Plesiochrone Digitale Hiërarchie
Plesiochrone Digitale Hiërarchie (PDH) is een techniek om digitale signalen te multiplexen en op deze manier te versturen over een coax of glasvezel. PDH is met name geschikt om de transport capaciteit van glasvezel zo optimaal mogelijk te benutten. De term plesiochrone komt van het Griekse plesio (nabij) en chronos (tijd); m.a.w. een PDH-netwerk is een bijna synchroon netwerk.
Inhoud |
[bewerk] Geschiedenis
In eerste instantie werd PDH gebruikt voor de verbindingen tussen digitale Telefooncentrales. De Transport-capaciteit groeide hierbij van 2 Mbit/s via 8 Mbit/s en 34 Mbit/s naar 140 Mbit/s. Dit leidde tot de vorming van een Universeel transportnet waarmee niet alleen telefonie, maar ook datacommunicatie en digitale video signalen getransporteerd konden worden.
PDH werd daarnaast ook gebruikt om klanten op dit digitale transportnet aan te sluiten. De telefonie structuur van de eerste PDH systemen werd nu niet meer gebruikt. Dit zijn zogenaamde transparante signalen volgens G703 in tegenstelling tot de zogenaamde geframde signalen die voor telefonie worden gebruikt (G703/G704).
Problemen met jitter en wander die bij een niet goed gesynchroniseerd SDH netwerk kunnen optreden zijn bij PDH onbekend.
Transmissie technisch is er niets mis met PDH.
[bewerk] Plesiochrone Digitale Hiërarchie
Plesiochrone Digitale Hiërarchie betekent zoveel als “niet helemaal synchrone digitale rangorde.” PDH stond vroeger bekend als PCM, puls code modulatie. Dit is een manier om spraak/analoge telefonie signalen digitaal te coderen.
[bewerk] Digitalisatie van een telefonie signaal
Dit gebeurt in de volgende drie stappen :
Bemonsteren, Kwantificeren en Coderen.
Indien een spraak signaal met de bandbreedte van 3,1 kHz wordt bemonsterd met een frequentie van 8 kHz en gecodeerd wordt met 8 bits krijgt men een digitaal signaal met een snelheid van 64 kbit. Dit is de basis van PDH. PCM is in eerste instantie ontwikkeld als transmissiemiddel. Digitale signalen konden zo over eenvoudig worden samengevoegd en over een coaxkabel (later glasvezel) worden verstuurd.
Het alternatief was meerdere analoge verbindingen in frequentie multiplexen. Dit leverde veel hoogfrequente verstoringen op; bij het op/ontstapelen en het transport.
Het grote voordeel van digitale signalen is en blijft; dat de ontvanger analoge verstoringen eenvoudig weer ongedaan kan maken. Digitale signalen kennen twee toestanden: nul en één. Alles wat zich daar tussen bevindt is verstoring.
[bewerk] 2 MBit/s (E1)
Het 2 Mbit/s signaal of een E1 signaal ontstaat door 30 telefonie kanalen samen met een synchronisatie kanaal en een signalering kanaal te voegen.
32 x 64 kbit/s levert 2048 kbit/s op. Het samenvoegen van deze kanalen vindt plaats in de zogenaamde primaire multiplexer. Dit is een zogenaamde statische multiplexer: voor alle kanalen is altijd evenveel capaciteit gereserveerd. Indien een tijdslot niet wordt gebruikt is het wel aanwezig maar leeg.
In bovenstaande figuur is het oer 2 Mbit/s frame getekend:
32 tijdsloten vormen samen een frame. 16 frames vormen samen een multiframe. Tijdslot 0 bevat in even frames het zogenaamde FAS woord (Frame Aligement Synchronisation) en in oneven frames het zogenaamde Non FAS woord. De bits 2 tot 8 van het FAS woord en bit 2 van het NFAS woord zorgen voor de synchronisatie. Bit 3 van het Non FAS wordt gebruikt voor het doorgeven van het Remote Alarm Indication Alarm. Dit signaal wordt verstuurd in dien een AIS alarm wordt ontvangen. De toepassing van de Service bits in het Non FAS hangt al van de applicatie. Het is bijvoorbeeld mogelijk om het beheer van randapparatuur via deze Service bits te regelen. Bijvoorbeeld in het geval van een ISDN 30 aansluiting kunnen deze service bits gebruikt worden om vanuit de Infrastructuur centrale (de ET functie) de transmissie apparatuur (de NT Functie) bij de klant in lus te zetten en zo te testen. Hiervoor wordt het S4 bit gebruikt om een M(aintence) kanaal te creëren.
