Аналогты АТС техникалық пайдалану

Телекоммуникациялық жүйе жөнінде негізгі деректер.

ТВС қызмет ету жағдайында телекоммуникациялық жүйесінің (ТКЖ) немесе телекоммуникациялық жүйесінің (ТКЖ) немесе деректерді беру жүйесінің (ДБЖ) негізгі қызметі абоненттер арасында аппаратты оперативтік  және өлшемді алмасуды ұйымдастыру  және деректерді беру шығынын қысқартуда болып отыр. ТКЖ тиімділігінің  бас көрсеткіші – аппаратты жеткізу  уақыты – факторлар қатарына тәуелді: байланыс желісінің құрылымына, байланыс желісінің өткізгіш қабілетіне, өзара  әрекеттесетін абоненттер арасындағы байланыс каналдарын жалғау тәсілдеріне, аппартаттың алмасу хаттамаларына, беретін ортаға абоненттердің қол  жеткізу әдістеріне, пакеттерді маршруттау әдістеріне.

Байланыстың желілік, желістік және каналдар типтері.  
 
ТВЖ – те байланыс желісі пайдаланылады – телефондық, телеграфтық, телевизиялық, спутниктік. Байланыс желісі ретінде қолданылады: кабельді (қарапайым телефонды байланыс желісі, витая пара, коаксиль кабелі, байланыстың талшық оптималық желісі (БТОЖ), немесе световоды), радиорелелік, радиожелілер.  
Байланыстың кабельді желілер арасында ең жақсы көрсеткіштерге светаводтар ие. Олардың негізгі артықшылығы: жоғары өткізгіш қабілеті (секундына жүздеген мегабит): сыртқы электромагнитті өріске сезгіш еместігі және меншікті электромагнитті сәулеленудің жоқтығы, оптикалық кабельді төсеудің төмен еңбек сыйымдылығы; үлкен емес меншікті масса (өткізу жолағының кума массасының); қолданудың кең саласы (ұжымдық қол жеткізу магистралін, жергілікті желістердің перифейриялық құрылғылы ЭЕМ байланыс жүйесін құру, микропроцессорлық техникада және т.б).  
БТОЖ кемшілігі: сигналдарды беру бір бағытта жүзеге асады; қосалқы ЭЕМ световодына қосылу сигналды едәуір нашарлатады; световодтарға қажетті жоғары жылдамдықты модельдер әзірше қымбат; Эем жалғайтын световодтар электрлі сигналдарды жарықтыққа түрлендіргішпен жабдықталуы тиіс және керісінше.  
ТВЖ – да байланыс каналдарының мынадай типтері қолданыс табуда:  
• Симплексті, мұнда таратқыш пен қабылдағыш байланыстың бір желісімен байланысады, ол бойынша ақпарат тек бірбағытта беріледі (бұл телевизиялық байланыс желісіне тән);  
• Жартылай дуплексті, мұнда байланыстың екі түйіні бір желісімен жалғанған, ақпарат бір бағытта кезектесе беріледі; (бұл ақпараттық – анықтамалық, сұрау – жауап жүйесі үшін тән);  
• Дуплексті, мұнда байланыстың екі түйіні екі желіспен жалғанған (байланыстың тікелей желісімен және кері) , ақпарат бір мезгілде қарама – қарсы бағытта беріледі;

Байланыстың коммутирленетін  және бөлінетін каналдары.

ТКЖ – де бөлектенген  байланыс каналдары және осы каналдармен  ақпаратты беру уақытын коммутациялау  болып жіктеледі.  
Бөлектенген байланыс каналдарын пайдаланғанда қабылдаутаратқыш аппаратура үнемі өзара жалғанған. Мұнымен жүйенің аппарат беруге дайындығының жоғары дәрежесі қамтамасыз етіледі. Бөлектенген байланыс каналдарының табыстылығы тек каналдарды жеткілікті түрде жүктемелеу жағдайында ғана жетеді.  
Байланыстың коммутирленетін каналы үшін жоғары икемділік және салыстырмалы үлкен емес бағасы тән (трафиктік кіші көлемі кезінде). Мұндай каналдардың кемшіліктері: коммутацияға кететін уақыт, байланыс делісінің жеке учаскелерінің бос еместігінің блокировкалау мүмкіндігі, байланыстың ең төмен сапасы.

