi i paket C u treći, potom ponovno paket D u prvi , paket E u drugi i paket F u treći. Putem može doći do kašnjenja virtualnih kontejnera koji idu po različitim stazama (možda i mrežama) te ih na kraju treba poravnati. Radi toga se koristimo informacijama o virtualnoj konkatenaciji (ulančavanju) koje su utisnute u H4 POH. H4 POH nosi informaciju o ubačenim podacima u virtualni kontejner. Sekvenca od 16H4 bajta čini kompletnu poruku. Ta poruka sadrži dva važna broja indikator multiokvira (MFI), i broj sekvence (SQ). MFI indikator je broj multiokvira koji raste sa svakim sljedećim multiokvirom. Ako se promet upliće u tri virtualna kontejnera ona sva tri imaju isti MFI. Na prijemnoj strani zbog možebitnih različitih putova ti virtualni kontejneri neće stići istovremeno, a kašnjenje može biti značajno. Međutim, ovaj broj MFI indikatora omogući će poravnavanje svih multikovira. MFI je 12 bitna kombinacija, te na taj način (zbog ukupne sume brojeva) može se poravnati svako vremensko kašnjenje do 256 ms. Drugi broj ili broj sekvence indicira relativnu poziciju paketa podataka po virtualnim kontejnerima. Ako za prijenos Etherneta koristimo samo jedan VC-e tada nam SQ i nije neophodan. Međutim, ako, kao na slici 3.53. koristimo veći broj VC za prijenos informacije onda se mora znati na koji način su u njima razvrstani paketi kako bi se na cilju mogli poredati u izvornom rasporedu A,B,C,D,E,F. Tako će se u našem slučaju koristiti SQ#0, SQ#1 i SQ#2. SQ broj olakšava mrežni manegament.
POH
9 bajtova
VC-3
....pod, A, B. C, D, E, F, pod... H4
1 bajt
86 bajtova Slika 3. 52 Jedan VC-3
....pod, A, D, pod...
VC-3
....pod, B, E, pod...
VC-3 VC-3
....pod, C, F, pod...
H4 H4 H4
Slika 3. 53 Tri virtualno ulančana kontejnera VC3.
Virtualna konkatenacija omogućava korištenje bilo kojeg opsega. Virtualna konkatenacija odnosno ulančavanje većeg broja VC za prijenos Ethernet paketa omogućava da se oformi zadovoljavajući (po kapacitetu) prijenosni put i ona bi se kao takova mogla koristiti i bez LCAS protokola. Međutim, u koliko bi u prijenosu došlo do gubitka jedne staze po kojoj ide jedan VC došlo bi tada do ukupnog prekida veze jer bi određeni broj paketa bio trajno izgubljen. LCAS je, također, smješten u H4 POH bajtove SDH zaglavlja. H4 bajt u strukturi 16 okvira ima dovoljno raspoloživog prostora za poruke koje su namijenjene Virtualnoj konkatenaciji i LCAS. Virtualna konkatenacija u koristi 4 bajta H4 POH u 16 multiokvira. Za MFI i SQ.
Brojeve. LCAS koristi slijedećih sedam bajtova te ih u konačnici preostaje slobodno 5 za buduću namjenu. U VC3 nosi u sebi jednu od šest mogućih kontrolnih komandi LCAS protokola; Fixed LCAS nije podržan na ovom VC-3, Add-Request - da doda ovaj VC-3 u kanal kod kojeg raste opseg postojećeg prijenosa. Norm označava da je VC-3 u upotrebi. EOS ovaj VC-3 je posljednji VC-3 kanal. Idle – VC-3 nije sastavni dio podatkovnog kanala. Do not use – VC-3 je tobožnji dio podatkovnog kanala, ali je uklonjen zbog prekida na linku. Tipična komunikacijska sekvenca kod podizanja linka je. Network management sistem dodaje novu rutu između izvora o odredišnog čvora. Network management sistem omogućava da se novi link postavi u postojeći slobodni kanal. Izvorni čvor počinje slati Add komandu u VC-3. Odredišni čvor odgovara sa OK u statusu linka za traženi VC-e. Izvor uočava OK, označava taj VC-3 sa sljedećim većim brojem SQ nego što je prethodni u upotrebi. Izvor uključuje novi VC-3 u slanje podataka (proces ispreplitanja u slanju) i šalje kontrolnu komandu EOS označavajući da je VC – 3 u uporabi kao posljednji u sekvenci. Na kraju se šalje komanda Norm.
4. Svjetlovodni transmisijski sustavi sa više valnih duljina Svjetlovodni transmisijski sustavi s više valnih duljina koriste najčešće dvije svjetlovodne niti, jednu za otpremni a drugu za prijemni smjer prijenosa. Postoje i sustavi koji mogu koristiti samo jednu svjetlovodnu nit, tada su smjerovi prijenosa razdvojeni zasebnim valnim duljinama. Kod ovih prijenosnih sustava, ne koristi se samo jedna valna duljina svjetla, nego više valnih duljina. Po svakoj valnoj dulji prenosi se odvojena informacija. Po jednoj valnoj duljini danas je moguće na udaljenosti od preko stotinu kilometara prenijeti signale brzina do 10 Gbit/s, sustavi koji koriste 32 valne duljine mogu tako prenijeti 320 Gbit/s informacije, a sustavi koji prenose 64 valne duljine 640 Gbit/s. Mjereći te informacijske tokove u telefonskim kanalima od 64 Kbit/s sustavima od 32 valne duljine bilo bi moguće prenijeti 3,8 miliona telefonskih kanala, a sustavima od 64 valne duljine 7,7 miliona telefonskih kanala (7741440 TFK) . Što su uistinu zavidne veličine transmisijskih kapaciteta. Kod ovih sustava konektori kojima se uređaji spajaju na svjetlovodne niti , moraju biti izuzetno visoke kvalitete i to upravo iz razloga što se u svjetlovodne niti utiskuju velike količine energije. Mala disipacija snage na konektoru, može dovesti do njegovog pregrijavanja i uništenja. Valne duljine za sustave s više valnih duljina propisuju se standardima (nisu proizvoljno odabrane valne duljine).
4.1. Spektar signala DVDM, CWDM i hibridnih uređaja Sustavi sa više valnih duljina, sa svim svojim valnim duljina nalaze se daleko izvan vidljivog dijela optičkog spektra. Ukupni signal u svjetlovodnoj niti koji se sastoji od signala po pojedinim valnim duljima nazivamo kolor signalom po analogiji sa kolor signalom vidljivog dijela spektra. Zbog toga veoma često pojedine valne duljine označavamo drugim bojama, s time se naglašava samo osobina spektralnosti signala. Multipleksiranje valnih duljina, je ostvarivo na načine, među kojima su: • Multipleksiranje guste raspodjele valnih duljina, (DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing); • Multipleksiranje grube raspodjele valnih duljina, (CWDM-Coarse Wavelength Division Multiplexing); • Hibridna kombinacija, zvana Hybrid CWDM/DWDM.
Slika 4. 1 Prikaz pojasa valnih duljina za CWDM i DWDM sustav
Na slici 4.1 prikazana je krivulja slabljenja za jednomodno vlakno G.652, treći prozor prigušena sastoji se od S, C i L pojaseva istaknutim horizontalnim strelicama. Pojasevi označeni zelenom i žutom bojom koriste se za CWDM sustave prijenosa. Pojas C se, također, koristi i za DWDM sustave prijenosa. C pojas se nalazi u području valnih duljina sa najmanjim slabljenjem, 1530 - 1570 [nm], što je i cilj DWDM-a da se što više valnih duljina „pakira“ na područje sa najmanjim slabljenjem. DCN-podatkovna komunikacijska mreža, je mreža koja omogućava komunikaciju između DWDM mrežnih elemenata za svaku vezu (mreža daljinskog nadzora i upravljanja). Ova mreža se može ostvariti (i ostvaruje se) korištenjem optičkog nadzorni kanal (OSC- Optical Supervisory Channel), za DWDM signale. OSC je fizički nosilac, van područja pojasa pojačala. On omogućuje prijenos upravljačkih signala za komunikaciju i omogućava nadziranje fizičkih svojstava optičkog prijenosnog dijela. OSC radi na valnoj duljini od 1630 nm. Na idućim slikama je OSC naznačen kao strelica ili stupac na području valne duljine 1630 nm.
4.1.1. DWDM Kod DWDM prijenosa, omogućene su do 64 valne duljine, (Lambdas), za jedan par optičkih vlakana (po jednom vlaknu otprema, a po drugom prijem), rešetka visokog izdvajanja (High Isolation Grid). Ovdje su 64 valne duljine podijeljene u 16 skupina (Group), sa po 4 valne duljine u svakoj skupini, prema standardu ITU-T G.694.1, razmaka među kanalima ili valnih duljina je 100 GHz, ~0.8 nm. Skupine od 1-8 smještene su u C pojas (C-Band), čiji je raspon valnih duljina od 1529.55 nm1561.42 nm. Skupine od 9-16 smještene su u L pojas (L-Band), sa rasponom od 1569.59 nm1603.17 nm. Prostor između C i L pojasa ostavljen je namjerno prazan i te valne duljine se ne koriste. Valne duljine su razmaknute po grupama kako bi se u pojedinim stanicama omogućilo jednostavnije izdvajanje čitave grupe od četiri valne duljine. Kod izdvajanja i ponovnog umetanja signala u pojedinim stanicama potrebno je voditi računa o izjednačavanju razina signala u prolazu i onih koji se ubacuju na liniju.
