Магистраль и мультиплексирование
Одним из существенных достижений телефонных компаний - магистрали с мультиплексированием данных. Эти компании научились запускать по одному и тому же кабелю несколько разговоров одновременно. Это чрезвычайно важно, так как позволяет распределить стоимость по прокладке кабеля между многими абонентами. Созданные ими схемы мультиплексирования можно разделить на два большие класса: мультиплексирование с разделением частот и мультиплексирование с разделением по времени.
Идея мультиплексирования с разделением частот очень проста: весь диапазон частот разбивается на каналы и по каждому каналу идет независимая передача. Пример: трансляция на УКВ. При мультиплексировании с разделением по времени все время работы канала разделяется на кванты. Каждый разговор, передача данных занимает поочередно один квант времени.
Мультиплексирование с разделением частот.
На рис 2-24 показано как три телефонных канала могут быть мультиплексированы.
Мультиплексирование с разделением по времени.
Частотное мультиплексирование требует применения аналоговых схем и мало пригодно для управления компьютером. Мультиплексирование с разделением времени наоборот хорошо соответствует возможностям компьютера. Следует отметить, что он подходит только для работы с данными в цифровой форме. Поэтому сначала аналоговый сигнал надо отцифровать.
Отцифровка сигнала происходит на АТС куда приходит петля с аналоговым сигналом с помощью устройства, называемого кодек (codec - coder-decoder). Codec снимает показания с линии 8000 раз в секунду ( каждый 125 mсек). Теорема Найквиста говорит, что бессмыслено опрашивать канал с пропускной способностью 4000Гц чаще чем 8000 раз в секунду. Такой способ отцифровки данных называется импульсно кодовая модуляция (РСМ). Он составляет основу современных телефонных систем.
Когда РСМ стало развиваться, МКТТ не смогла добиться международного стандарта. В результате в разных странах действуют разные соглашения и приходиться ставить "черные ящики" на стыках систем, чтобы согласовать передачу.
На рис 2-26 показан стандарт распространенный в США и Японии Т1. Канал Т1 мультиплексирует 24 голосовых канала в течении каждых 125 mсек. Каждый канал отцифровывается последовательно один за другим, а не все одновременно. Каждый канал несет 8 бит: 7 бит - данные, 1 бит - сигнальный. Кроме этого Т1 кадр начинается со специального сигнального бита. Итого Т1 кадр несет 193 бита. Общая скорость передачи такого канала 125 mсек по 193 бита дает 1544Мbps. Собственно для данных используется 23 байта, а 24 байт используется для синхронизации.
В Европе и Великобритании используется другой стандарт Е1. Основный его отличия состоят в том, что:
сокращено число бит на синхронизацию; используются все 8 разрядов в байте, а не 7 как в Т1.
используется 32 8 разрядных канала в 125 mсек, т.е. скорость достигается 2048 Мbps.
При использовании техники отцифровки аналогового сигнала возникает искушение сжать передаваемые данные. Метод разностной импульсно кодовой модуляции. Идея его в том, что если разность между соседними значениями не превосходит например 16, в то время как собственно значения колеблются в диапазоне [-64;+64], то вместо 6 разрядов нам потребуется всего 4. Есть другой метод, так называемая, дельта модуляция. В этом методе предполагается, что соседние значения отличаются не более чем на 1. Для голоса этот метод работает не плохо. Он показан на рис 2-27.
Другой метод - основан на экстраполяции очередного значения, на основе предыдущих. При этом передается разница между предсказанием и фактическим значением. Очевидно, что на обоих концах канала должен быть использован один и тот же алгоритм предсказания.
Мультиплексирование с разделением времени позволяет мультиплексировать смультиплексированные каналы. Так согласно стандарту Т1 4 канала Т1 могут быть объединены в один, затем 6 в один и 7 в один.
Согласно Е1 каналы могут группироваться только 4, но имеется 4 уровня вложенности, а не три как в Т1.