Цифрлі деректерді аналогтік және цифрлі кодирлеу.

ТКЖ – нің бір түйінінен  деректерді басқаға жіберу байланыстың барлық битінен жүйелі беріліспен жүзеге асады.  
Аппараттық сигналдар деп – шектеулі диапазон шегінде кейбір шамалар мәндерінің сансыз мөлшерін көрсете алады.  
Цифрлі (дискретті) сигналдар мәндердің біреуіне немесе түпкілікті наборға ие бола алады. Аналогтік сигналмен жұмыс жасағанда кодирленген деректерді беру үшін синусоидальді формадағы аналогты негізгі сигнал пайдаланылады, ол цифрлі сигналдар жұмысында – екідеңгейлі дискретті сигнал. Аналогты сигналдар бұрмалануға сезгіш, есесіне деректерді кодирлеу мен декодирлеу цифрлі сигналдар үшін қарапайым жүзеге асады.  
Аналогты кодирлеу телефонды байланыс бойынша цифрлі деректерді беру кезінде қолданылады. Әдетте ЭЕМ келіп түсетін цифрлі деректер модул ятор – демодулятор көмегімен аналогты формаға түрленеді.  
Цифрлі деректерді аналогты формаға түрлендірудің үш тәсілі немесе модуляцияның үш әдісі мүмкін:  
• Амплитудты модуляция – жүйелі берілетін ақпарат биттеріне сәйкес негізгі синусойдальді тербелістің амплитудасы ғана өзгереді: мысалы, бірлік бергенде тербеліс амплитудасы үлкен болады, ал ноль бергенде – кіші немесе негізгі сигнал типті болмайды;  
• Жиілікті модуляция, мұндай модулирегіш сигналдар әрекетімен тек негізгі синусоидальді тербеліс жиілігі ғана өзгереді: мысалы, ноль бергенде – төмен;  
• Фазалық модуляция, мұнда тек негізгі синусоидальді тербелістің фазасы ғана өзгереді: сигнал 1 – ден сигнал 0 өткенде немесе керісінше болғанда фаза 180° өзгереді;  
Беретін моделі негізгі синусоидальді тербеліс (амплитуданы, желілік немесе фазалы) сигналын ЭЕМ – нен немесе терминалдан цифрлі деректерді түрлендіреді.  
Кері түрлендіру (демодуляция) қабылдағыш моделімен жүзеге асырылады. Жүзеге асатын модуляция әдісімен амплитудалы, жиілікті және фазалы модуляция моделіне бөлінеді. Көп тарағаны жиілікті және амплитудалы модуляциялар.  
Цифрлі деректерді цифрлі кодирлеу тікелей, сигнал деңгейін өзгерту жолымен атқарылады. Мысалы, егер ЭЕМ цифрлі деректер 1 мен 0,2В коды үшін, 0 коды үшін 5В деңгей сигналымен берілсе, онда осы деректерді байланыс желісіне бергенде сигналдар деңгейі +12В мен -12В – ге лайықты түрленеді. Мұндай кодирлеу RS – 232 – C асинхронды тізбекті адаптерлер көмегімен үлкен емес (ондаған және жүз метрлер) қашықтықта бір компьютерден екіншісіне цифрлі деректерді беру кезінде жүзеге асырылады.  
 
ТКЖ элементтерін синхронизациялау.

