Введение
Система цифровой передачи мультиплексированных телефонных вызовов. T-карьер (T-carrier) является частью серии систем передачи, разработанных AT&T Bell Laboratories для цифровой передачи мультиплексированных телефонных вызовов. Первая версия, Система передачи 1 (T1), была представлена в 1962 году в системе Bell и могла одновременно передавать до 24 телефонных вызовов по одной линии передачи из медного провода. Последующие спецификации предусматривали кратные базовой скорости передачи данных T1 (1,544 Мбит/с), такие как T2 (6,312 Мбит/с) с 96 каналами, T3 (44,736 Мбит/с) с 672 каналами и другие. Хотя T2 был определен как часть системы T-карьер от AT&T, которая включала пять уровней от T1 до T5, обычно использовались только T1 и T3. DS 1 – это коммуникационный протокол для мультиплексирования битовых потоков до 24 телефонных вызовов, а также двух специальных битов: бита кадрирования (для синхронизации кадров) и бита сигнализации обслуживания. Максимальная скорость передачи данных T1 составляет 1,544 мегабита в секунду. За пределами Соединенных Штатов, Канады, Японии и Южной Кореи используется система E-карьер (E-carrier). E-карьер – это аналогичная система передачи с большей пропускной способностью, которая не обладает прямой совместимостью с T-карьером.
Наследие
Существующие системы мультиплексирования с частотным разделением каналов хорошо работали для соединений между удаленными городами, но требовали дорогих модуляторов, демодуляторов и фильтров для каждого голосового канала. В конце 1950-х годов Bell Labs искала более дешевое оконечное оборудование для соединений в пределах городских агломераций. Импульсно-кодовая модуляция позволила совместно использовать кодер и декодер между несколькими голосовыми трактами, поэтому этот метод был выбран для системы T1, внедренной для местного использования в 1961 году. В последующие десятилетия стоимость цифровой электроники снизилась настолько, что индивидуальный кодек на голосовой канал стал обычным явлением, но к тому времени другие преимущества цифровой передачи уже закрепились. Формат T1 передает 24 импульсно-кодовых модулированных сигнала речи, мультиплексированных по времени, каждый из которых кодируется потоками со скоростью 64 кбит/с, оставляя 8 кбит/с для информации о кадрах, что облегчает синхронизацию и демультиплексирование на приемной стороне. Каналы T2 и T3 несут несколько каналов T1, мультиплексированных вместе, что обеспечивает скорости передачи 6,312 и 44,736 Мбит/с соответственно. Линия T3 состоит из 28 линий T1, каждая из которых работает с общей скоростью передачи сигналов 1,544 Мбит/с. Возможно получение частичной линии T3, то есть линии T3 с отключенными некоторыми из 28 линий, что приводит к более низкой скорости передачи, но обычно при снижении стоимости. Предположительно, скорость 1,544 Мбит/с была выбрана, поскольку испытания AT&T Long Lines в Чикаго проводились под землей. Испытательный участок был типичным для оборудования Bell System того времени, в том числе для размещения уравнивающих катушек, кабельные камеры располагались физически на некотором расстоянии друг от друга, что определяло расстояние между повторителями. Оптимальная скорость передачи была выбрана эмпирически: пропускная способность увеличивалась до тех пор, пока частота отказов не становилась неприемлемой, а затем уменьшалась, чтобы обеспечить запас. Компрессия позволила достичь приемлемого качества звука, используя всего семь бит на образец PCM в этой оригинальной системе T1/D1. Более поздние банки каналов D3 и D4 имели расширенный формат кадра, позволяющий использовать восемь бит на образец, которые сокращались до семи на каждый шестой образец или кадр, когда один бит "забирался" для сигнализации состояния канала. Стандарт не допускает образец, состоящий только из нулей, что привело бы к длинной последовательности двоичных нулей и потере синхронизации битов повторителями. Однако при передаче данных (Switched 56) могут возникать длинные последовательности нулей, поэтому один бит на образец устанавливается в "1" (jam bit 7), оставляя 7 бит × 8000 кадров в секунду для данных. Более подробное понимание разработки скорости 1,544 Мбит/с и ее разделения на каналы приводится ниже. Учитывая, что номинальная полоса частот телефонной системы (включая защитную полосу) составляет 4000 Гц, требуемая частота цифровой дискретизации составляет 8000 Гц (см. частоту Найквиста). Поскольку каждый кадр T1 содержит 1 байт голосовых данных для каждого из 24 каналов, этой системе требуется 8000 кадров в секунду для поддержания этих 24 одновременных голосовых каналов. Поскольку каждый кадр T1 имеет длину 193 бита (24 канала × 8 бит на канал + 1 бит кадра = 193 бита), 8000 кадров в секунду умножаются на 193 бита, что дает скорость передачи 1,544 Мбит/с (8000 × 193 = 1 544 000). Первоначально в T1 использовалась альтернативная инверсия маркировки (AMI) для уменьшения полосы пропускания и устранения компонента постоянного тока сигнала. Позже B8ZS стала обычной практикой. Для AMI каждый импульс маркировки имел противоположную полярность предыдущего, а каждое пространство было на уровне нуля, в результате чего получался трехуровневый сигнал, который нес только двоичные данные. Аналогичные британские 23-канальные системы 