Skaitmeninio perdavimo atveju n:1 tipo multiplekseris formuoja vieną grupinę seką iš n skaitmeninių srautų. Grupinis srautas – tai pasikartojančios grupės, kurios sudarytos iš n vienodų blokų (bitų, baitų, keleto baitų), suformuotų viename kanaliniame intervale. Akivaizdu, kad multiplekseris turi užtikrinti perdavimo spartą lygią nv, v – vieno multipleksuojamo kanalo sparta.

Jeigu įėjimo signalas yra pagrindinio skaitmeninio kanalo (DS0) signalas, kurio sparta 64 kbitai/s, tai vienu n:1 multiplekseriu galima suformuoti n64 kbitų/s spartos srautus. D2 sistemai turime 2464 kbitai/s, o CEPT – 3064 kbitai/s. Jeigu n:1 multiplekseris yra pirmasis iš kaskadiškai sujungtų multiplekserių antro, trečio ir t.t. m:1, l:1, k:1 lygmens, tai galima suformuoti įvairius perdavimo spartų hierarchijų rinkinius arba tiesiog skaitmeninio perdavimo hierarchijas.

2.5.1. Pleziochroninės skaitmeninio perdavimo
hierarchijos schemos (PDH)

Apie 1980 metus buvo sukurtos trys tokios hierarchijos. Pirmoji jų JAV ir Kanadoje (DS1) su pirminio skaitmeninio kanalo sparta 1544 kbitai/s (kadangi n24, o sparta 64 kbitai/s). Duomenų perdavimas irgi vyksta ta pačia sparta. Antroji atsirado Japonijoje su ta pačia DS1 perdavimo sparta. Trečioji – Europoje ir Pietų Amerikoje su 2048 kbitai/s pirmine perdavimo sparta (n32, faktiškai n30, t.y. 30 informacinių kanalų po 64 kbitus/s ir 2 kanalai skirti signalizacijai bei valdymui irgi su 64 kbitų/s perdavimo sparta).

Pirmosios hierarchijos pagrindu su 1544 kbitais/s buvo suformuota tokia eilė: DS1-DS2-DS3-DS4 su 1544-6312-44736-274176 kbitai/s perdavimo sparta. Dažnai spartos pateikiamos apytikre eile: 1,5-6-45-274 Mbitai/s. Tas spartas atitinka tokie multipleksavimo koeficientai: n24, m4, l7, k6. Ši hierarchija perduoda 24, 96, 672, 4032 DS0 kanalus.

Kadangi visos trys hierarchijos vystėsi lygiagrečiai ir nepriklausomai, tai ITU-T darė žygius, kad jos būtų unifikuotos ir turėtų galimybę jas apjungti. Tam tikslui buvo sukurtas standartas [5], kuris:
1. Standartizavo tris pirmuosius pirmos hierarchijos lygmenis (DS1-DS2-DS3), keturis lygmenis antros hierarchijos (DS1-DS2-DSJ3-DSJ4) ir keturis lygmenis trečiosios hierarchijos (E1-E2-E3-E4). Taip pat nurodė jų tarpusavio kros-multipleksavimo schemas. Pavyzdžiui iš trečiosios hierarchijos į pirmąją ir atvirkščiai. Tai parodyta 2.11 pav.
2. Paskutiniai lygmenys pirmosios (274 Mbitai/s) ir trečiosios (565 Mbitai/s) hierarchijos nerekomenduoti kaip standartiniai.
3. Buvo išlaikyta šaka 3206497728 kbitai/s antrojoje hierarchijoje, t.y. DSJ3 ir DSJ4 lygmenys lygiagretūs DS3 ir E4 lygmenims. DSJ3 lygmuo faktiškai atitinka E3 lygmeniui.

2.11. pav. Multipleksavimo ir kros-multipleksavimo schema
2.5.2. PDH ypatumai

Naudojant kietą priėmimo/perdavimo sinchronizaciją galima buvo taikyti multipleksavimą su oktetų arba baitų kaita, kaip tai buvo daroma formuojant pirmojo lygmens skaitmeninius signalus. Tai reikalinga, kad būtų galima nustatyti baitų arba baitų grupių priklausomybę kiekvienam kanalui. Tačiau, kadangi bendroji visų įeinančių srautų į multiplekserį skirtingų abonentų sinchronizacija negalima, tai antrojo ir aukštesnio lygmens multipleksavimo schemose buvo panaudotas multipleksavimo metodas su bitų kaita (o ne baitų). Šiuo atveju multiplekseris, pavyzdžiui, antrojo lygmens formuoja išėjimo srautą, imdamas po bitą iš kiekvienos skirtingos sekos (tai T1 arba E1 kanalai).