Slika 4. 2 Raspodjela sa 64 valne duljine kod DWDM sustava
U aplikacijama od točke do točke, (point-to-point), nema razloga da se ne koristi međuprostor pa je tada omogućeno čak do 80 valnih duljina (Lambdas), za jedan par optičkih vlakana, rešetka niskog izdvajanja (Low Isolation Grid). 80 valnih duljina podijeljeno je u dva pojasa, C i L pojas, sa po 40 valnih duljina u svakom pojasu, prema standardu ITU-T G.694.1, razmaka među kanalima 100 GHz, ~0.8nm.
Slika 4. 3 Raspodjela sa 80 valnih duljina kod DWDM sustava točka – točka
U prethodnom tekstu spominje se par optičkih vlakana, jer su za prijenos informacija potrebna dva vlakna, jedno za prijem, a druga za predaju informacija. No moguća su rješenja i sa jednim optičkim vlaknom te se tada za prijenos signala (oba smjera) koristi uređeni par valnih duljina iz C i L pojasa po rasporedu s slike 4.2 ili s slike 4.3.
4.1.2. CWDM CWDM tehnologija nudi do 8 kanala prema ITU-T G.694.2, razmaka između kanala je 20 nm. CWDM kanali su grupirani u dva pojasa i to: kanali 1470, 1490, 1590, 1610 [nm], su u A ili prvom pojasu, (A-band, označeno zelenom bojom), a preostala 4 kanala 1510, 1530, 1550, 1570 [nm], su u B ili drugom pojasu, (B-band, označeno žutom bojom).
Slika 4. 4 Raspodjela 8 valnih duljina kod CWDM sustava
CWDM sustavi zbog rijetkog rasporeda valnih duljina mogu se primjenjivati, a da se pri tome ne pazi posebno o razini signala po pojedinim valnim duljinama, to uređaje čini puno jednostavnijim i lakšim za primjenu. Ovo je moguće jer parazitne frekvencije svjetla generirane po pojedinim valnim duljinama se zbog njihova međusobno relativno velika razmaka ne mogu prekrivati.
4.1.3. Hibrid CWDM-a i DWDM-a Zbog činjenice da su valne duljine strukturirane u pojaseve, to omogućuje konstrukciju hibridnog sustava koristeći CWDM i DWDM raspored valnih duljina. Arhitektura dva CWDM pojasa omogućuje nadogradnju unutar usluge (in service), prema DWDM valnim duljinama. Ovaj pristup udružuje glavne karakteristike iz pojedinih sustava u jedan: • Niska cijena ulaza po kanalu za male CWDM NE, (Network Element-mrežni element) • Skalabilnost za sve kanale DWDM NE, (NE-mrežni element). CWDM-ov B ili drugi pojas, preklapa se preko oba DWDM-ova pojasa (C i L). Zbog toga hibridni CWDM/DWDM sustav može koristiti 4 CWDM valne duljine prvog ili A pojasa, (na slici 4. 5 narančastom bojom), i 32/40 standardne valne duljine u DWDM-ovom C pojasu, (na slici 4. 5 plavo siva boja). Tako je moguće koristiti maksimalno 36/44 kanala.
Slika 4. 5 Raspodjela valnih duljina kod hibridnog CWDM/DWDM sustava
4.2. Osnovne komponente WDM uređaja Postoji nekoliko osnovnih komponenti koje sadrži svaki WDM uređaj a to su; • • • • •
Optički multipleksori; Transponderi, Muxponderi, Optička pojačala i Kompenzatori kromatske disperzije.
4.2.1. Optički multipleksori
Slika 4. 6 Prizma kao optički multipleksor
Optički multipleksor je pasivni element koji sastoji od prizmi koje omogućavaju spajanje svjetlosnog signala u jedinstven color signal, odnosno razdvajanje po pojedinim valnim duljinama. Izvodi se kao poseban modul (pločica ) koja se postavlja u odgovarajuće utisno mjesto na uređaju.
4.2.2. Transponderi Transponederi su uređaji koji, koji električki signal, ili svjetlovodni signal standardnih uređaja (1330 nm i 1550 nm) pretvaraju u signal jedne određene valne duljine. Ovi uređaji se također, izrađuju kao zasebni moduli, koriste aktivne komponente (zahtijevaju napajanje). Danas se izrađuju transponderi koji imaju mogućnost odabira izlazne valne duljine pomoću programskog upravlja, Transponderi ranije generacije nisu imali tu mogućnost.
4.2.3. Muksponderi Muksponderi su uređaji koji objedinjuju multipleksor signala sa električkim ili optičkim korisničkim sučeljima s jedne strane i transponderom koji omogućava izlaz po jednoj valnoj duljini. Danas se najčešće koriste za formiranje 10 Gbit/s signala po pojedinoj valnoj duljini od više različitih pritočnih terminalnih korisničkih signala nižih brzina. Izrađuju se kao moduli koji opcionalno ulaze u uređaj. Koriste aktivne sklopove za svoj rad te zahtijevaju izvor napajanja.
4.2.4. Kompenzatori kromatske disperzije. Kromatska disperzija je jedan od glavnih ograničavajućih čimbenika u radu DWDM uređaja. Ona uvjetuje disperziju impulsa signala u prijenosu. Da bi se kromatska disperzija kojom se odlikuju svjetlovodne niti standardnih svjetlovodnih kabela kompenzirala u EDM uređaje ugrađuju se kompenzatori kromatske disperzije. Kompenzatori kromatske disperzije najčešće se izvode od svjetlovodnih niti koje se odlikuju negativnim koeficijentom kromatske disperzije, ta nit je namotana u modulu na duljine od 10, 20, 30 ili 60 km. Korištenje komezatora kromatske disperzije omogućava rad WDM uređaja na velike udaljenosti od preko 10 km. Zbog toga prije dizajniranja WDM sustava vrše se mjerenja ne samo slabljenja niti nego i kromatske disperzije, pa se prema rezultatima mjerenja odabiru komezatori kromatske disperzije. Moduli kompezatora koji su izvedeni sa nitima koje imaju negativan koeficijent kromatske disperzije su pasivni moduli i ne zahtijevaju izvore napajanja.
Što rješavamo DWDM i CWDM odnosno hibridnim sustavima Terminalni WDM multipleksor morao bi sadržati dijelove (module) kao što je prikazano na slici 4.7. No češće se koriste add/drop WDM uređaji, to su uređaji koji mogu u jednu kolor liniju utiskivati pojedine valne duljine odnosno vaditi ih (zajedno s informacijama koje nose te valne duljine) istovremeno propuštajući (s ili bez pojačanja) ostale valne duljine ukupnog color signala. Pojednostavljeni primjer add/drop multipleksora prikazan je na slici 4.8. DWDM sustavima rješavaju se; - Magistralne mreže u strukturi prstena ili u strukturi linije. - Regionalne mreže najčešće u strukturi prstena. - Gradske mreže takozvani Metro DWDM sustavi CWDM i Hibridnim sustavima CWDM DWDM rješavaju se najčešće gradske mreže, takozvani meto sustavi. Magistralni i regionalni sustavi omogućavaju bolje iskorištenje raspoložive magistralne i regionalne svjetlovodne infrastukture, bez novih investicija u svjetlovodne kabele. To nam omogućava podizanje transmisijskog kapaciteta ukupne nacionalne mreže te uspostavu sasvim novih transmisijskih sustava. Do sada u Republici Hrvatskoj postoje magistralne i regionalne DWDM mreže a tek prestoji uvođenje Metro DWDM sustava u većim gradovima.
Transponder Transponder Transponder
1 Gbit/s Ethernet
STM 16 STM 16
MUXPONDER
1 Gbit/s Ethernet
Optički multipleksor
Transponder
1 Gbit/s Ethernet
STM 1/ 4/16
MUXPONDER
1 Gbit/s Ethernet
STM 1/ 4/16
Terminalni Multipleksor
Slika 4. 7. Terminalni Multipleksor WDM sustava.
Pitanje što želimo riješiti novim Metro DWDM sustavima vezano je uz pitanje što u period od nekoliko narednih godina očekujemo u mreži? Prema svim planovima očekujemo snažan porast podatkovnog prometa u pristupnoj razini mreže. Trenutačno do krajnjih lokacija mrežne koncentracije (DSLAM) dolazi se sa 1Gb Ethernet linkovima koji se najčešće ostvaruju preko zasebne svjetlovodne parice koja ide od lokacije DSLM uređaja do prvog nadređenog Switcha. U urbanim sredinama imamo dovoljno niti kojima se ostvaruju ova povezivanja. Ideja je da se u budućnosti DSLAM uređaji ne povezuju samo na jedan nadređeni switch nego da se po vezuju na dvije odvojene agregacijske točke to jest na dva odvojena switcha. Što prikazuje slika 4.9.
Transponder
Transponder
OADM
STM 16
1 Gbit/s Ethernet 1 Gbit/s Ethernet STM 16
MUXPONDER
OADM Slika 4. 8. Optički add/drop multipleksori.
Switch
1G bit/s
1G bit/s
DSLAM
DSLAM
a) sadašnje stanje
bit /s
Switch
1G
Switch
B) buduće stanje
Slika 4. 9. Sadašnje i buduće stanje povezivanja.