1970-х годов со скоростью 1,536 мегабод были оснащены трехпозиционными ретрансляторами сигнала в ожидании использования кода 3B2T или 4B3T для увеличения количества голосовых каналов в будущем. Но в 1980-х годах системы были просто заменены на европейские стандарты. Американские Т-каналы могли работать только в режиме AMI или B8ZS. Сигнал AMI или B8ZS позволял проводить простое измерение частоты ошибок. Банк D в центральном офисе мог обнаружить бит с неправильной полярностью, или "нарушение биполярности", и подать сигнал тревоги. Более поздние системы могли подсчитывать количество нарушений и перекадровки и в ином случае измерять качество сигнала и обеспечивать более сложную систему сигнализации тревоги. Решение об использовании кадра из 193 бит было принято в 1958 году. Для обеспечения идентификации информационных битов в кадре рассматривались два варианта: (а) только один дополнительный бит или (б) восемь дополнительных битов на кадр. Выбор 8 бит более аккуратен, что приводит к кадру из 200 бит, двадцати пяти 8-битным каналам, из которых 24 предназначены для трафика, а один 8-битный канал доступен для операций, администрирования и обслуживания (OA&M). AT&T выбрала один бит на кадр не для уменьшения требуемой скорости передачи (1,544 против 1,6 Мбит/с), а потому что отдел маркетинга AT&T опасался, что "если 8 бит будут выбраны для функции OA&M, кто-то попытается продать это как голосовой канал, и в итоге ничего не останется". Вскоре после коммерческого успеха T1 в 1962 году команда инженеров T1 осознала ошибку, заключающуюся в наличии только одного бита для обслуживания растущего спроса на служебные функции. Они обратились к руководству AT&T с просьбой перейти на 8-битное кадрирование. Этот запрос был категорически отклонен, поскольку это сделало бы установленные системы устаревшими. С учетом этого опыта, через десять лет CEPT выбрала восемь битов для кадрирования европейского E1, хотя, как и опасались, дополнительный канал иногда используется для голоса или данных.
Носители с более высокой пропускной способностью
В 1970-х годах Bell Labs разработала системы с более высокой скоростью передачи данных. T1C, использующая более сложную схему модуляции, обеспечивала скорость 3 Мбит/с по кабелям сбалансированной пары, способным ее поддерживать. T2 обеспечивала скорость 6,312 Мбит/с и требовала специальный кабель с низкой ёмкостью и пенопластовой изоляцией. Это был стандарт для Picturephone. В T4 и T5 использовались коаксиальные кабели, аналогичные устаревшим L-кабелям, применявшимся в AT&T Long Lines. Микроволновые радиорелейные системы TD также оснащались высокоскоростными модемами, позволяющими передавать сигнал DS1 в части их FM-спектра, качество которого было недостаточно для голосовой связи. Впоследствии они стали передавать сигналы DS3 и DS4. В 1980-х годах компании, такие как RLH Industries, Inc., разработали передачу T1 по оптоволокну. Вскоре в отрасли появились и развились мультиплексированные схемы передачи T1.
Перекрестное соединение цифровой сигнальной сети
Сигналы DS1 обычно соединяются в центральных офисах в общей металлической точке переключения, известной как DSX 1. При передаче сигнала DS1 по металлическому внешнему кабелю, он проходит по обусловленным парам кабелей, называемым T1 span. На T1 span может быть подано до +130 Вольт постоянного тока на связанные четырехпроводные кабельные пары для питания линейных или "Span" повторителей сигнала и T1 NIU (T1 Smartjacks). Повторители T1 span обычно проектируются на расстоянии до 6000 футов (1829 м) друг от друга, в зависимости от калибра кабеля, и при затухании не более 36 дБ, прежде чем потребуется повторитель. Не допускаются кабельные ответвления или катушки индуктивности на каких-либо парах. Медные линии T1 заменяются оптическими системами передачи, но если используется медная (металлическая) линия, T1 обычно передается по кодированной линии HDSL. Четырехпроводная HDSL требует меньше повторителей, чем обычные T1 span. Новое двухпроводное оборудование HDSL (HDSL 2) передает полный сигнал 1,544 Мбит/с T1 по одной паре медных проводов на расстояние до приблизительно двенадцати тысяч (12 000) футов (3,5 км), если используется кабель 24 калибра. HDSL 2 не использует несколько повторителей, как обычная четырехпроводная HDSL или более новые системы HDSL 4. Одним из преимуществ HDSL является возможность работы с ограниченным количеством ответвлений, при этом ни одно из них не должно находиться ближе 500 футов (152 м) от любого HDSL-трансивера. Как двухпроводное, так и четырехпроводное оборудование HDSL передает и принимает сигналы по одной и той же паре кабельных проводов, в отличие от обычной услуги T1, которая использует отдельные пары кабелей для передачи и приема. Сигналы DS3 встречаются редко, за исключением помещений, где они используются для межсоединений и в качестве промежуточного этапа перед мультиплексированием в контур SONET. Это связано с тем, что контур T3 может проходить только около 600 футов (183 м) между повторителями. Клиент, заказавший DS3, обычно получает контур SONET, заведенный в здание, и мультиплексор, установленный в распределительном ящике. DS3 поставляется в привычном виде: два коаксиальных кабеля (один для передачи и один для приема) с разъемами BNC на концах.
