Коммутация

Мультиплексирование с разделением по времени

Мультиплексирование с разделением длины волны

Мультиплексирование с разделением частот

Идея мультиплексирования с разделением частот или FDM (Frequency Division Multiplexing)очень проста: весь диапазон частот полосы пропускания разбивается на поддиапазоны, которые называют каналами. По каждому каналу идет независимая передача.

Всю полосу пропускания магистрали разбивают на полосы шириной в 3 КГц. С помощью фильтров полосу пропускания каждого канала ограничивают полосой в 3 000 Гц, но в своем диапазоне частот. При мультиплексировании большого числа каналов полосу увеличивают до 4 000 Гц для того, чтобы предотвратить «залезание» одной полосы на другую (по 500 Гц с каждой стороны).

12 голосовых каналов с пропускной способностью по 4000Гц мультиплексируют в полосе от 60 до 108 КГц. Такое соединение называют группа. Пять групп по 12 каналов мультиплексируют в супергруппу, затем пять супергрупп - в мастер-группу. Современные стандарты МКТТ позволяют объединять до 230 000 голосовых каналов.

Этот способ мультиплексирования используется для оптоволоконных каналов.

Два волоконнооптических кабеля с импульсами разной длины волны подводят к одной призме. Свет, пройдя через призму (или дифракционную решетку), смешивается в единый пучок, который на другом конце разделяется с помощью другой призмы. Поскольку каждый канал занимает лишь несколько ГГц, а пропускная способность одного оптоволоконного канала около 25 000 ГГц (быстрее преобразовывать световой сигнал в электрический пока не могут), то возможности оптоволокна для мультиплексирования огромны. Метод мультиплексирования с разделением длин волн применяется в технологии FTTC, которую мы рассматривали в предыдущем разделе, обсуждая проблему последней мили.

Частотное мультиплексирование требует применения аналоговых схем и мало пригодно для управления компьютером. Мультиплексирование с разделением времени или TDM (Time Division Multiplexing) мультиплексирование наоборот предполагает использование цифрового оборудования и хорошо соответствует возможностям компьютера. Следует отметить, что оно подходит только для работы с данными в цифровой форме. Поскольку по абонентской линии телефонный сигнал передают в аналоговой форме, то его надо сначала оцифровать.

Оцифровка сигнала происходит на местном узле коммутации, куда сходятся абонентские линии с аналоговыми сигналами.

На местном узле коммутации аналоговые сигналы с абонентских линий оцифровываются, объединяются и передаются на узлы коммутации следующего уровня по магистральным шинам. Здесь мы рассмотрим как это все происходит.

Преобразование сигнала в цифровую форму и обратно осуществляет специальное устройство, называемое кодек (coder-decoder). Есть два основных метода преобразования аналогового сигнала в цифровую форму и обратно. Это метод импульсно кодовой модуляции (ИКМ метод) и разностный метод Дельта модуляции.

В ИКМ методе аналоговая линия сканируется, в соответствии с теоремой Найквиста, с удвоенной частотой старшей гармоники. В случае телефонных систем с частотой 8 000 Гц. Амплитуда аналогового сигнала разбивается на определенное количество уровней. При каждом замере определяется не абсолютное значение сигнала, а его уровень. Номер уровня и передается в виде двоичного кода.

Когда метод ИКМ начал развиваться, МКТТ не смогло сразу договориться и ввести единый стандарт на применение этого метода в телефонии. В результате возникло два варианта: европейский (Е1) и Т1, получивший распространение в США и Японии.

Стандарт Е1 предполагает мультиплексирование 30 каналов. Каждая из 30 линий сканируется с частотой 8 000 Гц. Результаты каждого измерения представляют 8 битовое число. Это означает, что используют 256 уровней в методе ИКМ. В случае стандарта Т1 используют 7 бит, т.е. 128 уровней.

Полученные 240 бит упаковывают в кадр. Кадр в стандарте Е1 содержит 32 канала по 8 разрядов и занимает 125 mсек. 30 каналов используют для передачи данных, а два для целей управления. Каждая группа из 24 каналов несет 64 сигнальных разряда. 32 из них ассоциированы с 32 каналами кадра, а вторая половина используется для синхронизации и национальных расширений, т.е. каждая страна может использовать их по своему усмотрению. Таким образом, стандарт Е1 обеспечивает скорость 2.048 Мбит/сек и мультиплексирует 30 линий одновременно.