Već ovaj zahtjev znači dupliciranje vodova i broja portova na swtchevima, a omogućava protekciju postojećeg prometa. U skoroj budućnosti na lokacijama udaljenih pretplatničkih stupnjeva (RSS – ova) na kojima se nalaze i DSLAM uređaji (Zbog koncentracije mreže), a zbog daljnjeg razvoja drugih širokopojasnih usluga (IPTV, VoD i drugo) očekuje se potreba za snažnijim i većim porastom kapaciteta koji će voditi od DSLAM uređaja na agregacijsku ravninu, ako pri tome i dalje insistiramo na tome da se prospajanje na agregacijsku ravninu vrši na dvije odvojene točke onda situacija može izgledati kao na slici 4.10. Switch
1G 4x
bit/s 4 x 1G
bit /s
Switch
DSLAM
Slika 4. 10. Proširenje prometnih kapaciteta za širokopojasni pristup
Kako se većina DSLAM uređaja nalazi na području RSS-ova, RSM-ova, dakle u točkama koncentracije bakrene mreže. U daljnjem razvoju širokopojasnog pristupa može se očekivati i 2 x 10 Gbit/s Ethernet pristupa sa mjesta krajnje lokacije. Kao što prikazuje slika 4.11.
4 x 1 Gbit/s DSLAM 4 x 1 Gbit/s
10 Gbit/s
10 Gbit/s
Vrjeme
DSLAM
1000 Gbit/s MSAM 1000 Gbit/s
Slika 4. 11. Predvidi porast prometa na terminalnim lokacijama u vremenu.
Postupnim uvođenjem MSAN na pozicije dosadašnjih RSS-ova moguće je očekivati 2 x 100 Gbit/s Ethernet ili čak 2x Tbit/s Ethernet. Dakle na prvom mjestu koncetracije očekujemo da će u skoroj budućnosti od nekoliko godina snažno porasti zahtjev za podatkovnim prometom, što ako bi rješavali angažiranjem novih i slobodnih niti vjerojatno bi vrlo brzo potrošili raspoložive resurse mreže. Dakle na tim mjestima postavili bi se DWDM uređaji koji bi mogli agregirati veliku količinu prometa. Terminalni multipleskori gradskih Metro DWDM mreža, radi boljeg iskorištenja valnih duljina (λ), osim što imaju mogućnost multipleksiranja većeg broja λ u kolor signal moraju imati osobine transpondera (pretvorbe standardnih valnih dužina prijenosa u optičkim prozorima 1330 nm i 1550 nm) u točno određene λ po DWDM podjeli [prikazanoj na slici 4.2.]) Kod DWDM prijenosa, omogućene su do 64 valne duljine, (λs), za jedan par optičkih vlakana, rešetka visokog izdvajanja (High Isolation Grid). Ovdje su 64 valne duljine podijeljene u 16 skupina (Group), sa po 4 valne duljine u svakoj skupini, prema standardu ITU-T G.694.1, razmaka među kanalima ili valnih duljina je 100 GHz, ~0.8 nm. Skupine od 1-8 smještene su u C pojas (C-Band), čiji je raspon valnih duljina od 1529.55 nm1561.42 nm. Skupine od 9-16 smještene su u L pojas (L-Band), sa rasponom od 1569.59 nm1603.17 nm. Prostor između C i L pojasa ostavljen je namjerno prazan i te valne duljine se ne koriste.
Terminalni DWDM uređaji morali bi posjedovati i Muxpondere koji mogu multipleksirat različite tipove signala na 10 Gbit/s signal.
Koliku količinu prometa očekujemo i kakav će to biti promet? Na Metro razini promet koji će prema planovima doći u ekspanziju je podatkovni promet. Prvenstveno n x 1 Gbit/s Ethernet, potom n x 10 Gbit/s Ethernet, u konačnici se može očekivati i Tbit/s Ethernet. Dakle, Metro DWDM sustave planirat će se i gradili u svrhu rješavanja ovih prometnih problema. Može se desiti da se na pojedinim trasama smjer tokova prometa poklapa i uklapa s postojećim SDH strukturama, u takovom slučaju može se i ovaj promet voditi preko Metro DWDM sustava, ali smjerovi ovog prometa nisu dominantni u određivanju osnovnih topoloških rješenja sustava. Metro DWDM sustavi vodili bi promet koji ide na agregacijsku razinu IP/MPLS mreže. U domenu ovog prometa može se očekivati izuzetno značajan porast od više desetaka puta u odnosu na sadašnje stanje. Pretpostavka je da će donekle rasti i promet u SDH sustavima, ali porast toga prometa predvidiv je u postocima u odnosu na sadašnje stanje, a porast podatkovnog prometa će se multiplicirati za više puta. U prvim godinama realizacije ovih sustava u jednoj terminalnoj točki promet će sa sadašnje prometne razine od Gbit/s Etherneta i nekoliko PG rasti na n x Gbit/s Etherenet (ostaje uglavnom nekoliko PG ). U kasnijim fazama realizacije može se očekivati 10 Gbit/s Ethernet , pa potom 2 x 10 Gbit/s Ethernet i dalje slijedom što bi u narednih desetak godina dovelo i do Tbit/s Etherenet prometa prema krajnjim korisnicima. Po valnim duljinama ( λ) prvenstveno bi se htjelo voditi OC-192 [OTU-2] Napomena: OC-192/STM-64x je mrežna linija sa prijenosnom brzinom sve do 9953,28 Mbit/s (payload 9621,504 Mbit/s i overhear 331,776 Mbit/s). To je brzina koja korespondira sa 10 Gbit/s Ethernetom i STM-64x. 10 Gbit/s Ethernet WAN-PHY je dizajniran tako da može imati među djelovanje OC-192 /SDH – 64x prijenosnim uređajima. Dok je uobičajena verzija 10 Gbit/s Etherneta nazvana LAN- PHY takova da nije komaptibilna sa OC-192 /SDH – 64x prijenosnim uređajima. Ovaj signal bi se koristio zbog muxpondera koji bi trebali biti takovi da u mapiranju nižih Ethernet signala (1Gbit/s Ethernet) koriste GFP (Generic frame protocol). Što daje fleksibilnost u smislu multipleksiranja Ethernet i SDH signala. U daljnjem razvoju specifikacija brzina optičkih nosioca, a obzirom na pravce razvoja mreže koristili bi se i veće brzine Etherneta. IEEE Higher Speed Study Gropup (HSSG) je u definiranju standarda za 40 i 100 Gbit/s Ethernet. (Posve je jasno da će sljedeća generacija pristupne opreme imati konekciju na mrežu visoke brzine koja je Ethernet orjentirana).
Kako želimo upravljati s kapacitetima i prometom Metro DWDM mreže? Kada se uspostavi Metro DWDM mreža na određenom broju lokacija, upravljivost mora biti takova da se omogući preraspodjela valnih duljina (rekonfiguracija mreže) koja će zadovoljiti
porast prometa od/ka terminalnim točkama mreže, u periodu od nekoliko narednih godina. Dakle, logičke strukture na primjer prstena od 10 Gbit/s koji povezuje nekoliko agregacijskih switcheva preko jedne valne duljine mora se moći razbiti na dva prstena po istoj stazi uz korištenje dvije valne duljine. U čvornim točkama u kojima kolor signal dolazi iz više smjerova mora biti moguće mijenjati usmjeravanje određene valne duljine, kao i za isti signal mijenjati nosivu valnu duljinu. Nominalno ovakve radnje vezane uz rekonfiguraciju mogle bi se obavljati i fizičkim intervencijama, manuelnom rekonfiguracijom, no bilo bi izuzetno dobro da se ove aktivnosti mogu obaviti preko sustava daljinskog nadzora bez fizičkog interveniranja u čvornom uređaju.
4.3. Optički kabeli za WDM sustave U ovom odjeljku su opisani geometrijski, optički, prijenosni i mehanički parametri svjetlovoda razmatrani u tri kategorije:
Svojstva vlakana, koja su sačuvana kroz kabliranje i instalaciju; Svojstva kabela, daju se kao preporuka pri dostavi; Svojstva veze, sadrže karakteristike ulančanih kabela, opisuje metode parametara sučelja sustava temeljenih na mjerenjima, modeliranju i drugim razmatranjima.