Синхронизациялау – бұл  байланыс протоколының бөлігі. Байланыс синхронизациясы процесінде қабылдағыш пен таратқыш жұмысын синхрондау қамтамасыз етіледі, сонда қабылдағыш кірісімен келіп түсетін ақпараттық биттердің таңдауды жүзеге асырады.  
Синхронизациялау мәселесін шешу тәсіліне байланысты синхронды беріліс, асинхронды беріліс және автоподстройкалы беріліс болып бөлінеді.  
Синхронды беріліс тұрақты желіліктегі импульстерді синхрондағыш (ИС) беріліс үшін байланыстың қосымша желісінің болумен өзгешеленеді. Таратқышпен байланыс желісіне бит деректерді беру және қабылдағышпен ақпараттық сигналдарды таңдау ИС пайда болған сәттен жасалады. Синхронды берілісте синхрондау сенімді түрде жүзеге асырылады, алайда ол қымбаттау түседі – байланыстың қосымша желісінің қажеттілігімен.  
Асинхронды берілісте қосымша байланыс қажет емес. Мұнда деректердің берілісі фиксирленген ұзындықта (әдетте байттермен) үлкен емес блоктармен жүзеге асады. Қабылдағышты синхрондауға әрбір берілетін байт алдында қосымша бит жіберіледі – стартбит, сосын берілген байттан кейін – тағы бір қосымша бит – стопбит. Синхрондау үшін стартбит пайдаланады.  
Автоподстройкалы беріліс дерек берудің қазіргі жоғары жылдамдықты жүйесінде қолданылады. Синхрондаудың өзі синхрондау коды (ӨК) пайдалану есебінен жүргізіледі. ӨК көмегімен берілетін деректерді кодирлеу мәні, каналдағы сигнал деңгейін тұрақты және жиі өзгертуді қамтамасыз етуде. Сигнал деңгейінің жоғарыдан төменге немесе керісінше әрбір өтуі қабылдағышты подстройкілеу (үйлестіру) үшін пайдаланылады. Ең жақсысы деп уақыты аралығында бір мәртеден кем емес сигнал деңгейінен өтуді қамтамасыз ететін ӨК есептеледі.  
Ең көп тарағандарға мынадай өзі синхрондағыш кодтар жатады:  
• NRZ – коды (нольге қайтпайтын код):  
• RZ – коды (нольге қайтатын код);  
• Манчестер коды;  
• Деңгейді кезегімен инверсиялайтын биполярлы код (мысалы, код AMI);

1. Өзі синхрондау коды  көмегімен байланысты кодирлау  схемасы.  
Сурет - 1 осы ӨК көмегімен 0101100 байланысын кодирлеу схемасы берілген.

ӨК сипаттау мен салыстырмалы бағалау үшін мынадай көрсеткіштер пайдаланылады:  
• Синхрондау деңгейі (сапасы):  
• Қабылданатын ақпараттық биттерді тану мен бөлектеу сенімділік;  
• ӨК пайдаланғанда байланыс желісінде сигнал деңгейінің өзгеруінің талапты жылдамдығы, егер желістің өткізу қабілеті берілген болса;  
• ӨК жұмсайтын жабдықтың күрделілігі (және, демек, бағасы);

NRZ – коды кодирлеудің  қарапайымдылығымен және төмен  бағасымен  
өзгешеленеді. Алайда, бір аттас биттердің серияларын беруде (бірлік немесе нольдер) сигнал деңгейі әрбір серия үшін өзгеріссіз қала береді, бұл елеулі түрде синхрондау сапасын және қабылданатын ьиттерді тану сенімділігін төмендетеді (келіп түсетін сигналға қатысты қабылдағыш таймерінің келіспеуі болуы мүмкін). Осы код үшін арақатынас орныда бар: V1< = V2; max = V2 мұнда V1 – желістегі сигнал деңгейі өзгерісінің жылдамдығы;  
V2 – байланыс желісінің өткізу қабілеті, бит/с.  
RZ – коды бір ақпараттық бит берілісі уақытында сигнал деңгейі екі рет өзгеруімен өзгешеленеді. Бұл код синхрондаудың жақсы қасиетіне ие, бірақ оны жүзеге асыру бағасы едәуір жоғары, өәткені V1 = 2V2 арақатынасын қамтамасыз ету қажет.  
Манчестерлі коды әрбір битті ұсынғанда сигнал деңгейін өзгертуді, ал бір аттас биттер сериясын бергенде – қосарлы өзгерісті қамтамасыз етеді. Жақсы синхрондағыш қасиетке ие. Магнитті таспаға ақпаратты жазуда, ақпаратты коаксильді және оптоталшықты желісімен бергенде қолданылады.  
Осы кодтар үшін жылдамдық арақатынасы былай: V1< = V2; max = 2V2.  
Биполярлы коды бірлік серияларын беруде жақсы синхрондағыш қасиетке ие. Нольді беруде синхрондау жоқ. Жүзеге асыруда қарапайым. Бұл коды үшін V1< = V2; V1; max = 2V2.  
Байланыстың цифрлі желісі (БЦЖ). Соңғы жылдары ТВЖ – де байланыстың цифрлі желісі мен таратуда, оларда цифрлі технология пайдаланылады.