[bewerk] CAS Multiframe
De signalering bevindt zich in tijdslot 16. Het Frame dankt hier zijn naam aan, CAS Multiframe, of ook wel PCM 30. CAS staat voor Channel Associated Signalling. De signalering is net als de multiplexing statisch verdeeld. Elk tijdslot krijgt even veel, ook al is het tijdslot helemaal niet in gebruik, of staat een verbinding via een tijdslot al. De verdeling van de ruimte is in de tekening weergegeven. Het eerste frame van het multiframe bevat de zogenaamde Multiframe Synchronisatie. Hier kan via Bit 6, het multiframe synchronisatie alarm worden verstuurd. In de volgende frames vinden we in Tijdslot 16 de signalering bits van telkens twee tijdsloten, te beginnen met tijdslot 1 en tijdslot 17. Voor elk tijdslot zijn voor de signalering slechts 4 bits beschikbaar. De acht bits van tijdslot 16 worden telkens gebruikt voor de signalering van twee tijdsloten. Internationaal is dit gestandaardiseerd in de vorm van de R 2 signalering.
Nederland had hier een eigen variant op: ALS 70 D. Abonnee Lijn Signalering, ontwikkeld in 1969, door PTT Telecommunicatie. De D staat voor Digitaal, want er is ook nog een Analoge versie. Van de vier bits die gebruikt kunnen worden voor een bepaald tijdslot, zijn C en D in ALS 70 standaard resp. 0 en 1. Er blijven dus slecht twee bits over, het A en het B bit. De signalering mogelijkheden van ALS 70 zijn groter dan men denkt maar beperkter als men zou wensen.
[bewerk] ALS 70
Werd een 2 Mbit/s in eerste instantie gebruikt voor het koppelen van twee Openbare telefooncentrales, gaande weg kwamen er gebruikers die een digitale koppeling wensten tussen hun bedrijfs centrale en het openbare net of een digitale verbinding wensten voor het uitwisselen van Computergegevens. ALS 70 bleek voor de eerste groep gebruikers prima te voldoen (nog wel), maar het is natuurlijk onzin om signalering mee te sturen op een vaste verbinding. Hierdoor ontstond een nieuwe type 2 Mbit/s verbinding, zonder de CAS signalering, waardoor tijdslot 16 gebruikt kon worden voor dataverkeer. Dit zijn vaste verbindingen volgens G703/G704. Andere gebruikers wensten, zelfs helemaal geen framestructuur volgens G704 meer. Deze framestructuur dwong hen immers data aan te bieden in een vorm die overeen kwam met die van telefonie verkeer.
Soms had de data die de klanten wensten te verzenden een andere of zelfs helemaal geen structuur. Deze klanten kregen een zogenaamde transparante verbinding, volgens G703 waarbij alleen de elektrische en fysieke eigenschapen van het koppelvlak vastlagen. Andere klanten wilden voor de koppeling van hun bedrijfscentrale een afwijkende frame structuur gebruiken. Zoals hierboven al verteld is het mogelijk om spraak te comprimeren tot 32 kbit/s. Ook hiervoor heeft de ITU/CCITT een aanbeveling geschreven: G722. Via een 2 Mbit/s kunnen 60 telefoongesprekken verstuurt worden. Vast gelegd in G761. Of 30 telefoongesprekken en 1 Mbit/s aan computerdata.
Kenmerkend voor een 2 Mbit transparante verbinding is dat de synchronisatie via tijdslot nul vanuit de telefooncentrale of het netwerk ontbreekt. De klant zorgt hierbij zelf voor synchronisatie waarbij de ontvanger zich door middel van klokextractie op de data van de zender synchroniseert.
[bewerk] T1
Het zou natuurlijk te gemakkelijk zijn indien iedereen op dezelfde manier zou werken, vandaar dat men in Noord-Amerika en Japan een andere PCM structuur gebruikt. Dit is de zogenaamde T1 tegenover de Europese E1. Om het gemakkelijk te maken verschilt het Amerikaans frame duidelijk van het Europese. Toch zijn beide in G704 gestandaardiseerd.
De Amerikaanse Framestructuur bestaat uit een multiframestructuur van 24 of 12 frames. Hier zal het 12 frame multiframe worden besproken. Elk frame bestaat uit 24 tijdsloten van 8 bits, waarbij de bemonsterings frequentie weer 8000 Hz bedraagt. Elke frame bestaat dus uit 24 x 8 bits = 192 bits. Voor elk frame wordt een zogenaamd opcodebit geplaatst. Dit heeft 2 functies, het F bit zorgt voor de framesychronisatie. Het S bit zorgt voor de multiframesychronisatie. De signalering van elk tijdslot wordt overgestuurd in het 8 bit van elk tijd in resp. het 6 en 12 frame. Hierbij wordt met de zogenaamde four state signalering gewerkt. Het a bit bevindt zich in frame 6 en het b bit in frame 12.
(192 databits + opcode bit) x 8000 = 1544 kbit/s
Duidelijk zal zijn dat het Amerikaans systeem en het Europese voor zo wel de snelheden als de opbouw niet met elkaar overeen komen. Daarbij komt nog dat Europa kwantificeert volgens G711 Alaw en Amerika volgens G711 Mulaw.