4.3.1. Svojstva vlakana Ovdje su prikazane one karakteristike vlakana koje pružaju osnovni dizajn prilikom proizvodnje vlakana. Tablica: 4.3.1. Svojstva za jednomodno optičko vlakno G.652 Fiber attributes / svojstva vlakana Attribute / karakteristika Detail / detalj Value / vrijednost Wavelength / valna duljina 1310 nm Range of nominal values / Mode field diameter područje nominalnih 8.6-9.5 µm vrijednosti ± 0.6 µm Tolerance / tolerancija Cladding diameter / promjer Nominal / nominalno 125.0 µm omotača vlakna Tolerance / tolerancija ± 1 µm Core concentricity error / Maksimum 0.6 µm greška koncentracije jezgre Cladding non-circularity / Maksimum 1.0% ne koncentričnost omotača Cable cut-off wavelength / Maksimum 1260 krajnja valna duljina Macro bend loss / gubitak Radius / polumjer 30 mm zbog savijanja Number of turns / broj 100
Proof stress / otpornost na naprezanje Chromatic dispersion coefficient / koeficijent kromatske disperzije
namotaja Najviše za 1550 nm
0.1 dB
Minimalno
0.69 GPa
λ0min λ0maks S0maks
1300 nm 1324 nm 0.092 ps/nm2 x km
Slika 4. 12. Prikazuje kromatsku disperzije u ,D, ovisnosti o ovalnoj duljini za razne tipove jednomodnih
vlakana
Iz slike 4.12. vide se S, L i C pojasevi, (band), od kojih svaki pojas ima odgovarajući opseg valnih duljina. Ako se promatra vlakno G.652 SMF, možemo uočiti da krivulja siječe nulu, to jest područje bez disperzije na valnoj duljini oko 1310 nm. To je takozvana bez-disperzijska valna duljina, (zero-dispersion wavelength). Posljedica toga je četvero-valno miješanje, (four wave mixing). Postoje vlakna sa pomaknutom disperzijom, (dispersion shift fiber), u C pojas, valne duljine oko 1550 nm. Kod takvih vlakana vidi se da je disperzija dosta manja za istu valnu duljinu, u odnosu na vlakno G.652 SMF (standardno vlakno). Tipovi vlakana sa poboljšanim karakteristikama. Standard single-mode fiber, (SMF), standardno jednomodno vlakno: • ITU-T G.652 • Optimiziran za jedno-kanalni prijenos za 1310 nm eliminirajući disperziju pri 1310 nm • Disperzija pri 1550 nm je mnogo veća nego za 1310 nm • Danas, najčešće položeno vlakno Dispersion Shifted SM Fiber, (DSF, DSSM Fiber), jednomodno vlakno sa pomaknutom disperzijom: • ITU-T G.653 • Bez-disperzija pomaknuta sa 1310 nm na 1550 nm • Odličan za jedno-kanalni prijenos pri 1550 nm, prometa velike brzine
• Plodno tlo za četvero-valno miješanje, (four-wave mixing) – nije pogodan za visoki broj DWDM kanala na velike udaljenosti Non-Zero Dispersion Shifted SM Fiber (NZ-DSF), jednomodno vlakno sa disperzijom:
• ITU-T G.655 • Primjeri: Corning E-LEAF®, Lucent TrueWave-RS® • Kompromis između bez-disperzije za podatke velike brzine i ponešto disperzije da bi se izbjeglo četvero-valno miješanje • Novo vlakno ili izbor za novu instalaciju Lucent AllWave®, vlakno
• ITU-T G.652 • Posebno dizajniran za Metro DWDM • Nema OH- apsorpcijski vrh, sadrži regiju veoma visoke pojasne širine sa malim gubitcima, (ultra-broadband low-loss region), • Novo vlakno ili izbor za novu metro instalaciju
4.3.2. Svojstva kabela Budući da se geometrijska i optička svojstva vlakana gotovo ne mijenjaju u postupku kabliranja, postavljanja vlakna u kabel (cabling process), date su preporuke važne za prijenosne karakteristike kabela. Utjecaj kabela na ograničenja (slabljenja trase i disperzija)
• •
Za pojedine kabele koeficijent ograničenja ili slabljenja po kilometru (attenuation coefficient), dan je kao maksimalna dopuštena vrijednost za jednu ili više valnih duljina u područjima 1310 nm i 1550 nm. Utjecaj kabela na koeficijent disperzije zbog polarizacije (PMD -Polarization Mode Dispersion)
Tablica:4.3.2. Svojstva kabela Cable attributes / svojstva kabela Attribute / karakteristika
Detail / detalj
Value / vrijednost
Attenuation coefficient / koeficijent ograničenja
Najviše za 1310 nm
0.5 dB/km
Najviše za 1550 nm
0.4 dB/km
PMD coefficient PMD-Polarization Mode Dispersion
M
20 kabela
Q
0.01 %
Najviši PMDQ
0.5 ps/ √km
Mjerenja provedena na ne kabliranim vlaknima su nužna (kontrola ispravnosti vlakna prije kabliranja), ali nisu i dovoljna da bi se dobile vrijednosti koje su primjenjive u praksi kao one vrijednosti koje vrijede za kablirana vlakna. Maksimalna vrijednost za dizajn veze, (link design value), na ne kabliranim vlaknima trebala bi biti manja ili jednaka onima specificirane za kablirana vlakna. Odnos vrijednosti PMD-a ne kabliranih i kabliranih vlakana ovisi o
detaljima konstrukcije kabela kao i o načinu spajanja ne kabliranih vlakana. ITU-T preporuka G.650.2 preporučuje nisku implementaciju spajanja, (low mode coupling), sa namotajima niske napetosti u krugove velikog promjera za mjerenje PMD-a ne kabliranih vlakana. Granice raspodjele vrijednosti PMD koeficijenta mogu se protumačiti ekvivalentno blizu onima za diferencijalno kašnjenje grupe (DGD-differential group delay), koje ovisi o vremenu i valnoj duljini. Kada je raspodjela PMD koeficijenta navedena za optičke kabele, slične granice mogu se odrediti i za DGD. Vrijednosti su navedene u tablici 4.3.2. na prethodnoj stranici. PMDQ se navodi samo tamo gdje se koriste kabeli za sustave sa navedenim maksimalnim DGD-om. PMDQ treba biti proračunat za razne tipove kabela i tu treba biti uračunata vrijednost uzoraka PMD-a. Uzorci bi se uzimali od kabela slične konstrukcije. PMDQ se ne bi smio odnositi na kratke kabele kao što su priključni, prijenosni i slični tome.
4.3.3. Svojstva veze Ulančana veza sadrži više nastavaka tvorničkih dužina vlakana optičkih kabela. Prijenosni parametri za ulančane veze moraju uzeti u obzir ne samo svojstva dužine pojedinog kabela, nego i statistiku ulančanja. Pojedine karakteristike tvorničke dužine vlakana optičkih kabela imaju određenu vjerojatnost raspodjele koje se često moraju uzeti u obzir ako se želi dobiti dobar ekonomičan dizajn. Na svojstva veze utječu i drugi faktori kao što su nastavci, spojnici i instalacija. U svrhu procjene vrijednosti svojstva veze, tipične vrijednosti veze s optičkim vlaknima dane su u tablicama 4.3.1 i 4.3.2. Metode procjene parametara potrebnih za dizajn sustava temelje se na mjerenjima, modeliranjima i drugim razmatranjima. Ograničenje u vezi Ograničenje veze, A (attenuation), dan je kao: A = αL + α S x + α C y [dB] Gdje je: α αS x αC y L
tipični koeficijent ograničenja optičkih vlakana u vezi; [dB/km] prosječan gubitak nastavaka; [dB] broj nastavaka u vezi; prosječan gubitak linijskih spojnika, (line connectors); [dB] broj linijskih spojnika u vezi; dužina veze. [km]
Odgovarajuća granica mora biti osigurana za buduće preinake kabelske konfiguracije. Mora se osigurati dostatna rezerva, (dodatni nastavci, dužine kabela, učinci starenja, temperaturne promjene). Izračun kromatske disperzije u vezi
Kromatska disperzija izražena u [ps/nm] može se izračunati sa koeficijentima kromatske disperzije tvorničkih dužina, pretpostavljajući da je ovisnost o duljini linearna i uzimajući u obzir predznak koeficijenta. Ako se vlakna koriste za prijenos u 1550 nm području onda se često koriste neki oblici kompenzacije kromatske disperzije. Za dizajn se koristi prosječna kromatska disperzija veze. Izmjerena disperzija u 1550 nm prozoru može se karakterizirati unutar istog kao linearna jednadžba ovisnosti o valnoj duljini. Tipične vrijednosti su dane u tablici 4.3.1 DLink (λ ) = LLink [D1550 + S1550 • (λ − 1550)]
(ps/nm)
Gdje je: -D1550 - tipični koeficijent kromatske disperzije, i -S1550 - koeficijenta nagiba kromatske disperzije za 1550 nm,. Tablica 4.3.1 Značajne vrijednosti ulančanih optičkih vlakana u vezi Attenuation coefficient / Wave length region / Typical link value / vrijednosti veze područje valne duljine koeficijent ograničenja Drugi i treći prozor valnih duljina 1260 nm – 1360 nm 0.5 dB/km
1530 nm – 1565 nm 1565 nm – 1625 nm Chromatic dispersion coefficient / D1550 koeficijent kromatske disperzije S1550
0.275 dB/km 0.35 dB/km 17 ps/nm x km 0.056 ps/nm2 x km
Ove vrijednosti zajedno sa duljinom veze LLink (link length), koriste se za izračun tipične kromatske disperzije za upotrebu u dizajnu optičke veze. Ako se na postojećim kabelima planira uspostava WDM sustava za dizajn sustava koriste se obavezno izmjereni podaci o kromatskoj disperziji.