Kadangi multiplekseris neformuoja tokios grupinio signalo struktūros, iš kurios būtų galima atskirti kiekvieno kanalo bitą, o įėjimo kanalų spartos gali būti skirtingos, todėl naudojama bitų sinchronizacija. Šiuo atveju multiplekseris pats išlygina įėjimo srautų spartas, įterpdamas išlyginančių bitų reikiamą skaičių į kanalus, kurių spartos yra mažesnės. To dėka multiplekserio išėjime formuojasi sinchronizuota skaitmeninė seka. Informacija apie įterptus bitus perduodama tarnybiniais kanalais, kurie formuojami atskirais bitais ciklo struktūroje. Paskutiniuose multipleksavimo lygiuose ši schema kartojasi, pridedant naujus išlyginančius bitus. Po to tie bitai išimami/įdedami demultipleksuojant imtuve bei atstatant perduotą skaitmeninę seką. Toks perdavimo procesas vadinamas pleziochroniniu, o aukščiau pateiktos hierarchijos pavadintos pleziochronine skaitmenine hierarchija – PDH.

Antrajame multipleksavimo lygmenyje be sinchronizacijos taip pat yra formuojami ciklai ir superciklai, kurių pagalba struktūrizuojamas gaunamas grupinis signalas. Pavyzdžiui, T2 kanalui (6312 kbitai/s) ciklo ilgis lygus 789 bitams. Superciklas lygus 12 ciklų. E2 kanalui (8448 kbitai/s) ciklą sudaro 1056 bitai, o superciklą – 12 ciklų [6]. Ciklų ir superciklų formavimas bei jų išlyginimas labai svarbus priėmimo pusėje lokalizuojant kiekvieną ciklą, nes tai leidžia išgauti tikslią informaciją apie signalizaciją ir kodines grupes kontroliuojančius perteklinius CRC kodus ir tarnybinio kanalo informaciją.

Naudojant PDH perdavimo technologiją pačioje paprasčiausioje tinklo struktūroje “taškas-taškas” 140 Mbitų/s perdavimo sparta turės būti trys multipleksavimo lygmenys (pvz., E: 28, 834, 34140) ir trys demultipleksavimo lygmenys priėmimo pusėje. Tai sudėtinga aparatūrinė realizacija. Nežiūrint to bei atpigus aparatūrai ir panaudojant OK PDH technologija labai paplito. Šios sistemos leidžia perduoti didelį kiekį kanalų. Pavyzdžiui, vienas 140 Mbitų/s kanalas ekvivalentus 1920 64 kbitų/s kanalams (304441920), kurie naudojami kalbos signalams perduoti. Jie taip pat gali būti naudojami ir duomenų perdavimui.

Naudojant šiuolaikinius IKM metodus (pvz., diferencinę IKM) galima vieną kalbos signalą perduoti 32 kbitų/s sparta. Šiuolaikinė duomenų suspaudimo technika leidžia kalbos signalus perduoti 16 kbitų/s sparta, vėliau 8 kbitų/s bei 6,4 kbitų/s sparta.

Svarbu tai, kad PDH sistemos naudojamos ir duomenų perdavimui. Nežiūrint visų savo teigiamų savybių PDH sistemos labai nepaplito, nes jose išryškėjo kai kurie nelankstumo požymiai.

2.5.3. PDH trūkumai

Pagrindinių PDH trūkumų esmė yra ta, kad išlyginančiųjų bitų pridėjimas neleidžia, pavyzdžiui, 64 kbitų/s arba 2 Mbitų/s srautus išvesti iš 140 Mbitų/s srauto be visiško to srauto demultipleksavimo ir išlyginančiųjų bitų pašalinimo. Kada tai reikia daryti dažnai, darosi sudėtinga perdavimo/priėmimo aparatūra. Be to reikia įvertinti tai, kad kiekvieną kartą reikia atlikti trigubą demultipleksavimą bei multipleksavimą.

Tokios procedūros schema 2 Mbitų/s vartotojui pavaizduota 2.12 pav. Esant daug vartotojų ir reikalaujant 2 Mbitų/s įvedimo/išvedimo reiks daug multipleksorių ir ekonomiškai tai neapsimokės.

2.12 pav. Vartotojo 2 Mbitų/s srauto įvedimas/išvedimas į 140 Mbitų/s PDH srautą

Kitas PDH minusas – menkos galimybės organizuojant tarnybinius kanalus norint kontroliuoti ir valdyti tinklo srautus. Ji neturi pirminių multiplekserių srautų maršrutizavimo mechanizmų, kas yra labai svarbu perduodant duomenis.