[bewerk] 8 Mbit/s
30 Telefonie kanalen via 1 Coax kabel was gezien de bandbreedte van Coax/glas al gauw onvoldoende, men begon 4 2 Mbit/s verbindingen te multiplexen tot een zogenaamde 8 Mbit/s (in feite 8,448 Mbit/s). De multiplexer waarin dit plaats vindt noemt men een zogenaamde secundaire multiplexer. Kenmerkend is: de afgaande 8,448 Mbit/s heeft een hogere snelheid dan de vier inkomende 2,048 Mbit/s signalen. Reken maar na. Nu komt de essentie van PDH naar voren. De vier 2 Mbit/s signalen zijn niet synchroon ten opzichte van elkaar maar hebben een band van +/- 50 eenheden per miljoen waarin zij mogen afwijken ten opzichte van 2048 kbit/s. In de opbouw van het 8 Mbit/s frame zijn zogenaamde jusitification bits opgenomen die de snelheid variaties van de 2 Mbit/s stromen kunnen opvangen.
Deze 8 Mbit/s structuur staat beschreven in de G741 aanbevelingen van de CCITT/ITU Second Order Digtal Multiplex Equipement.
Per tribitutary staan in een 8 Mbit/s frame 205 bits ter beschikking. Per tribitutary staat daarnaast 1 bit per beschikking voor pos justificatie. Met behulp van de justification control bits kan de ontvanger bepalen hoe een justification bit gebruikt wordt. Zijn alle drie de justification control bits Cj1 1 vindt positieve justification plaats, dat wil zeggen dat het bit dat voor justification gebruikt kan worden geen data bevat maar een justification bit is. Zijn alle drie de justification bits 0, vindt geen justification plaats. Het bit dat gebruikt kan worden voor justification bevat dan een data bit en geen justification bit.
De tribitutary’s worden bit voor bit gemultipexed. Dat betekent dat de 64 kbit/s tijdsloten van de afzonderlijke 2 Mbit/s stromen niet meer terug te vinden zijn in het 8 Mbit/s raster. Sterker nog omdat: een 2 Mbit/s frame 256 bits bevat is een 2 Mbit/s frame altijd verspreid over twee 8 Mbit/s frames. Om een 64 kbit/s tijdslot terug te vinden moet het 8 Mbit/s frame eerst gedemultiplexed worden.
Omdat de CCITT toch aan het standaardiseren was heeft men meteen 8 Mbit/s frame structuur met positieve en negatieve justification vastgelegd (In G745). Deze structuur wijkt op belangrijke punten af van de hierboven beschreven structuur, zie onderstaande tekening:
[bewerk] 34 Mbit/s
Vier 8,448 Mbit/s stromen samen gevoegd worden tot een 34.368 kbit/s frame. De opbouw van een 34 Mbit/s frame en de toegepaste principes zijn identiek aan de opbouw van het 8 Mbit/s frame. Het 8 Mbit/s signaal heeft weer een bepaalde band, 30 Parts pro miljoen, waarin het mag afwijken ten opzicht van 8,448 Mbit/s. Het 34.368 kbit/s signaal bevat weer justification bits waarmee deze snelheid afwijkingen worden gecompenseerd.
Ook voor het 34 Mbit frame zijn door de CCITT/ITU weer twee frame structuren gedefinieerd: met positieve en negatieve justification (G753) en met alleen positieve justification (G751). Op dezelfde manier kan men vier 34 Mbit/s stromen samen voegen tot 140 Mbit/s en vier 140 Mbit/s stromen tot 565 Mbit/s (niet gestandaardiseerd).
[bewerk] Digitale Hiërarchie Level
| Regio | Amerika | Japan | Europa |
| tijdslot | 64k | 64k | 64k |
| eerste orde | 1544k (24x) | 1544k (24x) | 2048k (32x) |
| tweede orde | 6312k (4x) | 6312k (4x) | 8448k (4x) |
| derde orde | 32.064k (5x) | 44.736k (7x) | 34.368k (4x) |
| vierde orde | 97.728k (3x) | 139.264k (3x) | 139.264k (4x) |
In de bovenstaande tabel uit het CCITT document G702 staan de Amerikaanse en Europese PDH bitrate naast elkaar. Door de CCITT is nog wel geprobeerd om samenwerking tussen de Amerikaanse en Europese snelheden mogelijk te maken: zie de snelheid van 140 Mbit waar drie 45 Mbit stromen in passen (G755). Zo is er ook een standaard voor het multiplexen van drie 2 Mbit/s stromen in een 6 Mbit/s (G747).
[bewerk] Nadelen PDH
Maar uit eindelijk bleken de nadelen van PDH te zwaar te wegen:
- het niet compatible zijn van de verschillende systemen
- het ontbreken van goede netwerk management faciliteiten
- de onmogelijkheid om b.v. een 2 Mbit/s uit een 140 Mbit/s te kunnen “scheiden” zonder de 140 Mbit/s eerst terug te kunnen multiplexen naar 8 Mbit/s.
- Het snel om routeren van verbindingen is met PDH niet mogelijk.
De toepassingen van PDH verschuiven van transmissiemiddel in een transport netwerk naar gestandaardiseerd interface met de klant apparatuur. Als voor beeld kan hierbij gedacht worden aan ISDN 30 verbindingen.
Een netwerk op basis van SDH techniek blijkt een veel beter te beheren netwerk op te leveren. Dat leidt tot kortere levertijden, een snellere storingoplossing. Etc.