Diferencijalno kašnjenje skupine u vezi Diferencijalno kašnjenje skupine DGD, (differential group delay), je razlika u dolaznim vremenima dvije polarizirane osi za neku određenu valnu duljinu. Za neku vezu koja ima specifični PMD koeficijent, DGD od te veze razlikuje se nasumično o vremenu i valnoj sa Maxwell-ovom raspodjelom koja sadrži pojedini parametar čiji je umnožak PMD koeficijenta za tu vezu i drugim korijenom duljine te veze. Oštećenje sustava zbog PMD-a za specifično vrijeme i valnu duljinu ovisi o DGD-u za to vrijeme i valnu duljinu. Tablica 4.3.2 Diferencijalno kašnjenje skupine Implied fibre induced Link length maximum DGD (ps) / Maximum PMDQ (km) / pretpostavljena navedeni (ps/√km) duljina veze maksimalni DGD u vlaknu(ps) 400 25.0 0.5
40 2
19.0 7.5
Channel bit rate / kanalna bitska brzina
10 Gbit/s 10 Gbit/s 40 Gbit/s
0.20 0.10
3000
19.0
10 Gbit/s
80 > 4000
7.0 12.0
40 Gbit/s 10 Gbit/s
400
5.0
40 Gbit/s
4.4. Disperzija Uvod u PMD
Disperzija polarizacije (PMD-Polarization Mode Dispersion), pojavljuje se kada okomite ravnine polarizirane svijetlosti, (slika 4.13), unutar vlakna putuju različitim brzinama. PMD je velik izazov za proizvođače opreme koji pokušavaju razviti 40 Gbit/s optičku mrežu. PMD se pojavljuje i kod 10 Gbit/s optičkih mreža. U ovom poglavlju želi se pokazati suština pojave PMD, što ga uzrokuje i kako ga se može kompenzirati. Transmisijska tehnologija je sa godinama razvoja išla na ostvarenje sve većih prijenosnih brzina 155 Mbit/s, 622 Mbit/s do 2.5 Gbit/s. Poteškoće su se pojavile kod brzina od 10 Gbit/s, a veliki gubici (uslijed disperzije) kod 40 Gbit/s. Po prvi put je optička industrija suočena sa velikim i teško rješivim problemom, jer na velikim prijenosnim kapacitetima dominantno ograničenje duljine veze prestaje biti gušenje svjetlovoda, već postaje disperzija. Problem PMDa (disperzije) kod velikih brzina uočen je 1990. Disperzija deformira signal tijekom prijenosa, te dovodi do krive interpretacije primljene informacije što ima za posljedicu rušenje integriteta mreže. Prosječno 20-30% jednomodnih optičkih vlakana proizvedenih prije 1990. ima ozbiljan problem prilikom porasta brzine bita i/ili zbog povećanja udaljenosti prijenosa. Problem disperzije leži u tome što jezgra optičkog vlakna nije savršeno okrugla. Naravno niti jedno vlakno nije savršeno simetrično, ali je to sam po sebi dovoljan problem da uzrokuje raspršenje do te mjere da se signal izobliči. Dok svjetlo putuje duž jednomodnog vlakna prema prijemniku, sadrži dva polarizirana moda koja putuju po dvije osi pod pravim kutom, jedna prema drugoj (vidi sliku 4.13).
Slika 4. 13. Oblik i smjer kretanja ravnina svjetlosti
Kada je jezgra vlakna koja obuhvaća svjetlosni snop nesimetrična, svjetlo putuje po jednoj polariziranoj osi brže ili sporije od svjetla polariziranog po drugoj osi, ovaj efekt je također
različitog intenziteta za različite valne duljine rada. Ta pojava dovodi do širenja impulsa tako da se počinju preklapati jedan preko drugog ili da promijene svoj izgled do te mjere da postanu nemogući za očitanje na prijemnoj strani. (vidi sliku 4.14)
Slika 4. 14 Izgled predajnog signala (gore) i prijemnog signala na kraju trase (dolje)
Svjetlosni impuls i njegovi fotoni koji ga sačinjavaju putuju od izvora ili predajnika duž jednomodnog optičkog vlakna do prijamnika. Nakon neke udaljenosti „L“ kada je PMD utjecao na impuls, polarizirana energija se promijenila. To je vrijeme koje je poznato kao razlika kašnjenja diferencijalne grupe, DGD (Differential Group Delay). DGD je osnova mjerenja PMD-a izražen je u pikosekundama (10-12 sekunda). Ako je PMD značajan, prijemnik nakon neke udaljenosti L, više ne može ispravno dekodirati optički impuls i raste postotak krivo primljenih impulsa, (BER - Bit Error Rate). Optičko oko uzoraka signala (otvor oka signala) izloženog DGD-u dolazi u stane „zatvaranja“ oka. Pojavu zatvaranja oka uzrokuje odvajanje polariziranih osi fotona, kako DGD postaje veći, odvajanje je veće, a optički impulsi počinju međudijelovati (intersimbolarna interferencija), što uzrokuje da se oko zatvori. Uzrok PMD-a
Glavni uzrok PMD-a je nesimetrija u presjeku optičkog vlakna. Nesimetrija je uzrokovana jednostavnom činjenicom da je jezgra vlakna van oblika kruga (vidi sliku 4.15). Nesimetrija u vlaknu se pojavljuje kod proizvodnog postupka ili može biti prouzročena mehaničkim naprezanjima vlakna, uslijed djelovanja na položeno vlakno. Unutarnja nesimetrija u vlaknu tokom vremena približno je jednaka, dok mehanička naprezanja zbog djelovanja na vlakno mogu odstupati stvarajući tako dinamički pogled na PMD.
Slika 4. 15. Presjek optičkog vlakna
Presjek optičkog vlakna
Mehaničko naprezanje u optičkom vlaknu može nastati uslijed različitih razloga. Neke od njih je vrlo teško kontrolirati, kao što su; dnevni učinak (dan/noć) i sezonski (ljeto/zima) to jest grijanje i hlađenje optičkog vlakna. Iako su mnoga vlakna položena u zemlju (tj. u kabelsku kanalizaciju) i dalje postoje utjecaji zbog promjene temperature i odgovarajućeg mehaničkog naprezanja. Promjena temperature svjetlovodnog vlakna ne samo da će utjecati na promjenu njegovih disperzijskih svojstva, već će utjecati i na promjenu slabljenja kojeg vlakno unosi, toplije vlakno unosi manje slabljenje a hladnije veće. Idući utjecaj mehaničkog naprezanja može se stvarati od obližnjih izvora. Na primjer, mnoga vlakna se polažu uzduž željezničke pruge zbog jednostavne konstrukcije i pravca prostiranja. Ipak, vibracije prolazećih vlakova može doprinijeti naprezanju u vlaknu. Vlakna koja nisu položena uz tračnice ili ceste mogu se postaviti zračnim putem (zračni kabeli, nadzemni). U tom slučaju vjetar može uzrokovati njihanja kabela i doprinijeti uvećanju PMD-a. U kombinaciji ovih učinaka i nasumičnom načinu na kojem se ti učinci odvijaju na jednom dijelu duž vlakna, PMD nema jedinstvenu vrijednost. Zbog toga radije govorimo o izrazu prosjeka DGD-a, tj. raspoređenost DGD-a u vremenu. Vjerojatnost da DGD na trasi optičkog vlakna ima određenu vrijednost u nekom vremenu slijedi Maxwell-ovu distribuciju.
Slika 4. 16. Vjerojatnost izobličenja DGD-a
Pojave vezane uz PMD
DGD (proizvoljne (proizvoljne jedinice) jedinice) DGD
U prethodnom dijelu smo govorili o uzrocima variranja PMD-a u vremenu. PMD dodatno varira ovisno o valnoj duljini. Usredotočiti ćemo se na uzrok drugog poretka (SOPMD second order PMD) (vidi sliku. 4.17.).
ω1
ω2
Slika 4. 17. DGD spektar valne duljine
Slika govori o tipičnom variranju PMD-a u nekom dijelu frekvencijskog spektra, odnosno izabranoj valnoj duljini od ω1 do ω2. za rad uređaja Optička disperzija je ovisna o dvije vrijednosti; o pojasnoj širini kanala i o vrijednosti DGD-a na toj pojasnoj širini. Utjecaj na mrežu
U prošlom dijelu vidi se da PMD tj. DGD može raspršiti poslan svjetlosni bit, (binarnu jedinicu) i uzrokovati pogrešku u očitanju bita na prijemu (BER-bit error rate). Ako je relativno malo krivo primljenih bita, tada obično drugi mehanizmi u sustavu prijenosa mogu uspješno povratiti izgubljenu prenesenu informaciju (FEC). Ipak ako je postotak krivo primljenih bita značajan onda je prenesena informacija previše promijenjena i ta veza ispada iz uporabe. Odvajanje energije po pojedinoj osi prostiranja uzrokuje disperziju, pa se disperzija mjeri u pikosekundama (ps, isto što i 10-12 sekunda). Prosječno odvajanje može biti izračunato iz PMD koeficijenta nekog vlakna. Koeficijenti PMD-a su dati u jedinicama pikosekunda po korijenu broja kilometara ili ps/(√ od km). Neka vlakna postavljena prije sredine devedesetih imaju koeficijent od oko 1-2 ps/(√ od km). Može se vidjeti na primjeru vrijednosti dobivene na vlaknu sa tim koeficijentima na trasi od otprilike 500 km: DGD = (PMD koeficijent) • (√ od udaljenosti) DGD = (1-2ps/(√ od km))((√ od 500 km)) DGD = 22 – 44 ps
DGD takvih razmjera bi na prijenosnom sustavu veće brzine imao znatne negativne učinke. Općenito postoje pravila o ograničenju udaljenosti zbog uzroka PMD-a. Tablica 4.4.1. Dijagram udaljenosti za PMD, najveća optička prijenosna udaljenost (km) bez kompenzacije disperzije (PMDC) PMD vlakna (ps po √km) Brzina podataka (Gbit/s)
Položeno Jučer 1.00
Položeno Danas .50
Položeno Sutra .25
10
60 (km)
230 (km)
781 (km)
40
4 (km)
14 (km)
49 (km)
Tablica sadrži podatke o uobičajenoj vrijednosti vlakna, konstrukcije kabela i postupaka instalacije uključujući učinke pojačala i drugih elemenata sustava, bez kompenzacije disperzije. Koeficijent kromatske disperzije
Izmjereno kašnjenje skupine (group delay) ili koeficijent kromatske disperzije u ovisnosti o valnoj duljini, D(λ), opisan je Sellmeier-ovom jednadžbom 4 4 λS 0 max λ0 max λS 0 max λ0 min ≤ D (λ ) ≤ 1 − 1 − 4 λ 4 λ
Gdje su: minimalnom bez-disperzijskom valnom duljinom, λ0min, maksimalnom bez-disperzijskom valnom duljinom, λ0maks, maksimalnim bez-disperzijskim koeficijentom nagiba, (slope), S0maks Koeficijent kromatske disperzije, D, određuje se postavljanjem granica na parametre iz krivulje kromatske disperzije koja je funkcija područja valne duljine. Granica koeficijenta kromatske disperzije za bilo koju valnu duljinu, λ, da se izračunati sa:
Slika 4. 18 Ograničenje distance zbog kromatske disperzije.