Желісте цифрлі технологияның  таралу себептері:  
• БЦЖ – де пайдаланатын цифрлі құрылғылар жоғары интеграциялы интегральды схема негізінде жасалады; аналогтық құрылғымен салыстырғанда үлкен сенімділікпен жұмыстағы тұрақтылықпен өзгешеленеді; пайдаланумен жасап шығаруда арзан;  
• Цифрлі технологияны бір канал бойынша кез – келген ақпарат беру үшін пайдалануға болады (акустикалық сигналдар, телевизиялық бейнедерек, факсимильді деректер);  
• Цифрлі әдістер беріліс пен сақтау шектеулерінің көбін жеңіп шығады;  
БЦЖ – де ақпаратты бергенде аналогты сигналдарды тізбекті цифрлі мәндерге  
түрлендіру жүзеге асырылады, қабылдағанда – кері түрлендіру;  
Аналогты сигнал уақыты ішінде амплитуданың үнемі өзгерісі ретінде көрінеді. Мысалы, телефонмен сөйлескенде ауаның механикалық тербелісі (жоғары мен төмен қысымның кезектесуі) электрлі сигналға, сондай айналып шығу амплитудасын сипаттайтынға түрленеді. Алайда аналогты электрлі сигналдың кемшілігіне: сигналдың бұрмалануы, орта арқылы берілетін сигналдың сөнуі жатады.  
БЦЖ – де бұл кемшіліктерді жеңуге болады. Мұнда аналогты сигналдың формасы цифрлі (қосарлы) қалыпта (образ), цифрлі мәнде көрінеді.  
Цифрлі сигналдар канал арқылы өткенде әлсіздену мен шуылға да ұшырағыш, алайда қабылдау пунктінде тек қосарлы цифрлі импульстің болуы немесе болмауын белгілеу қажет, ал оның абсолютті мәнін қажет емес, ол аналогты сигнал жағдайында маңызды. Демек, цифрлі сигналдарды сенімді қабылданады, оларды толық қалпына келтіруге болады.  
Аналогты сигналдарды цифрліге түрлендіру әртүрлі әдістермен жүзеге асады.  
Оның бірі – импульсті – кодты модуляция (ИКМ). ИКМ – ді пайдаланғанда түрлендіру процесіне үш кезең кіреді: отображение (бейнелеу), кванттау және кодирлеу (сурет 2).

Сурет 2. 8 – элементті  цифрлі кодты аналогты сигналға түрлендіру.

Бірінші кезең (бейнелеу) Найквистің бейнелеу теориясының негізделген. Бұл теорияның негізгі ережесі: “Егер аналогты сигнал каналдағы бастапқы сигналдан максимальді жиіліктен екі реттен кем болмай жоғары жиілікпен тұрақты аралықта бейнеленсе, онда бейнелеу бастапқы сигналды қалпына келтіру үшін жеткілікті ақпаратты ұстайтын болады”. Телефонды каналда олардың электрлі сигналдары болып көрінетін акустикалық сигналдарды беру кезінде 300 – ден 3300 Гц жиілік жолын алып жатады. Сондықтан БЦЖ – де секундына 800 мәртеге тең бейнелеу жиілігі қабылданған. Импульсті – амплитудалы модуляция (ИАМ) сигналы деп аталатын әрбір бейнелеулер есте сақталады, сосын қосарлы қалыпта (образ) трансформирленеді.  
Кванттау этапында ИАМ – ның әрбір сигналына квантты мән беріледі. БЦЖ – де ИАМ сигналының амплитуда өзгерісінің бар диапазоны 128 немесе 256 кванттау деңгейіне бөлінеді. Кванттау деңгейі жоғары болған сайын ИАМ амплитудасы дәлірек бола түседі.  
Кодирлеу этапында әрбір квантталған бейнелеуге 7 разрядты (егер кванттау деңгейінің саны 128 тең болса) немесе 8 – разрядты (256 – адымда кванттауда) қосарлы кодқа лайықты қойылады. Сурет 2. 8 элементті қосарлы кодтың 00101011 сигналдары көрсетілген, деңгейі 43 квантты сигналға лайықты. 7 элементті кодпен кодирленгенде деректі беру жылдамдығы 56 Кбит/с құруы тиіс, ал 8 – элементті кодты кодирлегенде – 64 Кбит/с.  
 
