-
Die Erfindung betrifft eine Rahmenstruktur für ein digitales
Zeitmultiplexsystem dritter Ordnung.
-
Mit Hilfe einer solchen Rahmenstruktur soll sowohl in
einem plesiochronen Nachrichtennetz eine Bündelung der
Informationen von Sekundärsystemen, z. B. nach CCITT Rec
G 741 Annex 1 für übertragungstechnische Zwecke als auch
in einem synchronen Netz bei Taktfrequenzen von 34,368 MHz
eine Bündelung zur Vermittelbarkeit einzelner Fernsprechkanäle
oder von Informationen mit der Basisbandbreite des
m-fachen eines Fernsprechkanals möglich sein.
-
Die Festlegung international gültiger Normen für Zeitvielfachsysteme
höherer Ordnung wurde seit Beginn der siebziger
Jahre von Fachleuten der digitalen Übertragungstechnik sehr
beschleunigt vorgenommen. Dabei wurde davon ausgegangen,
daß Zeitvielfach-Vermittlungen nur auf der Grundlage des
PCM-Grundsystems, d. h. mit Zeitvielfachbündeln zu jeweils
30 Fernsprechkanälen realisiert werden können. Daß diese
Annahme heute schon technologisch und wirtschaftlich überholt
ist, zeigt die Entwicklung und 1976 erfolgte Inbetriebnahme
des Zeitvielfach-Vermittlungssystems ESS-N. 4 der
Bell Telephone Company. Das System ESS-No. 4 arbeitet
intern mit Bündeln von 120 Fernsprechkanälen im Zeitmultiplex
(Konferenzbericht ISS. 1972 CHO 617-1-COM. S. 19-25).
International spezifiziert sind auch Rahmenstrukturen für
digitale synchrone Multiplexeinrichtungen für 120 Fernsprechkanäle
(CCITT, 1976, Rec. 741, Annex 1). Damit ist die Entwicklung
jedoch noch nicht abgeschlossen, wie auch aus Veröffentlichungen
aus dem europäischen Ausland hervorgeht
(Eurocon, 1971, Paper-No. B 8-3; Commutation + Electronique,
1973, S. 14).
-
Die Aufgabe der Erfindung leitet sich aus folgenden
Überlegungen ab:
Während von der Übertragungstechnik im wesentlichen die
Taktbitraten und Rahmenstrukturen für digitale Systeme bis
zur vierten Stufe der digitalen Hierarchie festgelegt worden
sind, ist auf Seiten der Vermittlungstechnik davon unabhängig
der Zug zur Entwicklung und zum Einsatz hochkanaliger Zeitvielfachsysteme
zu erkennen. Damit durch die Einführung der
Digitaltechnik ein größtmöglicher Nutzen erreicht werden
kann, sollten bei der Auswahl der Multiplexverfahren sowohl
Belange der Vermittlungs- als auch der Übertragungstechnik
berücksichtigt werden. Zeitvielfachvermittlungen stellen an
die beteiligten Eingangstakte die Forderung nach Synchronität,
wenn nicht Teile von Informationen verloren gehen sollen.
Für Übertragungssysteme höherer Ordnung kann diese Forderung
jedoch dann abgeschwächt werden, wenn für die Takte
der Untersysteme Toleranzgrenzen definiert werden, bei deren
Beachtung die Informationen verlustfrei übertragbar sind.
-
Bei der Anwendung bestimmter Taktanpassungsverfahren in der
Multiplextechnik könnte auf lange Sicht beiden Forderungen
nachgekommen werden. So ist durch das CCITT-Dokument,
TD Nr. 19, Nov. 1971 ein Taktanpassungsverfahren bekannt,
das zur Signalisierung von Taktabweichungen mit zwei
Zuständen (positiv-negativ) auskommt und im synchronen Fall
die beiden Befehle alternierend überträgt. Weiter ist es bei
plesiochronen Systemen bekannt, die Zusatzinformationen sowohl
zum Zweck der Synchronisierung als auch zur Taktanpassung zu
verwenden (Review of the Electrical Communication Laboratories,
Jahrgang 1971, H. 9-10, S. 1055-1059). Für einen sehr langen
Einführungszeitraum und für besonders hochkanalige Übertragungssysteme
könnten Takttoleranzen zulässig sein, ohne daß eine
Umstellung auf synchronen Betrieb von vornherein ausgeschlossen
wäre. Die Umstellung auf ein synchrones Netz
macht neben der Lösung des Synchronisierproblems auch
die Einführung elastischer Speicher (sogenannte Phasenausgleicher)
erforderlich.