Bez kompenzacije disperzije količina podataka od 40 Gbit/s je ograničena na domet od samo ~5 km za G.652 standardno jednomodno vlakno. Fizikalni učinci kromatske disperzije rade velika oštećenja za brzine od 10 Gbps pa na više. Duljina veze je ograničena na otprilike 90 km za G.652 jednomodno vlakno. Rješenje je u dodavanje jedinica za kompenzaciju disperzije (DCM – dispersion compensation module). Jedinica DCM ima vrijednosti disperzije suprotnog predznaka od disperzije G.652 jednomodnog vlakna te na taj način kompenzira neka nastala oštećenja. Tipično standardno jednomodno vlakno ima disperziju od oko 18 ps/nm*km, a vlakno s pomaknutom disperzijom oko 3,5 ps/nm*km. Dchrom = vrijeme kašnjenja [ps] / {λ valna duljina [nm] * duljina veze [km]}. Jedinica DCM kompenzira disperziju od 35…40 km za vlakno G.652 (DCM40), kompenzira oko -637…-576 ps/nm ili 80km (DCM80). DCM dodaje otprilike i slabljenje od oko 5,5 dB odnosno 11dB.
Slika 4. 19. Kompezator kromatske disperzije i njegova karakteristika sa suprtnim nagibom od karakteristike kromatske disperzije svjetlovodnog kabela u funkciji valne duljine.
Slika 4. 20. Sekcije veze s kompezatorika kromatske disperzije
Utjecaj gubitaka i disperzije na vezu od nekoliko sekcija
Na slici 4.20. je prikazana veza sa brzinom prijenosa od 10 Gbit/s sa maksimalnim kapacitetom disperzije od 1600 ps/nm. To znači da ukupna disperzija na kraju veze ne smij biti veća od 1600 ps/nm. Koristi se jednomodno vlakno G.652 sa kromatskom disperzijom 18 ps/nm*km koeficijentom ograničenja od 0.3 dB/km, znači da za svaki kilometar samo vlakno dodaje gubitak od 0.3 dB. DCM40 kompenzira disperziju od otprilike: -600 ps/nm ili oko 35km. Umanjuje učinak disperzije od 100 km na onaj od 75 km, znači dobilo se oko 35 km na udaljenosti. DCM se umeće pri udaljenosti od 75 km i više. Po slici je na svakih zbrojenih 28 dB, (~75 km) umetnuto EDFA pojačalo, jer je dinamički raspon prijemnika od -9 do -28 dB.
Slika 4. 21. Proširenje impulsa uslijed disperzije.
Iz slike 4.12. se vidi proširenje impulsa u ovisnosti o brzini prijenosa. Što je veća brzina, to je manja udaljenost u kilometrima koju taj signal može prevaliti, bez kompenzacije disperzije, jer se pojavljuje među-impulsno djelovanje, (ISI-inter symbol interference). Naravno, pojavljuje se i pri nižim brzinama, ali se impulsi na prijemnoj strani još uvijek mogu ispravno očitati i time prevaliti veću udaljenost.
Slika 4. 22 Karakteristika slabljenja jednomodnog optičkog vlakna
Na slici 4.22. se vide dva prozora optičkog vlakna, područja valne duljine se najmanjim prigušenjem. Između 1. i 2.prozora vidljiv je OH- apsorpcijski vrh. Svjetlost za valne duljine od 800 nm i niže, podliježe pojavi zračnog raspršenja, (Ray-light scattering), a za valne duljine od 1630 nm i više polako ulaze u područje infracrvene apsorpcije, (Infrared absorption). Iz slike se vidi i DWDM područje rada u drugom prozoru, oko 1550 nm do 1600 nm. Moguća rješenja
PMD uzrokuje poteškoće koje se mogu smanjiti sa skraćivanjem duljine prijenosa u optičkom sustavu. Primjera radi, za udaljenosti od 500 km može se smjestiti optičko-električni prijemnik na pola te dužine oko 250 km. Jedina uloga prijemnika na pola udaljenosti je da dekodira optički signal prije nego je razoren disperzijom. Nakon dekodiranja bita, električni signal se odašilju ponovno pomoću svjetlosnog predajnika i nastavljaju svoje putovanje odredištu gdje će se ponovo dekodirati i preusmjeriti ili prespojiti elektronički. Ova metoda sa ulogom primo/predajnika na sredini dometa znana kao regeneracija je imala široku primjenu u sustavu prijenosa po optičkim vlaknima. Ipak se je regeneracija smatrala siromašnom alternativom jer je jedini razlog zašto se odaslani biti pretvaraju u električne signale zbog regeneracije, jer disperzija utječe na svjetlosne bite. Električni biti se niti usmjeravaju, prespajaju ni multipleksiraju a u većini slučajeva niti nadgledaju - samo se obnavljaju. Gledano iz perspektive mreže, regeneracija je neučinkovit i skup optičko električni obrat.
Dodajući tome što je regeneracija neučinkovita i skupa, sustavi za daleki prijenos su danas često i viševalni sustavi, multipleksiranje sa gustom raspodjelom valnih duljina (DWDM dense wavelength division multiplexing). U tom slučaju bi se prijenosni (link) veza prvo morao demultipleksirati, pa obnoviti, pa ponovo multipleksirati. Ovo je vrlo skupa opcija u usporedbi sa alternativom viševalnih pojačala. Gledano iz aspekta mreže i troška, puno učinkovitija metoda glede PMD-a u prijenosu bilo bi djelovanje na signal dok je on još u svjetlosnom obliku, prije dekodiranja na prijemu. Metoda je znana kao i kompenzacija PMD-a. PMD kompenzator (PMDC ) smješten na odredištu prijenosnog sustava može umanjiti učinke disperzije u vlaknu i osigurati ispravno dekodiranje svjetlosnog bita u prijemniku prije preusmjeravanja i prospajanja. PMD Kompenzator
Postoje nekoliko tehnologija koje se mogu iskoristiti u potiskivanju učinaka PMD-a: -
-
Mehaničke naprave koje zapravo naprežu vlakno (ili dio vlakna) kako bi poravnali polarizirane ravnine svjetlosnog signala. Drugim riječima uređaj PMDC „sa protunaprezanjem“ djelovao bi na vlakno. Glavni nedostatak mehaničkih naprava je učestalost kvarova tokom vremena, zahtjeva često održavanje. Elektronički uređaji koje rade iza dekodera na prijemu, upravljaju elektrone kako bi smanjili učestalost krivih bita. Glavni nedostatak ove metode je poteškoća u rješavanju svjetlosnih problema na elektroničkoj razini.
Najpouzdanije i učinkovitije PMDC tehnologije se koriste prilagodljivom svjetlošću kako bi poravnali i ispravili impulse svjetlosno raspršenih bita. Primjer tehnologije visokog nivoa, prilagodljiva svjetlost je na slici. 3.6.1 y
Ortogonalno polarizirane osi x 1? 0? 1?
PMDC
1 0 1
Prilagodljiva PMD Optika
Kontrolni Algoritam + povratna veza
otkrivanje
Slika 4. 23 Grafičko predstavljanje PMD kompenzacije na razorenim svjetlosnim signalima
Slika 4.2.3. pokazuje kako PMDC ispravlja raspršene svjetlosne bite u mreži. Prije ispravljanja, polarizirani impulsi su razdvojeni i raspršeni uzrokom PMD-a. PMDC poravnava i oblikuje svjetlosne bite prije nego što su dekodirani u prijemniku (Rx-receiver). PMDC je kontroliran vrlo inteligentnim algoritmom koji vrši analize nad svjetlosnom impulsu.
Položaj kompenzatora u optičkim mrežama
Optimalan smještaj PMDC-a u mreži je neposredno prije prijemničke funkcije u prijenosnom sustavu. Kod dugih i vrlo dugih prijenosnih višekanalnih optičkih sustava, prijemnik je smješten unutar DWDM opreme za prijenos u središtu ili sa stanovišta prisutstva (POP pointof-presence). Postoje dva osnovna načina DWDM prijenosnog sustava. Sustav u kojem je funkcija prijemnika smještena unutar DWDM mrežnog elementa, znana kao „otvoreni“ DWDM sustav. U ovom primjeru je PMDC podsustav smješten poslije optičkog demultipleksiranja (razdvajanje po valnim duljinama), ali prije prijemnih prosljeditelja (transponder). Budući da je prilagodljiva svjetlost PMDC-a sve-optički uređaj, smještaj unutar DWDM sustava je jednostavan.
SONET ADM
Transponder
ATM Switch
Transponder
IP Router
λ1
Laser λ1
Laser λ2
M U X
Transponder
Optical Preamplifier
Optical Amplifier
PMDC
Rx Transponder
D λ2 Rx PMDC E Transponder M U X λ3 Rx PMDC Transponder
Laser λn Power Telemetry
SONET ADM ATM Switch
IP Router
Power Telemetry
WDM sistem: Transmit End
WDM sistem: Receive End
Slika 4. 24. PMDC smještaj u „otvorenom“ DWDM sustavu
Neki stariji višekanalni optički sustavi ne podržavaju prosljednost DWDM funkcije i nazivaju se „zatvoreni“ sustavi.
