Импульсно-кодовая модуляция (продолжение)
(Pulse Code Modulation)
Рассмотрим задачу связи 2 телефонов через цифровой канал.
Какова должна быть пропускная способность?
Пропускная способность измеряется в бит/сек (в битах в секунду).
Максимальная частота, которую необходимо передать – Fmax = 4000 Гц.
Данная задача довольно часто встречается в реальных системах. В реальных системах для кодирования (нумерации уровней) используют 8-битный код в России и Европе, и 7-битный код в США.
Для организации качественной передачи сигнала с такими характеристиками нужно снимать эти отсчеты через каждые 125 микросекунд.
Соответственно за 1 секунду происходит 8000 отсчетов.
Таким образом, для создания цифрового телефонного канала, понадобиться пропускная способность 64000 бит/сек.
Первые опытные образцы создавались уже в 30-е гг. XX века. Реально цифровые технологии стали доступными в последние 10-15 лет.
Мы рассмотрели пример с одноканальной системой. Современные же цифровые системы являются многоканальными. Как создаются многоканальные системы на основе технологии ИКМ?
В нашем примере отсчеты снимаются с интервалом 125 мкс. В реальных же системах это происходит с интервалом 3,9 мкс. Это значит, что канал работает в течение 3,9 мкс, и простаивает в течение 121,1 мкс.
Было предложено воспользоваться этими огромными паузами, и передавать в это время по каналу информацию для других пар абонентов. Для этого используется технология синхронного временного уплотнения.
С перечисленными выше характеристиками в интервал 125 мкс можно уложить 32 интервала по 3,9 мкс. Т.е. передавать информацию о 32 источниках в цикле.
Выделяется квант времени для передачи информации от одного источника, следующий квант времени – от другого источника и т.д.
В какой-то момент времени снимается информация от первого источника, определяется его уровень. В канал передается последовательность 0 и 1 от первого. Вся данная операция занимает 3,9 мкс. Следующее окно в 3,9 мкс выделяется второму источнику и все повторяется.
Здесь реализуется технология синхронного временного уплотнения.
Подобные системы, построенные на базе технологии синхронного временного уплотнения ИКМ, называются ИКМ – 30 (2 канала служебные).
Таким образом, можно организовать 30 одновременно работающих цифровых каналов.
На входе получаем банк каналов, за которым идет временная рамка (Time slot, тайм-слот). Обычно под time-slot(ом) понимают некоторый временной промежуток. Вся подобная структура называется кадром (frame, фрейм). Говорят, что система ИКМ-30 (европейский стандарт) состоит из 32 тайм-слотов. Американский же стандарт состоит из 24 каналов.
Американский стандарт также называет стандартом T1. Там используется 24 канала, 7 бит для кодирования номеров уровней и 1 бит для синхронизации. Соответственно пропускная способность вычисляется сложнее. Битовая скорость каналов T1 получается около 1,5 Мбит/с.
В системе ИКМ-30 используется 32 канала с пропускной способностью 64000 бит/с. Значит, пропускная способность системы ИКМ-30 должна быть 2048 Кбит/с или 2 Мбит/с.
Система ИКМ-30 также называется системой Е1 или потоком E1.
Поскольку эта система обеспечивает работу 30 каналов по 64Кбит. Часто у провайдеров связи можно увидеть, что они предлагают подключение к потоку E1. Это значит, что они предлагают канал с пропускной способностью 2 Мбит/с.
Подобного рода системы объединяются в более сложные иерархические структуры.
А если такая пропускная способность не нужна? К примеру, если это оказывается слишком дорого для пользователя. Тогда можно на стороне пользователя можно установить устройство, которое обеспечивало бы расщепление цифрового канала – мультиплексатор. Он позволяет из общего числа каналов выделить нужное их количество.
Системы ИКМ-30 объединяют в группы по 4. Подобная система называется уже ИКМ-120. Пропускная способность такой системы в 4 раза больше – 8Мбит/с.
В современных системах, где есть аббревиатура ИКМ, встречается и SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия.
Синхронная цифровая иерархия получается при объединении систем ИКМ подобно примеру, представленному выше.
Системы SDH получили распространение относительно недавно. На ранних этапах использовалась PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) – плезиохронная цифровая иерархия, почти синхронная цифровая иерархия. Они обеспечивали меньшую максимальную скорость, по сравнению с SDH, были менее удобными для операторов связи. Из большого общего потока было довольно трудно выделить менее скоростные потоки. Требовался большой набор оборудования. Системы PDH и SDH не совместимы друг с другом. Их промежуточные структуры организованы по-разному. SDH организована сложнее. По-другому организованы структуры кадров. Зато в SDH базовые потоки, каналы выделяются легче, стоимость реализации меньше и максимальная скорость выше.
На первом шаге мультиплексирования 30 (или с поправкой 32, хотя если говорить о пользовательских каналах, то именно 30) базовых каналов объединяются в один канал. А дальше на каждом следующем шаге, на каждом следующем уровне происходит увеличение максимальной скорости только 4 раза. Таким образом, максимальное значение скоростей систем PDH – 564. В синхронных системах используются другие максимальные скорости.
В SDH широко используются мультиплексоры. Они используются для целей объединения на входе 30 (32) базовых каналов, и получения на выходе потока E1. В обратную сторону, наоборот – для расщепления каналов.
При решении проблемы определения пропускной способности для связи, к примеру, с удаленным филиалом организации, она выбирается из стандартного набора. Т.е. мы берём или один базовый поток E1 или ему подобные, или несколько, в разных сочетаниях.
Мультиплексор может сканировать входы и брать по одному биту от каждого входа и выдавать его в общий канал – это бит интерливинг (побитное чередование), или же побайтно – байт интерливинг.
Бит интерливинг применяется в системах SDH, и именно благодаря нему становится относительно просто выделять из общего потока отдельные виртуальные каналы, отдельные подпотоки.
Лекция 2 декабря 2011 г.