-
Dieser Zusammenhang wurde bereits eingehend erörtert
(Proceedings of the IEE, Vol. 60, No. 5, May 1972,
p. 594-601) und dabei wurde auch auf den relativ großen
Speicherbedarf bei höheren Taktfrequenzen hingewiesen.
Theoretisch scheint die Durchführbarkeit eines weltweit
angelegten synchronen Netzes möglich (IEEE Transactions on
Communications, June 1974, p. 839-845) und die Frage der
Herstellbarkeit preiswerter elastischer Speicher, auch für
größere Inhalte, in wenigen Jahren lösbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wesentliches,
durch die Festlegung auf positive Taktanpassung für Übertragungssysteme
bestehendes Hindernis beim Aufbau eines
synchronen Netzes für die dritte Ebene der digitalen
Multiplexhierarchie durch die Angabe einer optimalen Rahmenstruktur
zu beseitigen. Bei der Lösung wird dabei davon ausgegangen,
daß sowohl der Informationsfluß der Eingangssysteme
mit 8,448 Mbit/s als auch die Bitrate am Ausgang des
Multiplexers mit 34,368 Mbit/s festgelegt sind und nicht mehr
durch internationale Gremien verändert werden können.
-
Eine weitere Forderung ist, daß bei den Sollfrequenzen aller
beteiligten Takte der Impulsrahmen genau alle einlaufenden
Informationen von den Informationsflüssen der niederen
Klasse aufnehmen kann, ohne daß im Impulsrahmen der höheren
Klasse Leerbits (stuffing bits) entstehen.
-
Nimmt man die durch die Arbeit von Häberle, "Theorie der
Blocksynchronisation binärer Übertragungssysteme",
Dissertation TH München, 1966, bekannte Forderung nach
einer optimalen Länge des Synchronisiermusters in den
Forderungskatalog auf, so kommt man zu der in der Fig. 1
dargestellten Tabelle. In dieser Tabelle sind die jeweils
möglichen Bitzahlen für die Nutzinformation, die Zusatzinformation,
die sich durch die Summe beider ergebende
Blocklänge und die optimale Länge des Synchronisierworts
sowie die Anzahl der zu übertragenden bzw. zu vermittelnden
Kanäle
zeilenweise untereinander angeordnet. Alle dort
sich aus den Spalten ergebenden Rahmenstrukturen erfüllen
die vorstehend aufgeführten Forderungen. Hingewiesen sei
auf den Umstand, daß die Rahmenstruktur mit einer Blocklänge
von 716 bit bereits von der sowjetischen Verwaltung
im Rahmen der CCITT-Arbeit als Vorschlag eingebracht wurde.
-
Erhebt man neben den durch diese Tabelle erfüllten Forderungen
nach kurzer Synchronisierzeit die weitergehende Forderung nach
Unempfindlichkeit gegen Bitfehler, des Taktanpassungs-Synchronisierworts einer ausreichend großen
zulässigen Taktabweichung der Eingangs- und Ausgangsinformationsflüsse
sowie einer kanal- bzw. blockweisen Verschachtelbarkeit
der Eingangsinformationen, so zeigt sich,
daß diese Forderungen gemeinsam nur von einer Spalte der
Tabelle erfüllt werden.