110
SONET ADM
SONET ADM
SONET ADM
PMDC XCVR with λ1 Laser
λ1 Optical Preamplifier
XCVR with λ2 Laser
M U X
Optical Amplifier
D E M U X
XCVR
λ2 SONET ADM
PMDC XCVR λn
SONET ADM
PMDC XCVR with λn Laser
Power
Power
Telemetry
Telemetry
WDM sistem: Transmit End
WDM sistem: Receive End
XCVR
SONET ADM
Slika 4. 25 PMDC smještaj u „zatvorenom“ DWDM sustavu.
U ovakvim vrstama sustava, funkcija prijemnika nije u sinkronoj optičkoj mreži ( SDH), čiji se prijemnici susreću sa valnom duljinom predajnika. Kako bi se točno poklapali, mrežni element DWDM-a i mrežni elementi SONET/SDH, moraju biti od istog proizvođača. Odavde i izraz „zatvoreni“ sustavi (closed). U ovom primjeru je podsustav PMDC-a smješten između postupka optičkog demultipleksiranja DWDM i SONET/SDH elemenata. Budući je prilagodljiva optika PMDC-a sveoptička, može raditi i unutar „zatvorenog“ sustava. Ekonomski razlozi Da bi razumjeli problem cijene, zamislimo tipično regeneracijsko mjesto. Budući je oprema na svakom regeneracijskom mjestu duplikacija opreme koja se nalazi na krajevima prijenosnog puta (10 Gbps), svako tako mjesto udvostručuje cijenu od one za prijenos sa kraja na kraj bez obnavljanja. Za vezu s kraja na kraj oko 600 km i 2 regeneracijska mjesta cijena bi bila oko tri puta veća od one bez obnavljanja.
Regeneracija pridonosi i druge koristi u eliminaciji PMD-a; prva među njima je i pojačavanje svjetlosnog signala. Ipak, regeneracija tj. cijena regeneracije je usko vezana uz valnu duljinu. Ekonomičnost regeneracije se smanjuje sa povećanjem broja kanala po jednom optičkom vlaknu. Stoga sustavi sa kraja na kraj koji nisu izloženi utjecajima PMD-a iskorištavaju optička pojačala umjesto regeneratora da pojačaju snagu svjetlosnog signala. PMD kompenzacija se zasniva na osnovi valne duljine. To ide zajedno uz važnost varijabilnosti PMD-a za valnu duljinu unutar prijenosnog pojasa. Ipak jedan PMD kompenzator na prijemnoj strani 10 Gbps signala može ublažiti učinke PMD-a koji djeluju na cijeli prijenosni opseg. Zbog toga regeneracija koja možda zahtjeva 2 odvojena položaja za
111
eliminaciju PMD-a u prijenosu do 600 km. Jedan PMD kompenzator smješten na prijemnoj strani može poboljšati karakteristike u prijenosu s kraja na kraj. PMD kompenzacija može biti ostvarena samo dijelom cijene od one koju bi izdvojili za opremu jedne regeneracijske postaje. Uz dodatak vezan za cijenu opreme regeneracije svjetlosnog signala, dolazi i cijena samog položaja te postaje. Budući postaje moraju biti na određenoj udaljenosti (razmaku) duž trase prijenosa da bi bile najučinkovitije, potrebit geografski položaj postaje, često izaziva velike poteškoće. Postrojenje ili zgrada za smještaj takve jedne postaje, često je skuplje za izgraditi i održavati od, na primjer neke poželjne stambene površine u urbanom području, jednostavno jer je postaja veoma udaljena.
112
5. Transmisijski sustavi temeljeni na radio prijenosu Danas se radio relejne veze primjenjuju kako bi se prenijeli PDH i SDH signali razina; nxE1 (gdje je n= 2, 4, 8, ili 16), mxE3 (gdje je m=1, 2 ili 4) , E4, kxSTM1(gdje je k = 1,2 ili 3). Signali većih bitskih brzina (preko 300 Mbit/s teško se prenose preko usmjerenih radio veza). Stupanj greške kod prijenosa signala izuzetno visokih brzina je velik. Nekad su radio relejne mreže činile okosnicu mrežne transmisije, koja je omogućavala da se sustavi vežu u telekomunikacijsku cjelinu. Pojavom svjetlovodnih kabela, te znatno većim kapacitetom njihova prijenosa, radio relejne veze (usmjerene radio veze) gube na svom prvotnom značenju. No, još uvijek često se primjenjuju, na onim mjestima na kojima nema svjetlovodne infrastrukture i to prvenstveno za privođenje manjih kapaciteta prijenosa (PDH radija). Ponekad se ulančane radio trase koriste kao alternativni putevi u slučaju prekida svjetlovodne infrastrukture (n+1 SDH strukture prijenosa) , što osigurava žilavost ili otpornost prometa na prekid, a ponekad se koriste (SDH radija) za zatvaranje SDH prstena od 155 Mbit/s (tamo gdje optika nije položena u prstenastu konfiguraciju): Ponekad osiguravaju širokopojasni pristup krajnjih korisnika (Ethernet radija i/ili SDH radija) za grupacije krajnjih korisnika koji se na ukupni sustav ne mogu povezati preko svjetlovodne infrastrukture. No u planiranju, prokektiranju i realizaciji radio trasa, bez obzira da li se radi o PDH, SDH ili Ethernet radio trasama važe neki opći principi koje treba ispoštovati, kako bi radio veza funkcionirala. Kod usmjerenih radio veza, mora postojat izravna optička vidljivost između predajne i prijemne antene a većim djelom mora biti i slobodna I Fresnelova zona. Moraju se poštivati određeni uvjeti prostiranja radio signala, kako bi se osigurao kontinuiran i ne isprekidan prijem signala između radio predajnika na jednoj strani veze i radio prijemnika na drugoj strani veze. Zrak je nestabilan prijenosni medij i sklon je uplivu smetnji te promjenama slabljenja ( brzi i spori Feding). Radio relejne veze osnivaju se na usmjerenim elektromagnetskim valovima koji se prostiru kroz zrak kao prijenosnog medija. Atmosfera nije stabilan prijenosni medij što se očituje u variranju prijemnog polja. Svaki prijemni radio uređaj ima neki prag prijema. Prag prijema je minimalna snaga koja treba pobuditi uređaj da bi on ispravno radio (da ne bi imao stupanj greške veći od unaprijed zadane vrijednosti ). U regularnim uvjetima snaga EMV na prijemu je iznad praga prijema za N dB. No, zbog različitih atmosferskih pojava (vjetrova, kiše , prašine , magle , temperaturnih turbulencija i tako dalje) dolazi do stalnog osciliranja snage na prijemu, onog trenutka kada razina prijemnog signala padne ispod praga prijema, veza je prekinuta odnosno smatra se da nije raspoloživa. Ove atmosferske pojave koje guše prijemnu raziniu ispod nominalne nazivaju se FEDINGOM. A odnos između prijemne razine kada nema nikakovih smetnji i praga prijema naziva se REZERVOM ZA FEDING. Što je rezerva za feding veća (što je stvarna prijemna razina više iznad praga prijema) to će vrijeme kada smetnja (feding) potisne prijemnu razinu biti kraće ili rjeđe zastupljeno. Radi toga proračun kvalitete svodi se na izračunavanje rezerve za feding odnosno stvarne prijemne razine u idealnim uvjetima propagacije te statističke
113
procjene koliko će sa tom rezervom doći do smetnji koje će uzrokovati nerspoloživost veze u postocima vremena godišnje. Radio relejna veza sasvim općenito sastoji se od većeg broja dionica (hop-ova) , kao što je to prikazano na slici 5.1. A
B
C
D
Slika 5. 1. Dionice radio relejne veze
Radio relejna veza kojom se povezuju dvije krajnje točke odgovarajućeg ranga mogu biti izvedene sa više radio dionica (na primjer kada se ulančano povezuju bazne postaje GSM-a), u osnovi se svaka dionica zasebno proračunava te se vremena neraspoloživosti zbrajaju, jer kad dođe do prekida bilo koje dionice prekinuta je ukupna veza. Dakle proračun kvalitete veze u svom početnom dijelu podrazumijevat će proračun razina signala u pojedinim točkama radio dionice odnosno ukupnog gušenja (slabljenja) na trasi i ukupnog pojačanja (dobitka) na trasi. Dakle problem kod proračunavanja kvalitete radio relejne veze svodi se na proračunavanje svake pojedine dionice radio relejne veze. No prije nego što nešto kažemo o samom proračunavanju kvalitete radio relejne veze ili pojedine dionice potrebno je nešto sasvim općenito kazati o prostiranju EMV.
5.1. Prostiranje elektromagnetskih valova. U telekomunikacijama koristi se elektromagnetski val učestalosti između 160 KHz do 50 GHz što je vrlo široki raspon. Kod usmjerenih radio relejnih veza koristi se EMV od 2 do 30 GHz što je doduše nešto uži raspon, ali još uvijek toliko širok da se bitno mijenjaju uvjeti prostiranja EMV u pojedinim područjima frekvencija. U telekomunikacijama koristi se takozvani, polarizirani EMV Što znači da vektor električnog pa i vektor magnetskog polja titraju uvijek u jednoj ravnini, koje su u smjeru prostiranja EMV, a međusobno razmaknute za 900. Kao što je to prikazano na slici 5.2.
