Основы технологии цифровой передачи данных Появление

Основы технологии цифровой передачи данных.

Появление цифровых сетей в первую очередь связано со стремлением повысить скорости передачи информации. Так, в аналоговых телефонных сетях предельная, скорость передачи информации равна 19200 бит/с. В то же время в цифровых системах передачи даже по обычной телефонной линии можно передавать данные со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние да 1, 6 км. При установке повторителей это расстояние может быть увеличено. Стандартные телефонные каналы относятся к среднескоростным каналам и ориентированы на передачу аналоговых сигналов с относительно узким частотным спектром (от 100 Гц до 10 к. Гц).

Цифровые сигналы, подобно аналоговым, при прохождении по фи зической среде передачи теряют энергию, В аналоговых линиях связи с этим явлением затухания борются при помощи усилителей. Таким образом, цифровые сигналы легко поддаются восстановлению, так как требуется распознать только два состояния сигнала (0 и 1). На входе повторитель считывает 1 и 0, которые, несмотря на затухание и помехи от шумов, все еще могут быть распознаны как 1 и 0. На выходе повторителя получают с совершенной точностью восстановленную последовательность битов.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно как в компьютерных сетях, так и в цифровых системах передачи данных выполняется , с помощью кодека, основными элементами которого являются аналого цифровой и цифроаналоговый преобразователи. Это преобразование осуществляется по шагам и состоит из четырех последовательных процессов: фильтрации, дискретизации, квантования кодирования.

Для передачи по каналу связи с помощью импульсно кодовой модуляции (ИКМ) квантованные сигналы преобразуются в кодовые комбинации импульсов с одинаковыми амплитудами и длительностью, т. е. в цифровую форму или цифровой сигнал. Простейший способ кодирования сигнала предполагает представление его числового значения в двоичной форме в виде соответствующей последовательности двоичных элементов единиц и нулей

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые а -исходный сигнал, б - сигнал импульсно кодовой модуляции, в - квантование сигнала г - цифровой код

В этом случае процесс модуляции можно разделить на 3 этапа. Сначала аналоговый сигнал представляется в виде Множества дискретных значений (отображений), каждое из которых называется сигналом в импульсно – кодовой модуляции. Затем каждому сигналу в зависимости от требуемой точности преобразования присваивается определенное числовое значение в диапазоне от до 128 или от 1 до 256. Этот процесс называется квантованием. Полученные числовые значения переводятся в двоичный код. Для отображения значений в диапазоне от 1 до 128 требуется 7 двоичных разрядов (2 7 =128) а в диапазоне от 1 до 256 8 двоичных разрядов (2 8= 256).

Кроме импульсно кодовой модуляции в цифровых сетях использует ряд других методов преобразования аналоговых сигналов, которые можно разделить на два класса: анализ огибающей (формы волны) и параметрическое кодирование. Анализ огибающей. Метод называется так потому, что в нем прово дится анализ амплитуды сигнала, которая потом преобразуется в цифровые коды. Параметрическое кодирование (вокодеры). В отличие от большин стве методов кодирования при параметрическом кодировании форма вход ного сигнала не сохраняется. Входной сигнал преобразуется в набор пара метров, характеризующих его акустические свойства. Полученные значе ния параметров сравниваются с табличными, среди которых подбираются наиболее близкие к кодируемому сигналу. Эти параметры передаются че рез канал для последующего воспроизведения акустического сигнала.

Применяемые в настоящее время схемы цифровых иерархий были разработаны в начале 80 х гг. В первой, принятой в США и Канаде, для первичного цифрового канала (ПЦК) DS 1 канала первой цифровой ие рархии было принято значение скорости передачи v= 1544 кбит/с (коэф фициент мультиплексирования п- 24 двадцать четыре ОЦК) Во второй, принятой в Японии, для DSI использовалось то же значение скорости передачи. В третьей, принятой в Европе (в том числе и в Рос сии) и Южной Америке, значение первичной скорости передачи было оп ределено v= 2048 кбит/с (n = 32 тридцать два ОЦК).

Первая цифровая иерархия (американский стандарт), порожденная первичной скоростью передачи 1544 кбит/с, дает последовательность скоростей: 1544 6312 44736 274176 кбит/с, которые обозначают DS 1 DS 2 DS 3 DS 4. Данная иерархия скоростей соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n= 24, т = 4, l= 7, к = 6 и позволяет передавать 24, 96, 672, 4032 ОЦК или каналов DS 0. Каналы DS 0 называют основным цифровым каналом (ОЦК), DS 1 первичным цифровым каналом (ПЦК), DS 2 вторичным цифровым каналом (ВЦК), DS 3 третичным цифровым каналом (ТЦК), DS 4 к четверичным цифровым каналом (ЧЦК) соответственно.

Вторая цифровая иерархия (японский стандарт) Порождённая первичной скоростью передачи 1544 кбит/с, дает последовательность скоростей 1544 6312 32064 97728 кбит/с или каналов передачи DS 1 DS 2 DS 3 DSJ 4. Данная иерархия скоростей с учетом канала передачи DS 0 соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n= 24, m= 4, l=5, k=3 и позволяет передавать 24, 96, 480, 1440 ОЦК или каналов DS 0.

Третья цифровая иерархия (европейский стандарт) Порожденная первичной скоростью передачи 2048 кбит/с, дает последовательность скоростей 2048 8448 34386 139264 565148 кбит/с, которые соответствуют каналам передачи Е 1 Е 2 ЕЗ Е 4 Е 5. Данная иерархия скоростей с учётом канала передачи DS 0 соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n= 30, т= 4, l= 4, k=4, i=4 и позволяет передавать 30, 120, 480, 1920, 7680 ОЦК или каналов DS 0.

Схема мультиплексирования и кроссмультиплексирования для различных стандартов цифровых иерархий