<<
>>

Мультиплексирование с разделением времени

Спектральное уплотнение — это прекрасно, однако в телефонных системах все еще много участков медного провода, поэтому нам необходимо снова вернуться к традиционным носителям. Частотное уплотнение все еще используется при передаче данных по медным проводникам или микроволновым каналам, однако это требует применения аналоговым схем, что не очень подходит для компьютерных технологий.
Временное уплотнение, напротив, может быть реализовано исклю-

\

\

чцтельно цифровой электроникой, поэтому этот метод в последнее время находит все большее распространение. К сожалению, его можно применять только для работы с цифровыми данными. Поскольку по местным линиям передаются аналоговые сигналы, то необходимо выполнять аналого-цифровые преобразований на оконечных станциях, на которых все локальные линии соединяются в большие магистрали.

Сейчас мы рассмотрим, как несколько аналоговых речевых каналов оцифровываются и затем объединяются в один выходной канал. Компьютерные данные, посылаемые модемом, также передаются в аналоговом виде по местным телефонным линиям, поэтому нижеследующее описание касается их целиком и полностью.

Аналоговые сигналы оцифровываются на оконечной телефонной станции устройством, называемым кодек (кодер-декодер), которое вырабатывает серии 8-битных чисел. Частота дискретизации кодека составляет 8000 отсчетов в секунду (125 мкс/отсчет). Это связано с теоремой Найквиста, в которой утверждается, что такой частоты достаточно для извлечения всей информации из телефонного канала с полосой частот в 4 кГц. При более низкой частоте часть информации была бы потеряна, а более высокая скорость отсчетов была бы излишней. Подобная технология называется кодово-импульсной модуляцией, PCM (pulse-code modulation). Кодово-импульсная модуляция составляет основу современной телефонной системы.
В результате практически все временные интервалы, используемые в телефонной системе, кратны 125 мкс.

Когда технология цифровой передачи данных стала реальностью, CCITT так и не удалось достичь соглашения по поводу международного стандарта на кодово-импульсную модуляцию. И вот теперь в различных странах используется большое количество совершенно не совместимых друг с другом схем.

Метод мультиплексирования с разделением времени, используемый в Северной Америке и Японии, называется «носитель Т1». Он изображен на рис. 2.29. (Строго говоря, формат называется DSI, а Т1 — это название носителя, но мы не будем здесь проводить столь жесткого разграничения). Носитель Т1 состоит из 24 объединенных речевых каналов. Обычно аналоговые каналы оцифровываются поочередно путем подачи на вход кодека результирующего аналогового потока. Это оптимальнее применения 24 кодеков с объединением их выходных цифровых сигналов. Каждый из 24 каналов по очереди превращается кодеком в 8-битную последовательность, вставляемую в выходной поток данных. Семь битов являются информационными, а восьмой используется для контроля. Таким образом, получается поток данных в 7 • 8000 = 56 000 бит/с плюс 1 • 8000 = 8000 бит/с поток сигнальной информации для каждого канала.

Кадр состоит из 24 • 8 = 192 битов плюс еще один бит-ограничитель кадра, итого 193 бита каждые 125 мкс. В результате это дает огромную суммарную скорость передачи данных в 1,544 Мбит/с. 193-й бит используется для синхронизации кадров. Он представляет собой последовательность такого вида: 01010101.... Обычно приемник постоянно проверяет состояние этого бита, чтобы убедиться, Не потерял ли он синхронизацию. Если это вдруг происходит, то приемник сканирует принятые данные, отыскивая кадровый бит и с его помощью восстанавливая синхронизацию. Аналоговые пользователи вообще не могут создавать битовые последовательности, поскольку они соответствуют синусоиде с частотой 4000 Гц, которую невозможно отфильтровать. Цифровые пользователи, разумеется, могут это делать, но вероятность создания именно такой последовательности довольно мала.

Кроме того, когда система Т1 используется только для передачи цифровых данных, то информационными являются только 23 канала. 24-й канал целиком выделяется под синхронизирующую последовательность, что позволяет намного быстрее восстановить синхронизацию.

Рис. 2.29. НосительП (1,544 Мбит/с)

Когда CCITT наконец достигло соглашения, было решено, что отводить 8000 бит/с на сигнальную информацию — это слишком много. В результате появился еще один стандарт канала со скоростью 1,544 Мбит/с, в котором аналоговый сигнал представлялся не семью, а восемью битами, то есть 256 дискретными уровнями вместо 128. Таким образом, существуют два несовместимых между собой варианта. В первом из них, CCS (common channel signaling — сигнализация по общему каналу), дополнительный бит, добавляемый не в начало 193-битового кадра, а в его конец, принимает последовательность значений 10101010... в нечетных кадрах, тогда как в четных используется для сигнальной информации, относящейся ко всем каналам.

Во втором варианте, CAS (Channel Associated Signaling — сигнализация, ассоциированная с каналом), у каждого канала имеется свой сигнальный подканал, на который выделяется один бит из 8 в каждом шестом кадре. Таким образом, пять из шести отсчетов являются 8-битовыми, а каждый шестой отсчет содержит 7 бит данных. Комитет CCITT также принял рекомендацию на применение носителя Е1 с кодово-импульсной модуляцией со скоростью 2,048 Мбит/с. Этот носитель содержит 32 8-битовых отсчета, упаковываемых в основной кадр — 125 мкс. 30 каналов используются для передачи данных, два являются сигнальными. Каждая группа из четырех кадров содержит 64 сигнальных бита, половина которых используется для сигнализации, ассоциированной с каналом, а другая половина используется для синхронизации кадров или резервируется для различных нужд в разных странах.

