-
Überrahmenstopftechnik für den Bittaktausgleich mehrerer asyn-
-
chroner Datenströme für die Zeitmultiplex-Übertragung Die Übertragungsraten
digitaler Nachrichtenströme in öffentlichen Netzen sind in mehrere Hierarchiestufen
eingeteilt: 1. Basis-Rahmen 2048 Kbit/s + 50 x 10-6 2. Hierarchiestufe 8448 Kbit/s
+ 30 x 10 6 3. Hierarchiestufe 34368 Kbit/s + 20 x 10-6 4. Hierarchiestufe 139264
Kbit/s + 15 x 10-6 Vorschlag für 5. Hierarchiestufe 565 Mbit/s + ........
-
Von der 2. Hierarchiestufe an aufwärts werden im Regelfall jeweils
4 Datenströme der nächst niederen Stufe nach einem festgelegten Schema zeitlich
verschachtelt (Zeit-MULTIPLEX).
-
Die Verschachtelung geschieht in Blöcken vorgegebener Länge.
-
Das Auffinden der in gleichen Zeit- bzw. Bitabständen wiederkehrenden
Blöcke (Impulsrahmen) erfolgt mittels der sogenannten Blocksynchronisation. Jeweils
zu Beginn des Blockes wird eine festgelegte Bitfolge gesendet, die am Empfangsort
den Blockanfang wiederfinden läßt, sie dient somit der Rahmensynchronisation und
wird Synchronwort genannt. Es ist ein Teil des Rahmenkennungsworts, dessen weitere
bits Servicezwecken dienen.
-
Die für öffentliche Netze geltenden CCITT-Empfehlungen sehen für die
1. bis 4. Hierarchiestufe vor: Hier.-Stufe Zahl der Zahl der Rahmenwieder-Fe-Kan.
CCITT-Epfig. Rahmenlg. Synchr.-bits holfrequenz (KHz) 1. 30 G 732 256 Bit 7 8,0
2. 120 G 742 848 Bit 10 9,962 3. 480 G 751 1536 Bit 10 22,375 4. 1920 G 751 2928
Bit 12 47, 562
Zwischen der Blocklänge, der mittleren Synchronisierzeit
bei der gewählten Anzahl Synchronisierbits sowie dem Anteil an Nachrichtenübertragungskapazität
für die Synchronisation bestehen unmittelbare Zusammenhänge. Diese sind in Abb.
1 am Beispiel der 4. Hierarchiestufe wiedergebeben (s.d.). Daraus kann ersehen werden:
Je länger der Block, desto länger die mittlere Synchronisierzeit jedoch desto kleiner
der Bedarf an Nachrichtenübertragungskapazität für die Synchronisation.
-
Der erforderliche Bittaktausgleich der jeweils vier asynchronen Datenströme
erfolgt durch die sogenannte Stopftechnik. Mindestens 4 zusätzliche Bits je Datenstrom
und Block sind hierfür erforderlich. Ein Bit dient je nach Bedarf zum Ausgleich
der Taktgeschwindigket als Nachrichtenbit oder als Stopfbit ohne Nachrichteninhalt.
Um auf der Empfangsseite mit hoher Sicherheit erkennen zu können, ob dieses Taktausgleichbit
ein echtes Nachrichtenbit oder ein aus dem Nachrichtenstrom auszuscheidendes Bit
ist, werden 3 Bits zur Kennzeichnung dieses Ausgleichsbits benutzt. 3 x L bedeuten
Nachrichtenbit und 3 x 0 bedeuten Stopfbit. Bei Auftreten eines Bit-Fehlers bei
den Kennzeichnungsbits (Stopfvorbereitungsbits) entscheidet die Mehrheit von zwei
Bit. Eine noch höhere Kennzeichnungssicherheit wird mit 5 Stopfvorbereitungsbits
erreicht. Die geschilderte Taktausgleichtechnik hat sich bwährt. Bei vier Untereinheiten
werden für die 4 x 3 Stopfvorbereitungsbits insgesamt 4 %0 der Nachrichtenübertragungskapazität
benötigt (Beispiel Abb. 2). Dieser Anteil ist ansich unerheblich. Aber es summieren
sich bis zur 4. Hierarchiestufe durch das mehrfache Mulitplexen von der 1. Stufe
bis zur 4. Stufe der Anteil an Rahmenkennworten und Stopfvorbereitungsbits, so daß
insgesamt etwa 12 % der Nachrichtenübertragungskapazität für diese Organisationszwecke
benötigt wird, und das läßt auch andere Lösungen verfolgen. So erschienen in den
letzten Jahren wiederholt Veröffentlichungen, die für
die festgelegten
Ubertragungsraten andere Belegungen der Rahmen vorschlugen. Insbesondere liegen
den Vorschlägen Aufgabenstellungen zugrunde, die Bewegtbildübertragungen mit der
Übertragung von Fernsprechkanälen kombinieren. Man stößt sehr schnell an die Grenze
der Übertragungskapazität der Rahmen gemäß CCITT-Empfehlungen. Die Wahl eines längeren
Rahmens läßt einige dieser Aufgaben lösen. Ein Abweichen der Rahmenlänge von den
CCITT-Empfehlungen ist aus Servicegründen und längere Rahmen sind wegen der längeren
Synchronisierzeit nicht sinnvoll. Besonders schwierig wird es aber, wenn z. B. Bewegtbildübertragung
mit der Übertragung von hochwertigen Tonkanälen von Faksimile-, Daten- und Fernsprechkanälen
in der 4. Hierarchiestufe (139 Mbit/s) kombiniert werden sollen, denn hochwertige
Bewegtbildübertragung benötigt bereits praktisch die gesamte Übertragungskapazität.