Немного ограбления
Двенадцать кадров DS1 составляют единый суперкадр T1 (T1 SF). Каждый суперкадр T1 состоит из двух сигнальных кадров. Все каналы T1 DS0, использующие внутриполосную сигнализацию, будут иметь свой восьмой бит перезаписанным, или "отобранным" из полной полезной нагрузки DS0 со скоростью 64 кбит/с, либо логическим битом ZERO, либо ONE, для обозначения состояния или условия сигнализации цепи. Следовательно, сигнализация с отбором бита ограничит канал DS0 скоростью всего 56 кбит/с в течение двух из двенадцати кадров DS1, составляющих фрамированную цепь T1 SF. Фрамированные цепи T1 SF обеспечивают два независимых канала сигнализации (A и B). Фрамированные цепи T1 ESF обеспечивают четыре сигнальных кадра в расширенном формате кадра, состоящем из двадцати четырех кадров, что обеспечивает четыре независимых канала сигнализации (A, B, C и D). Каналы DS0 со скоростью 56 кбит/с, связанные с цифровыми службами передачи данных (DDS), обычно не используют восьмой бит DS0, как голосовые цепи, использующие внеполосную сигнализацию A&B. Исключением является Switched 56 кбит/с DDS. В DDS восьмой бит используется для идентификации запроса DTE на передачу (RTS). В Switched 56 DDS восьмой бит импульсируется (попеременно устанавливается в логический ZERO и ONE) для передачи информации об импульсной сигнализации двух состояний между SW56 DDS CSU/DSU и цифровым коммутатором на конце линии. Использование сигнализации с отбором бита в Америке значительно сократилось в результате внедрения системы сигнализации № 7 (SS7) на междугородных телефонных линиях. С SS7 полный канал DS0 со скоростью 64 кбит/с доступен для использования в соединении, и позволяет осуществлять вызовы данных ISDN со скоростью 64 кбит/с и 128 кбит/с через коммутируемую магистральную сеть, если поддерживающая T1 несущая структура имеет опцию B8ZS (Clear Channel Capable).
Цены на услуги перевозчика
Операторы устанавливают цены на линии DS1 различными способами. Однако в большинстве случаев они сводятся к двум простым компонентам: локальный цикл (стоимость, которую местный оператор связи взимает за передачу сигнала от центрального офиса конечного пользователя, также известного как CO, до точки присутствия, также известной как POP, оператора) и порт (стоимость доступа к телефонной сети или Интернету через сеть оператора). Обычно цена порта зависит от скорости доступа и уровня годовых обязательств, а стоимость цикла – от географического расположения. Чем дальше находятся CO и POP, тем выше стоимость цикла. Цена цикла включает в себя несколько составляющих, в том числе расчет протяженности (выполняемый в координатах V/H, а не в стандартных координатах GPS) и плату оператору связи. Каждая местная компания Bell – а именно Verizon, AT&T Inc. и Qwest – взимает с T-операторов разные тарифы за милю. Следовательно, расчет цены состоит из двух этапов: геопространственное картирование и определение местных тарифных планов. В то время как большинство операторов используют географическую модель ценообразования, описанную выше, некоторые конкурентные местные операторы связи (CLEC), такие как TelePacific, Integra Telecom, tw telecom, Windstream, Level 3 Communications и XO Communications, предлагают национальные тарифы. При такой модели ценообразования DS1 поставщик взимает одинаковую цену на всей обслуживаемой территории. Национальное ценообразование является следствием усиления конкуренции на рынке T-услуг и стандартизации продуктов T-связи. Поставщики, принявшие национальную стратегию ценообразования, могут сталкиваться с существенными колебаниями маржи, поскольку их поставщики, компании Bell (например, Verizon, AT&T Inc. и Qwest), придерживаются географической модели ценообразования, хотя и по оптовым ценам. Для голосовых линий DS1 расчет в основном тот же, за исключением того, что порт (необходимый для доступа в Интернет) заменяется LDU (также известным как использование междугородней связи). После определения цены цикла к общей сумме добавляются только платежи, связанные с голосовой связью. Иными словами, общая цена = цикл + LDU x количество использованных минут.