Стандарт 2,048 Мбит/с используется за пределами Северной Америки и Японии вместо Т1.

При оцифровывании речевого сигнала было бы соблазнительно попытаться с помощью статистических методов уменьшить количество бит, необходимых для передачи информации в каждом канале. Подобные приемы применимы не только для речевых, но также и для любых аналоговых сигналов. Все эти методы сжатия основываются на том принципе, что сигнал меняется относительно медленно по сравнению с частотой дискретизации, поэтому большая часть информации в 7- или 8-разрядном числе является избыточной.

Один из методов сжатия, называющийся дифференциальной кодово-импульсной модуляцией, заключается в выводе не амплитуды сигнала, а разности текущего и предыдущего значений амплитуды. Поскольку скачки более чем на ±16 уровней на шкале из 128 уровней маловероятны, то вместо 7 бит может оказаться достаточно 5. Если же сигнал неожиданно совершит большой скачок, то кодирующей системе понадобится несколько периодов дискретизации, чтобы догнать убежавший сигнал. При передаче речи такая ошибка, впрочем, вообще может быть проигнорирована.

Один из вариантов метода сжатия требует, чтобы значение сигнала в каждом отсчете отличалось от предыдущего на +1 или -1. При этом можно передавать всего лишь один бит, сообщающий, увеличился сигнал по отношению к предыдущему значению или уменьшился. Это называется дельта-модуляцией (рис. 2.30). Как и любой подобный метод сжатия, дельта-модуляция предполагает, что сигнал изменяется довольно медленно, то есть значения сигналов в соседних отсчетах различаются ненамного. Если сигнал изменяется быстрее, чем позволяет метод, информация теряется.

Более сложным вариантом дифференциальной кодово-импульсной модуляции является предсказание следующего значения сигнала по нескольким предыдущим отсчетам. При этом кодируется только разница между реальным и предсказанным сигналом.

Приемник и передатчик должны использовать, конечно же, один и тот же алгоритм предсказания. Серия подобных методов называется кодированием с предсказанием. Они полезны тем, что позволяют уменьшить размер чисел, которые нужно кодировать, а следовательно, количество передаваемых бит.

Носители Т1 могут объединяться для передачи по каналам более высокого уровня при помощи мультиплексирования с разделением времени. На рис. 2.31 показано, как это может быть сделано. Слева мы видим четыре канала Т1, объединяемых в один канал Т2. Мультиплексирование в канале Т2 и каналах более высоких порядков выполняется побитно, а не побайтно, причем 24 голосовых канала составляют один кадр Т1. Четыре потока Т1 по 1,544 Мбит/с образуют 6,176 Мбит/с, однако реально в канале Т2 используется скорость передачи, равная 6,312 Мбит/с. Дополнительные биты используются для синхронизации кадров и восстановления в случае сбоя носителя. Т1 и ТЗ активно используются рядовыми пользователями, тогда как Т2 и Т4 можно найти только внутри телефонной системы, поэтому они не столь известны.

На следующем уровне семь каналов Т2 объединяются побитно в канал ТЗ. Затем шесть потоков ТЗ формируют поток Т4. На каждом этапе добавляется небольшое количество избыточной информации для синхронизации кадров.

Между США и остальным миром нет почти никаких договоренностей по поводу основного носителя, а также о том, каким образом они должны мультиплексироваться в каналы более высоких уровней. Используемый в США способ объединения по 4, 7 и 6 каналов не побудил другие страны сделать то же самое, поэтому стандарт СС1ТТ предписывает объединять каналы по четыре на каждом уровне. Кроме того, различается и служебная информация. Стандарты СС1ТТ описывают иерархию для 32, 128, 512, 2048 и 8192 каналов, передаваемых на скоростях 2,048, 8,848, 34,304, 139,264 и 565,148 Мбит/с.

<< | >>
Источник: Э. ТАНЕНБАУМ. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ 4-Е ИЗДАНИЕ. 2003

Еще по теме Мультиплексирование с разделением времени:

  1. § 36 Непосредственное вступление прямых наследников. – Трансмиссия. – Утверждение в наследстве. – Принятие наследства и отречение. – Последствие принятия. – Принятие по описи и разделение долгов. – Раздел наследства. – Возвратные учеты. – Разделение прав и ответственности. – Передел. – Наследство у мусульман.
  2. Управление временем «Нам некогда делать это как следует - у нас хватает времени лишь на то, чтобы потом все переделывать».
  3. Линия времени "во времени"
  4. Разделенная двойственность.
  5. § 2. Разделение властей
  6. Особенности принципа разделения властей
  7. Причины разделения групп.
  8. Разделение экрана
  9. Разделение мужчины и женщины
  10. Глава 14 РАЗДЕЛЕНИЕ РЕАЛЬНОСТИ
  11. Разделение верха и низа
  12. Разделение внешнего и внутреннего