-
Zur Lösung der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird
von einer Rahmenstruktur für die digitales Zeitmultiplexsystem
dritter Ordnung mit einer sowohl der Synchronisierung
als auch der Signalisierung von Taktabweichungen
dienenden Zusatzinformation zur Vereinigung von vier mit jeweils
120 Fernsprechkanälen belegbaren Informationsflüssen
von 8,448 Mbit/s zu einem Informationsfluß von 34,368 Mbit/s
ausgegangen, wie es aus der Zeitschrift "Elektrisches Nachrichtenwesen"
52 (1977) Nr. 4, Seiten 308-314) bekannt
ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß bei einer
solchen Rahmenstruktur jeweils 1056 Informationsbit
18 Bit Zusatzinformation vorangestellt sind, wobei die
ersten 13 Bit der Synchronisierung und der Signalisierung
von Taktabweichungen, das 14. und 15. Bit zur Zuordnung
der Taktabweichungssignalisierung zum jeweiligen Untersystem,
das 16. Bit sowohl als Informationsbit bei positiver
Taktabweichung des jeweiligen 8,448 Mbit/s-Eingangs
als auch zur Signalisierung eines nicht dringenden Alarms,
und das 18. Bit als Reservebit für internationale
Aufgaben dienen.
-
Bei der Einführung des erfindungsgemäßen Zeitmultiplexrahmens
sowohl für die digitale Übertragung als auch für digitale
Zeitvielfachvermittlung ergibt sich der Vorteil, eine Vielzahl
von Multiplex- bzw. Demultiplex-Einrichtungen einsparen
zu können. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Taktanpassungsverfahrens
ergibt sich weiter ein zusätzlicher
Freiheitsgrad in bezug auf die Art der Verschachtelung:
Sowohl bit-, wort- als auch bitgruppenweise Verschachtelung
der Informationen der Untersysteme werden ermöglicht.
In der dritten Stufe der digitalen PCM-Hierarchie sind
digitale Zeitvielfach-Koppelstrukturen sowohl für Fernsprechkanäle,
als auch für Breitbandkanäle mit z. B.
zwei-, drei-, fünf-, sechs- oder zehnfach größeren
Informationsflüssen als sie ein Fernsprechkanal benötigt,
einsetzbar.
-
Die erfindungsgemäße Rahmenstruktur ist in Fig. 2 für die
Multiplexbildung von vier jeweils mit 120 (132) Fernsprechkanälen
belegbaren Informationsflüssen von 8,448 Mbit/s der
unteren Stufe der digitalen Hierarchie zu einem Informationsfluß
der oberen Stufe mit 34,368 Mbit/s dargestellt.
Die in Klammern gesetzte Zahl von 132 schließt die acht für
die Synchronisierung und Kennzeichenübertragung von jeweils
30 Fernsprechkanälen reservierten Kanäle sowie vier Kanäle
zur Synchronisierung und Taktanpassung im Sekundärsystem
mit ein.
-
Die Rahmenstruktur der Fig. 2 wurde aus der Vielzahl von
möglichen Rahmenstrukturen nach der Fig. 1 ausgewählt,
um eine kurze Synchronisierzeit zwischen Sender und
Empfänger zu gewährleisten sowie zu erreichen, daß für
eine Übergangszeit, in der mit plesiochronen Takten aller
Eingangsinformationsflüsse und in der Multiplexeinrichtung
gerechnet werden muß, sowohl eine Taktanpassung (justification)
als auch eine Signalisierung von dringenden oder nicht
dringenden Alarmen möglich sein muß und zusätzlich noch ein
Bit je Rahmen für internationale Aufgaben reserviert werden
kann.
-
Die Rahmenstruktur nach der Erfindung macht hierzu einerseits
von dem beim Stand der Technik erwähnten Verfahren, die Zusatzinformation
sowohl zum Zweck der Synchronisierung als auch zur
Taktanpassung zu verwenden, als auch von dem gleichfalls
erwähnten bekannten Taktanpassungsverfahren mit zwei im
synchronen Fall alternierend übertragenen Taktanpassungsbefehlen
Gebrauch. Damit ist der synchrone Betriebszustand
des Netzes von Anfang an eingeschlossen.
-
Um die Rahmenstruktur später auch für Zeitmultiplexvermittlungen
beibehalten zu können, wird die Zusatzinformation von 576 kbit/s
in Form von vier Blöcken zu jeweils 18 bit genutzt.