Стандарт Т1 позволяет мультиплексировать 24 линии, но в каждом канале под данные используются лишь 7 разрядов и один разряд для целей управления. Кадр в Т1 содержит 193 бита и занимает 125 mсек, что обеспечивает скорость в 1.544 Мбит/сек. Отметим, что в Е1 из 256 битов кадра 16 используют для служебных целей, в Т1 из 193 битов 24 используют для служебных целей, т.е. Е1 экономнее.

Коль скоро аналоговый сигнал оцифрован, возникает искушение сжать передаваемые данные. Примером такого метода может служить метод разностной импульсно кодовой модуляции. Идея сжатия в этом методе состоит в том, что если разность между последовательными замерами сигнала не превосходит например 8 уровней, в то время как собственно значения колеблются в диапазоне ±64, то вместо 6 разрядов цифрового кода нам потребуется всего 3 уровня. Мы уже встречались с частным случаем такого подхода, это так называемая дельта модуляция. В этом методе предполагается, что соседние значения отличаются не более чем на ±1. Для голоса этот метод работает не плохо.

Другой метод основан на экстраполяции очередного значения на основе предыдущих. Это так называемый метод статистической импульсно кодовой модуляции. В этом методе передается разница между предсказанием и фактическим значением. Очевидно, что на обоих концах канала должен быть использован один и тот же алгоритм предсказания.

TDM мультиплексирование позволяет мультиплексировать уже мультиплексированные каналы. Так согласно стандарту Т1, 4 канала Т1 могут быть объединены в один Т2, затем 6 в один Т3 и 7 в один Т4. Согласно Е1 каналы могут группироваться только 4, но зато есть 4 уровня вложенности, а не три как в Т1. Поэтому скорость передачи в этом случае E1 – 2.048, Е2 – 8.848, Е3 – 34.304, Е4 – 139.264, Е5 – 565.148 Мбит/сек.

4.2.5.4. Стандарт SONET/SDH

SONET (Synchronous Optical NETwork) – это интерфейс передачи по оптическим линиям связи, предложенный американской компанией Bell Core и стандартизированный ANSI. Позднее МККТ выпустил стандарт совместимый с SONET и названный SDH (Synchronous Digital Hierarchy), который был опубликован в рекомендациях G.707, G.708, G.709. Этот стандарт был разработан для того, чтобы устранять разнобой в передаче сигналов по оптоволоконным линиям в области телефонии.

На первых порах каждая телефонная компания устанавливала свои стандарты TDM мультиплексирования по оптическим линиям. В настоящее время многие телефонные компании, в том числе и в России, используют стандарт SDH на своих магистральных линиях.

Ниже кратко перечислены цели и конструктивные особенности стандарта SONET. Создание этого стандарта преследовало четыре основные цели:

· позволить использовать разные физические среды в сети. Это требовало проработки стандартов на кодировку на физическом уровне, выбор длины волны, частоты, временных характеристик, структуры кадра.

· унифицировать американские, европейские и японские цифровые системы, которые используют каналы на 64 Кбит/сек c импульсно кодовой модуляцией, но по-разному.

· обеспечить иерархическое мультиплексирование нескольких цифровых каналов. На сегодня используют до уровня Т3, хотя стандарт определяет и Т4.

· определить правила функционирования, администрирования и поддержки оптических каналов связи.

С самого начала было принято решение использовать в SONET традиционное TDM мультиплексирование, где вся ширина оптоволоконной линии используется под один канал, который содержит временные слоты подканалов. Поэтому SONET создавали как синхронную систему. У нее есть главные часы, которые тактируют ее работу с частотой 10^-9 сек с высокой точностью. Биты на линии SONET имеют очень строго выверенную длительность, контролируемую едиными главными часами. Когда позднее для высокоскоростного ISDN был предложен метод передачи, где кадры могли поступать через нерегулярные интервалы времени, то этот метод, в противоположность SONET, был назван асимметричным и известен ныне как ATM.

Система SONET состоит из переключателей, мультиплексоров и повторителей, соединенных оптическими линиями. В терминологии SONET сплошной фрагмент оптоволоконного кабеля между двумя устройствами называется секцией. Канал, между двумя мультиплексорами, возможно с несколькими повторителями между ними, называется линией. Канал между двумя оконечными абонентами называется путем. На рис.2-38 показан путь в терминологии SONET.

Здесь мы рассмотрим третью важную компоненту телефонной сети работу телефонных станций или, как мы их еще называем, узлов коммутации, а точнее их основу – коммутаторы. В телефонных сетях используются два разных способа коммутации: коммутация каналов и коммутация пакетов. В этом разделе мы познакомимся с коммутацией каналов, а позднее, при рассмотрении высокоскоростных систем ISDN, рассмотрим коммутацию пакетов.

Дата добавления: 2014-01-20