Jusqu’à la fin des années 50, le système téléphonique était presque entièrement constitué de lignes de transmission analogiques. Les lignes interurbaines reliant des centraux acheminaient simultanément plusieurs canaux téléphoniques en utilisant le multiplexage par répartition en fréquence (FDM). Cela impliquait l’utilisation de modulateurs, de démodulateurs et de filtres coûteux pour chaque canal vocal, et les pressions commerciales rendaient nécessaire la mise au point d’équipements d’échange plus rentables. La numérisation d’un canal vocal analogique en un canal numérique à 64 kbps (désigné comme niveau de signalisation numérique zéro ou simplement DS0) au moyen de la modulation par impulsions codées (PCM) a permis d’utiliser le multiplexage par répartition dans le temps (TDM) pour multiplexer un une ligne principale connue sous le nom de transporteur T en Amérique du Nord et au Japon (l’équivalent européen utilisé dans la plupart des pays du monde s’appelle un transporteur électronique). Les lignes T1 étaient à l’origine des câbles en cuivre ou des câbles coaxiaux à quatre paires, mais ils ont été largement remplacés par des fibres optiques.

La porteuse T1 transportait à l’origine 24 canaux téléphoniques numériques, chacun avec un débit de 64 kbps. Chaque trame TDM sur la ligne T1 transportait 24 octets de données vocales (8 bits par canal vocal) plus un bit de trame unique pour faciliter la synchronisation et le démultiplexage par le récepteur. Étant donné que chaque octet de données représente un échantillon de voix de 125 µs, la fréquence de trame requise était de 8 000 images par seconde. Le débit total pour une ligne T1 est donc de 8 000 x ((24 x 8) + 1) = 1 544 000 bits par seconde (1,544 Mbps) et est désigné par le niveau de signalisation numérique 1 ou DS1. Le système de transporteur électronique mis au point par la Conférence européenne des administrations des postes et des télécommunications (CEPT) a tiré parti des enseignements tirés du développement de la technologie de transporteur en T, affinant et améliorant le système précédent. Comme le DS0, le canal vocal de base E0 a un débit de 64 kbps. Un opérateur E1, cependant, a un total de 32 intervalles de temps par image. Chaque intervalle de temps ne contient que 8 bits (c’est-à-dire un intervalle de temps par canal de 8 bits), ce qui correspond à un débit total de 8 000 x 32 x 8 = 2 048 000 bits par seconde (2,048 Mbps). Un intervalle de temps (TS0) est réservé à la mise en trame, tandis qu’un deuxième intervalle de temps (TS16) peut être utilisé à des fins de signalisation (c’est-à-dire pour contrôler l’établissement et la terminaison d’appel).

Le format de trame T1 (FB = bit de trame)
The E1 frame format (timeslots 1-15 and 17-31 are used for data) Le format de trame E1 (les intervalles de temps 1-15 et 17-31 sont utilisés pour les données)

Les porteuses T1 et E1 constituent le premier niveau de multiplexage dans la hiérarchie numérique plésiochrone (PDH). Quatre porteuses de premier niveau sont multiplexées ensemble pour créer une porteuse de deuxième niveau de plus grande capacité. Chaque niveau ultérieur de cette hiérarchie numérique multiplexe quatre porteuses ou plus à partir du niveau inférieur (la seule exception est le niveau intermédiaire DS1C entre DS1 et DS2 dans le système nord-américain). Les débits binaires de chaque niveau des hiérarchies numériques plésiochrones nord-américaine, européenne et japonaise sont indiqués dans le tableau ci-dessous.

Niveaux PDH et débits binaires

La hiérarchie européenne augmente le nombre de canaux d’un facteur quatre à chaque niveau supérieur, mais si vous examinez les débits binaires bruts pour chaque niveau, vous remarquerez qu’il est en réalité nettement supérieur à quatre fois le débit binaire du niveau inférieur. . En effet, un certain surcoût supplémentaire est requis pour garantir la réussite du multiplexage et du démultiplexage. La nature plésiochrone de la hiérarchie (du grec plesio qui signifie sens proche et chronos qui signifie heure) signifie qu’il n’est pas garanti que les flux de bits provenant de sources différentes ont exactement la même synchronisation, même si le débit nominal est le même. Cela est dû au fait que chaque équipement de central utilise sa propre horloge interne à des fins de chronométrage. Bien que ces horloges soient extrêmement précises, elles ne sont pas synchronisées et il y aura suffisamment de différences dans les débits binaires réels des affluents alimentant un niveau de multiplexage donné, ce qui nécessitera un surcoût supplémentaire afin de fournir la synchronisation nécessaire.