114
E
P
H
Slika 5. 2. Prostiranje polariziranog elektromagnetskog vala
Kada električna komponenta EMV titra okomito na zemljišnu površinu kažemo da je EMV vertikalno polariziran. Ako bi električna komponenta EMV titrala u ravnini koja bi bila paralelna sa zemljišnom površinom takav bi EMV nazivali horizontalno polariziranim EMV.
E
Ako bi se Električna komponenta stalno zakretala u prostoru i opisivala kružnicu u ravnini okomitoj na smjer prostiranja takav bi EMV nazivali kružno polariziran EMV: Što je sve prikazano na slici 5. 3.
Vertikalno
E
E
Horizontalno
E
Kružno
E
Kružno Slika 5. 3 Polarizacija EMV
Kružna polarizacija obično se primjenjuje kod letećih objekata, prijemna antena u takovom slučaju je također, antena za kružnu polarizaciju, ali se može koristiti i antena koja prima samo horizontalno ili vertikalno polariziran EMV te će takova antena primati samo 50 %
115
snage koju bi primala antena za kružnu polarizaciju. To je iz razloga što se kružno polarizirani val može rastaviti u dvije horizontalno i vertikalno polarizirane komponente (dva vala) koja su međusobno pomaknuta za
π
. Kod usmjerenih radio veza (usmjerene radio relejne veze) 2 uvijek se koristi vertikalno ili horizontalno polarizirani elektromagnetski val. Već samim pogledom na iluminator parabolične antene (kružni paraboloid) možemo zaključiti o tipu primijenjene polarizacije. Ako je ilumintor horizontalno savinut, antena primjenjuje vertikalnu polarizaciju, međutim ako je iluminator vertikalno savinut antena primjenjuje horizontalnu polarizaciju. U jednoj usmjerenoj radio vezi antene na oba kraja moraju imati jednaku polarizaciju. Teoretski ako ne bi imale jednaku već okomite polarizacije prijemna antena ne bi primila ništa od EMV, stvarno razina prijema bi za oko 50 dB bila manja od one koja se ostvaruje s istovjetnom polarizacijom antena. U slučaju radio relejne veze koja ide preko mora i to relativno nisko (na nekoliko desetka metara u odnosu na udaljenost od više kilometara, na primjer Split – Supetar ) koristi se isključivo, vertikalna polarizacija EMV. To se radi iz razloga što bi u slučaju horizontalne polarizacije reflektirani elektromagnetski val doživio promjenu u fazi za π . O čemu se zapravo radi?
+
Struja
Struja
-
Pomak
-
Struja
+
Pomak
Zamislimo da imamo jedan pozitivan naboj koji je postavljen iznad vodljive površine. Zbog djelovanja Culonove sile u vodljivoj površini pojavit će se zrcalni negativni naboj kao što prikazuje slika V4. Pomićemo li taj naboj (pozitivni) iznad vodljive površine put gore negativni zrcalni naboj pomicat će se pu dolje. To nam zapravo znači struju u istom smjeru prema gore. No pomićemo li tej neboj ljevo desno uzduž vodljive površine slika zrcalnog naboja će ga pratiti ljevo desno što znači obrnuti smjer zrcalne struje. Krajnja konzekvenca ovog fenomena ogleda se u tome da se verikalno polarizirani EMV reflektira od ravne površine bez promjene faze a Horizontalno polarizirani EMV odbija se od površine sa promjenom faze za 1800.
+
Pomak
+
-
Pomak
-
Struja
Slika V4. Refleksija EMV Također kod usmjerene radio relejne veze, potrebno je da postoji direktna optička vidljivost između predajne i prijemne antene, da bi veza bila ostvariva, Dakle između prijemne i predajne antene nesmije biti objekta koji bi
116
zaprečavao prostiranje EMV. Pretpostasvimo da je antena A na visini od 20 m , da je antena B na visini od dvadeset metara a da na polovini udaljenosti od A do B postoji objekt visine 19 m. Postavlja se pitanje :
Da li u takovom slučaju postoji izravna optička vidljivost između A i B? Da bi ispravno odgovorili na ovo pitanje moramo kazati da to ovisi o zakrivljenosti zemalske kugle to jest o udaljenosti između A i B Uzmimo primjer sa slike V. 5.
h Ha q
Hb
y
A
B d2
d1 d
Slika V.5.Profil trase U odnosu na zamišljenu pravu liniju koja spaja točku nadmorske visine 0 m ispod antene A koja je na visini Ha i točke nadmorske visine 0 ispod točke B koja je na visini Hb zemljina površina je u dvodimenzionalnom prikazu odsječak kružnice, čija visina u odnosu na tetivu se računa prema izrazu :
Y=
d1d 2 12,74k
gdje su: Y visina u odnosu na tetivu izrazena u m d1 – udaljenost od podnožija antene A do točke na kojoj tražimo zakrivljenost Y izražena u km d2 = (d-d1) – udaljenost od podnožija antene B pa do točke u kojoj računamo zakrivkljenost (km) 12,74 dijametar zemlje izražen u Mm (uzimamo da je efektivni polumjer zemlje 6378 Km) Pa na primjer za distancu od 100 Km dobijamo da je Y po sredini 196 m , dakle skoro 200m Na udaljenosti od 10 km (Split – Supetar) Y po sredini iznosi 1,96m k – je konstanta koja se obićno ozima nešto preko 1 što znači da djeluje na efektivno umanjivanje zakrivljenosti zemljine površine , ona se uzima iz razloga što se EMV ogiba oko prepreke Stvarna visina radio trase u odnosu na visinu kritičnog objekta na terenu (h ) izračunava se prema izrazu.
h =H A
d2 d + HB 1 q − y d d
EMV ne putuje samo direktno od antene A do antene B već se dio ogiba i dospjeva od A do B po krivulji koja opisuje kružni elipsoid u prostoru. Naravno oni valovi koji su došli direktno i oni koji su došli ogibajući se ne putuju jednako dugo. Duže putuju oni EMV koji se ogibaju pa samim tim u odnosu na one koji diolaze direktno kasne u fazi. Ako zamislimo kružni elipsojid koji nam je omeđen zahtijevom da svi EMV untar njega stižu sa faznom razlikom manjom od π onda se takav elipsod zove Frenelov kružni eliposifd odnosno on omeđuje takozvanu I frenelovu zonu. Frenelov elipsoid računa se prema izrazu.
r = 17,3
d1 d 2 (d1 + d 2 ) f
gdje su: r (m) - poluprečnik frenelova kružnog elipsoida, f (GHz) – srednja frekvencija RF područja d1, d2, d ( udaljenosti u km)
117
Frenelov elipsoid nam je prikazan na slici V.6.
Stanica A Stanica B
Slika V.6. Frenelov elipsoid Obićno nam ova geometrija veze služi za proučavanje takozvanog profila RR. Tek kada smo sa sigurni da glede profila RR trase veza “prolazi” idemo na ostale elemente proračuna RR veze. Šematski prikaz tipićne radio relejne dionice izgleda nam kao na slici V.7.
RF > Predajnik
polarizaciona skretnica
I
antena A
antena B
Slabljenje EMV usljed prostiranja
Valovod
Valovod
Cirkulatori
I
>
Slika V. 7. Šematski prikaz radio relejne dionice.
Dobitak parabolične antene G = 17,8 + 20log D + 20 log f Gdje su: G - dobitak antene (db)
D promjer parabolične antene u m f – frekvencia RF područja (srednja GHz)
118
Slabljenje EMV usljed prostiranja između antena A i B Ao = 92,4 + 20 log d + 20 log f Gdje su : Ao – slabljenje EMV usljed prostiranja (db) d – distanca između antena A i B (km) f – srednja frekvencija RF područja (GHz)
Slabljenje valovoda Av = αv lv Gdje su : Av – slabljenje valovoda (db) αv – specifično slabljenje valovoda (db/m) lv – ukupna dužina valovoda u stanicama A i B (m) Slabljenje RF elemenata ARF – obićno se procjenjuje ali nebi trebalo biti veće od po 0,5 db po RF elementu Ukupno slabljenje izemeđu predajnika i prijamnika određeno jhe zbrojem slabljenja usljed prostiranja , slabljenja valovoda i slabljenja RF elemenata, a ponekad se dodaje još po koji db radi tolarrencije slabljenja At Ukupno slabljenje Auk = Ao + Av + ARF + At No stvarna vrijednost pada signbala bit će umanjena za dobitak antena u stanicama A i B A = Auk – Guk = Auk – GA- GB Svaki proizvođač radio opreme definira izlaznu snagu iz predajnika Piz Pa je ulazna snaga u prijamnik (bez fedinga) u uvjetima idealne propagacije EMV dana izrazom Pul = Piz – A Svaki proizvođač definira prag prijema Ppr . Prag prijema je ona minimalna snaga na ulazu prijemnika kod koje uređaj još uvijek ispravno radi. Za stupanj greške na pragu prijema kada se smatra da RR uređaj još uvjek ispravno radi usvaja se vrijednost E = 10-3. Dubina rezerve za feding izračunava se kao razlika između prijemne razine fez fedinga i praga prijema. F = Pul – Pp Za frekvencije ispod približno 10 GHz postotak vremena neraspoloživosti usljed fedinga izračunava se prema izrazu Tvp(%)=1,4 10-8 f d 3,5 10-F/10 102 Gdje su: D – dužina dionice (km) F – dubina rezerve za feding (db) f - frekvencija GHz
119
6. Trendovi razvoja transmisijskih tehnologija
120
7. Zaključak
121
8. Literatura
122
1. Indeks 2. Popis tabela i slika
123