-
Wesentliche Teile der Zusatzinformation (14 von 18 bit) eines
derartigen Blockes werden dabei zum Zweck der Signalisierung
von Taktanpassungsbefehlen und zur Übertragung überschüssiger
Bits aus den jeweiligen Informationsflüssen der niederen
Klasse einem bestimmten Untersystem zugeordnet.
Die Verschachtelung der Informationen der Untersysteme im
gemeinsamen Zeitmultiplex erfolgt acht-bitweise bzw. später
bei synchronem Betrieb PCM-wortweise bzw. blockweise im
Falle des Multiplexens (später Vermittelns) von Breitbandkanälen.
Durch diese gebündelte Übertragung der Taktanpassungsinformationen
ist empfangsseitig ein Kriterium für
die im Sender gewählte Zuordnung erforderlich, damit während
des plesiochronen Betriebes die den jeweiligen Eingangsinformationsflüssen
zugehörigen Taktabweichungen im
Empfänger ausgewertet werden können. Daher werden
ld s = n bit,
daher bei s = 4 Untersystemen n = 2 bit, zur Kennzeichnung
der Nummer s des jeweiligen Informationsflusses der niederen
Klasse, zu dem die signalisierte Taktanpassungsinformation
gehört, in den Zusatzbits übertragen. Weiterhin wird für
die Übermittlung von dringenden Alarmen ein weiteres Bit je
Rahmen reserviert aber für die Signalisierung eines nicht
dringenden Alarms das Bit in den Zusatzbits mitbenutzt,
das für die Übertragung von Information bei positiven
Taktabweichungen des Informationsflusses eines Untersystems
vorgesehen ist.
-
Beim Übergang auf eine synchrone Betriebsweise im Zusammenhang
mit der Inbetriebstellung digitaler Vermittlungen in
der dritten Stufe der digitalen Hierarchie werden die Zusatzbits
Nr. 14 und 15 (Fig. 2) für Signalisierungsaufgaben
zwischen Vermittlungen verfügbar, z. B. zur Übertragung von
Speicherfüllzuständen, wie in einem phasengemittelten Netz
nach dem Synchronisierverfahren mit Rückmeldung (NTZ 1970,
H. 8, S. 402-411) erforderlich. Außerdem entfällt unter
diesen Bedingungen auch die Notwendigkeit, mehrere
(2 oder 3) Muster für die Erkennung des Synchronwortes
unterscheiden zu müssen (Zusatzbits Nr. 1-13) und das
16. Bit steht dauernd zur Signalisierung eines nicht
dringenden Alarms zur Verfügung.
-
Ausdrücklich hinzuweisen ist jedoch darauf, daß sich für
die Dauer des plesiochronen Betriebes infolge der bitweise
vorzunehmenden Taktanpassung, bei acht-bitweiser Verschachtelung
der Informationen von den Informationsflüssen der niederen
Klasse der digitalen Hierarchie eine wortweise Verschachtelung
im Sinne von Fernsprechkanal-PCM-Worten nicht aufrechterhalten
läßt. Als Nebenbedingungen für die Umstellung auf die
synchrone Betriebsweise ergibt sich daraus weiterhin die
Forderung, daß die Einrichtungen für den Phasenausgleich
auch die PCM-Kanalgrenzen zu erkennen haben.
-
Neben dem Vorteil der Vermittelbarkeit einzelner Fernsprechkanäle
im synchronen Betrieb gestattet der erfindungsgemäße
Rahmenaufbau eine um den Faktor drei schnellere Synchronisierung
des Demultiplexers nach der (o. a: Dissertation aus dem
Jahre 1966, TH München) Beziehung
°=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;als im Falle des vom CCITT bisher angenommenen Impulsrahmens
für das Multiplexsystem der dritten Stufe der digitalen
Hierarchie. In der angeführten Beziehung sind mit T K die
Zeitdauer für einen Kurzrahmen, mit b K die Anzahl der Bits
je Kurzrahmen und mit n die Anzahl der zur Synchronisierung
verwendeten Bits bezeichnet. In der Rahmenstruktur nach
der Erfindung lautet die Beziehung für die mittlere
Synchronisierzeit, wenn mit zwei zulässigen
Synchronisiermustern gearbeitet wird:
°=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;