Этап III – Кодирование

Кодирование – перевод в двоичный вид номера уровня. В зависимости от того, сколько битов используется для кодирования, может передаваться различный код.

Получается, что через каждые ∆t промежутки времени определяется уровень сигнала, полученное значение округляется до ближайшего фиксированного уровня. По результатам этого отсчета в канал посылается соответствующее округленное значение. Затем определяется следующее значение и т.д.

Таким образом, непрерывная функция представляется в виде последовательности битов.

На приемной стороне выполняются обратные действия.

Понятно, что при передаче сигнал искажается. Где-то добавляется лишнее, где-то отрезается необходимое. Тогда говорят, что возникает шум квантования (погрешность квантования).

Чем больше шаг квантования ∆a, тем больше будет погрешность.

Для снижения этой погрешности необходимо уменьшать шаг квантования, однако если он будет слишком маленьким, то количество допустимых уровней будет возрастать, и на передачу номеров уровней будет требоваться большее количество разрядов, большее количество бит, и, следовательно, большая пропускная способность канала. Общая пропускная способность системы снижается.

Допустим, у нас передается цифровой сигнал с некоторым значением уровня a. Этот сигнал при передаче по реальному каналу тоже подвергается воздействию разных помех. В результате на приемной стороне может оказаться, что амплитуда сигнала будет увеличена, т.е. появится помеха или наоборот, могло произойти затухание сигнала.

В состав систем передачи данных (СПД) входит различного рода аппаратура: каналообразующая и аппаратура промежуточных пунктов: усилители в аналоговых, регенераторы в цифровых. Если в нашей СПД максимальное значение помехи - , то если мы выберем шаг квантования , то на приемной стороне, в любом регенераторе, мы всегда можем восстановить исходное значение сигнала.

Действительно, если передается исходный сигнал со значением уровня , то поступает, либо , либо . При повторном квантовании в любом случае получится исходное значение .

В аналоговых же СПД помехи усиливаются вместе с сигналом.

Лекция 18 ноября 2011 г.

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 – F_max = 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.

Дата добавления: 2014-01-05