La hiérarchie des multiplexeurs pour la version européenne de PDH

Supposons (aux fins de la présente discussion) que le multiplexeur multiplexe quatre flux de données entrants sur une seule porteuse. Le débit de données nominal de l’opérateur est quatre fois supérieur à celui de ses quatre affluents, bien que le débit de données total de sa sortie soit légèrement supérieur à quatre fois le débit de données nominal des affluents afin de lui permettre de gérer les flux entrants. les signaux susceptibles d’être exécutés à la limite supérieure de la variance autorisée du débit Le multiplexeur prend un bit de chaque flux de données entrant à son tour pour une transmission ultérieure (processus appelé entrelacement de bits). Le multiplexeur suppose initialement que chaque flux de données tributaire s’exécute au débit maximum autorisé, puis recherche le bit suivant dans un flux de données particulier au moment opportun. De temps en temps (à moins que tous les flux de données entrants ne fonctionnent effectivement exactement à la vitesse maximale autorisée, ce qui est hautement improbable), le multiplexeur recherchera un bit entrant qui n’est pas encore arrivé. Si cela se produit, un bit de bourrage (ou de justification) est ajouté au flux de données multiplexé à la place du bit de données réel afin de maintenir le débit binaire sortant. Des bits supplémentaires sont utilisés pour indiquer au multiplexeur / démultiplexeur récepteur si des bits de bourrage ont été ajoutés à chaque trame et, le cas échéant, quels bits sont les bits de bourrage. Ces bits de bourrage, ainsi que les bits supplémentaires nécessaires pour les identifier chez le récepteur, constituent la surcharge de débit pour chaque niveau de la hiérarchie.

Afin que les flux de données provenant de différents échanges ne soient pas autorisés à trop s’écarter en termes de synchronisation, les horloges des échanges sont synchronisées en utilisant l’une des deux stratégies de synchronisation possibles. Dans une synchronisation mutuelle, chaque horloge d’échange peut dériver dans une certaine tolérance, mais les horloges sont interconnectées et la fréquence moyenne de toutes les horloges constitue un repère auquel toutes les horloges s’ajustent périodiquement. La fréquence moyenne elle-même est maintenue dans les tolérances spécifiées, en référence à une horloge de référence primaire (PRC) conforme à la spécification ITU-T G.811. La deuxième stratégie qui peut être utilisée est appelée synchronisation maître-esclave, dans laquelle chaque horloge d’échange à un niveau de synchronisation donné est synchronisée sur l’horloge d’échange au niveau immédiatement supérieur. L’horloge d’échange du niveau le plus élevé est synchronisée sur une horloge maîtresse qui fournit des informations de synchronisation pour l’ensemble du réseau.

L’utilisation d’entrelacement de bits et la présence de bits de bourrage dans le flux de données multiplexé signifient qu’il est pratiquement impossible d’extraire des données appartenant à un canal ou à un affluent individuel sans dé-multiplexer le flux de données de haut niveau jusqu’au niveau requis. Pour extraire un seul canal à 64 kbps d’une ligne réseau à 565,148 Mbps, il est nécessaire de disposer de la hiérarchie complète des démultiplexeurs, comme indiqué dans l’illustration ci-dessous. Le même principe s’applique à l’insertion d’un canal ou d’un affluent dans un flux de données multiplexé.

La hiérarchie de multiplexeur complet doit être utilisée pour supprimer ou ajouter un canal à 64 kbps

PDH prenait peu de dispositions pour la gestion du réseau et la nécessité de démultiplexer complètement une porteuse de haut niveau pour extraire un signal de niveau inférieur signifiait que l’augmentation de la capacité des réseaux PDH au-delà d’un certain point n’était pas économiquement viable. Le principal facteur économique était le coût des équipements requis à chaque point d’interconnexion au sein du réseau où des canaux individuels ou des flux de données multiplexés de bas niveau pourraient devoir être extraits ou ajoutés. Cela a également ajouté une latence supplémentaire et augmenté le risque d’erreurs, réduisant ainsi la fiabilité du réseau. La situation était encore compliquée par le fait qu’une grande partie des lignes de transmission de niveau inférieur étaient toujours à base de cuivre, ce qui obligeait à utiliser un équipement de terminaison de ligne optique (OLTE) pour assurer la liaison entre les parties du réseau à base de cuivre et de ceux basés sur la fibre optique. L’absence de normalisation, tant entre les réseaux PDH opérant dans différentes régions du monde qu’entre les fabricants d’équipement concurrents, a gravement entravé l’interopérabilité et a nécessité l’utilisation d’équipements de conversion coûteux entre réseaux opérant en Europe, en Amérique du Nord et au Japon. La demande croissante en bande passante réseau a pratiquement dicté l’utilisation de technologies optiques synchrones, à la fois normalisées et évolutives, et a conduit au développement du réseau optique synchrone (SONET) en Amérique du Nord et de la hiérarchie numérique synchrone en Europe et ailleurs. le monde.

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