G.703 rekomendacija [7] net nenumato maršrutizacijai reikalingų antraščių. Taigi, nesant specialių priemonių maršrutizacijai formuojant PDH ciklus ir superciklus padidėja klaidos tikimybė atsekant perjunginėjimų istoriją. Taip atsiranda galimybė, kad bus prarasta esamojo perjungimo informacija bei jo istorija. Tai sutrikdys viso trafiko maršrutizaciją.

Taigi, antraščių nebuvimas, kuris būtinas maršrutizuojant duomenų perdavimą, duoda PDH svarų minusą, nes negalima jos panaudoti duomenų perdavimui.

2.5.4. SONET/SDH sinchroninės hierarchijos

PDH trūkumai ir noras juos įveikti privertė JAV konstruktorius sukurti dar vieną hierarchiją, kuri vadinama sinchroniniu optiniu tinklu (SONET), o Europoje analogišką sinchroninę skaitmeninę hierarchiją (SDH), kurios naudojamos su OK. Sukūrimo tikslas buvo, kad naujoji hierarchija leistų:
– įvesti/išvesti įeinančius srautus neatliekant grupinių srautų išskaidymo (sudaryti galimybę rasti kiekvieną įeinantį srautą bendrajame sraute);
– sukurti naują ciklo struktūrą, kuri leistų ne tik reikiamą maršrutizaciją, bet taip pat hierarchijos ribose atlikti tinklo valdymą;
– sistematizuoti perdavimo spartų hierarchiją ir ją pratęsti už PDH ribų;
– sukurti standartines sąsajas, kad būtų lengviau sujungti įrangą.

Tiems tikslams pasiekti pradžioje buvo pasiūlyta:
1. Naudoti sinchroninę, o ne asinchroninę perdavimo schemą su baitų kaita atliekant multipleksavimą.
2. SONET hierarchijos pagrindu imti pirminę perdavimo spartą OC150,688 Mbitai/s su 125 s ciklo pasikartojimo periodu. Jo struktūra turi būti dvimatė matrica, kurios formatas 3264 baitai (26438800050688000 bitai/s). Jis leidžia tęsti amerikietiškosios PDH hierarchijos šaką, t.y. 1,5-6-45 Mbitai/s. Paskutinis lygmuo su pridėtomis antraštėmis galėtų būti adaptuotas naujos OC1 hierarchijos pirmajam lygmeniui.
3. Į hierarchiją įtraukti pakankamą skaičių (pradžioje 48) OC1 lygmenų Ocn (šiuo metu yra įtraukta žymiai daugiau lygmenų), o aukštesnių hierarchijos lygmenų kartotinumą priimti lygų lygmens numeriui, t.y. OS33OC1350,688152,064 Mbitai/s.
4. Panaudoti, taip vadinamą, duomenų inkapsuliacijos technologiją. Tam tikslui buvo pasiūlyta virtualiųjų konteinerių technologija, jų supakavimas ir perdavimas. Tai leido į tuos konteinerius talpinti PDH ciklus su 1,5; 6; 45 Mbitų/s perdavimo spartomis.
5. Orientuoti naująją hierarchiją naudoti optines signalo perdavimo terpes.

JAV T1 komitetas pasiūlė 50,688 Mbitų/s spartos signalą, kaip pagrindinį, STS-1 sinchroninį transportinį signalą. Tačiau vėliau atsižvelgiant į Europos pasiekimus ir numatant tarpusavio sujungimo galimybes buvo priimtas sinchroninio signalo formatas, kuris vadinamas STM-1 sinchroninis transportinis modulis. Jo perdavimo sparta 155,52 Mbitai/s ir leidžia inkapsuliuoti visus europinės PDH hierarchijos ciklus, tame tarpe ir E4.

Atsižvelgiant į Europos pasiekimus kuriant SDH hierarchiją atirado naujoji sinchroninė skaitmeninė hierarchija, pavadinta SONET/SDH. Jos pirmasis lygmuo OC1 yra lygus 51,84 Mbitų/s. Tai leido pasiūlyti universalų rinkinį virtualiųjų konteinerių į kuriuos tilpo visi amerikietiškų ir europietiškų PDH hierarchijų visų standartinių lygmenų ciklų formatai.

Dabar pagrindinis transportinis modulis STM-1 (155,52 Mbitai/s), pasiūlytas amerikietiškai SDH versijai, sutapo su SONET OC3 naująja sparta (51,843155,52). Tai leido į multipleksavimo schemą įtraukti ir europinės PDH hierarchijos maksimalią spartą – 140 Mbitų/s.

Visos pastangos atsispindi trijose pagrindinėse ITU-T rekomendacijose, skirtose SDH – G.707, G.708 ir G.709 [810].