Wenn alle Datenströme asynchron sind und für jeden 3 Stopfvorbereitungsbits benötigt
werden, sind die Möglichkeiten der Multiplexbildung erheblich eingeschränkt. Es
besteht somit der Wunsch, die Impulsrahmen noch rationeller zu belegen und vor allem
die für den Bitratenausgleich (Stopftechnik) einer größeren Zahl asynchroner Datenströme
benötigte Nachrichtenübertragungskapazität zu reduzieren.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem in den Impulsrahmen
jeweils nur die minimal benötigte bit-Zahl für den zu übertragenden Datenstrom der
betreffenden Untereinheit (Datentakt/Rahmenwiederholfrequenz) vorgesehen wird (im
allgemeinen keine ganze Zahl) und ein aus mehreren Rahmen bestehender Überrahmen
gebildet wird, indem sich für die Übertragung des Datenstroms der betreffenden Untereinheit
nicht benötigte bits ergeben, die im Überrahmen für die übliche und bewährte Stopfausgleichtechnik
herangezogen werden. Sollten darüber hinaus nicht benötigte bits vorhanden sein,
so sind das Leerbits ohne Funktion. Im Überrahmen werden midestens 3 Stopfvorbereitungsbits
und ein Stopfausführungsbit benötigt' und es ist die maximale
Abweichung
der Datentakte vom Sollwert zu berücksichtigen, so ergibt sich bei Vernachlässigung
der Toleranz des Rahmentaktes (kleiner + 1 x 10 6) folgende benötigte Zahl an bits
im Impulsrahmen: bs = INT bR + 1 für Z1 = (INT(bR)+l-bR*t)* kü>3 wenn Z1 <
3 dann bR* INT bR + 2 Zahl der Stopfausführungsbits ist im Normalfall eins, doch
wenn Z2 = bR/t/INT bR< 1 und auch wenn Z3 = (INT bR+l-bR/t)* kü u nahe einer
ganzen Zahl sind 2 Stopfausführungsbits vorzusehen.
-
wobei bR* = benötigte bits je Rahmen bR = Datenrate/Rahmenfrequenz
t = 1 + ABS < ) A = maximale Abweichung kü = Zahl der Rahmen je Überrahmen In
Abb. 2 ist das Prinzip der Überrahmenstopftechnik an einem Beispiel erläutert (s.d.):
Der zu übertragende Datenstrom von 160 Kbit/s mit bR = 3,36 bit/Rahmen bR* = 4 bit/Rahmen
kü = 8 Rahmen/Überrahmen
In den einzelnen Rahmen stehen je 4 bit
zur Verfügung. Es sind jeweils 3 bits als Nachrichtenbit vorgesehen und das vierte
bit ist im Überrahmen zweimal Nachrichtenbit, fünfmal Stopfvorbereitungsbit und
einmal Stopfausführungsbit. Ein Leerbit ergibt sich in diesem Beispiel nicht.
-
Die Zahl der Rahmen, die zu einem Überrahmen zusammengefaßt werden,
sollten allgemein für alle in der Überrahmenstopftechnik auszugleichenden Untereinheiten
eines Multiplexers gleich sein.
-
Sie muß mindestens vier betragen. Die Kennzeichnung der Rahmenfolge
im Überrahmen erfolgt durch ein Überrahmensynchronbit, das in der Spur eines im
Rahmen festgelegten bits den jeweils ersten Rahmen eines Überrahmens für die Empfangsseite
kennzeichnet. Sollten sich für die unterschiedlichen Datenströme unterschiedliche
Rahmenzahlen für die Überrahmenzahlenbildung empfehlen, dann sind vorteilhaft auch
mehrere Überrahmensynchronbits vorzusehen. Es können auch in einer bit-Spur mehrere
Überrahmenfolgen markiert werden. Das ist besonders einfach bei Überrahmenzahlen,
die Vielfache zueinander bilden. Es kann auch sinnvoll sein, um die Zahl der Rahmen,
die einen Überrahmen bilden bis auf 2 zu reduzieren, daß b* um 1 oder auch um 2
erhöht wird.
-
R Bei hohen Bitraten wird dadurch die Überrahmenwiederholfrequenz
brAe4f , wodurch der durch den Bittaktausgleich entstehende jitter reduziert werden
kann.