Спутниктік байланыс желісі.

СБЖ пайдаланылатын СВЧ антенналары  – жер үсті стансалары беретін радиосигналдарды қабылдауға арналған және осы сигналдарды кері ретрансляцияға арналған жиіліктегі диапазон. Спутниктердің көбі гигагерцті диапазонды 6/4 ГГц, кейбіреулері 14/12 ГГц пайдаланады (бірінші сан – Жер – спутник буыны бойынша жұмыс жиілігі,ал екіншісі – спутник – Жер буыны бойынша жұмыс жиілігі). Спутниктің сигналды қабылдауы мен беруі - транспондер деп аталатын арнайы құрылғымен қамтамасыз етіледі. Абоненттер арасындағы өзара әрекеттесу тізбек бойынша жүзеге асады: абонентті станция (ақпаратты жөнелткіш) – таратқыш жерүсті радиотелеметриялы станция (РТС) – спутник – қабылдағыш жерүсті радиотелеметриялы станция – абонентті (ақпаратты алушы). Жерүстіндегі бір РТС жуық жатқан АЖ тобына қызмет етеді.  
Спутник пен жерүстіндегі РТС арасындағы деректерді беруді басқару үшін мынадай тәсілдер пайдаланылады.  
1. Кәдімгі мультиплексирлеу – жиілік бөлігу мен уақытын бөлінулер. Біріншісінде барлық жиілікті спектр радиоканал подканалға бөлінеді, олар пайдаланушылар арасында кез – келген графикті беру үшін үлестіріледі.  
Бұл тәсілдің кемшілігі: ішкі каналдар тиімді пайдаланылмайды, бастапқы каналдар өткізу сызығының едәуір бөлігі бөлу сызығы ретінде пайдаланылады.  
Екіншісінде барлық уақытты бөлінулер пайдаланушылар арасында бөлінеді, олар шешуі бойынша ұсынылған уақытша кванттарға (слотқа) иелік етеді.  
2. Сұрау – таңдау әдісі мен құралын пайдаланатын “бастауыш/қайталама” кәдімгі тәртібі. Бірінші орган ретінде көбінесе РТС, сиректеу – спутник шығады. Сұрау/таңдау циклі көп уақытты алады, әсіресе желісте АЖ үлкен саны болғанда. Сондықтан пайдаланушыға сұрау салу реакция уақыты ол үшін қабылданбайтындай болуы мүмкін.  
3. “Бастауыш/қайталама” типті басқару тәртібі сұраусыз, уақытты кванттаумен  
көптік кіру әдісін жүзеге асырумен (ТДМА). Мұнда слоттар бірінші РТС белгіленеді, эталон деп аталады. Эталонды станция басқа РТС сұрау салуды қабылдап бұл сұрауларды кадрды беру үшін нақтылы слотты станциялары белгілену жолымен қанағаттандырады, ол каналдың графигі мен қамтылу сипатына байланысты болады. Мұндай әдіс кең түрде коммерциялық спутниктік желісте пайдаланылады.  
4. Басқарудың тең рангілі тәртібі. Пайдаланушылар каналға кіруге тең құқылы, канал үшін бәсекелестік жүреді. 70 – жылдар басында Н.Абрамсон тиімді бәсекелесу әдісін ұсынып, ол ALOHA жүйесі деп аталды.  
Бұл жүйенің бірнеше нұсқасы бар: кездейсоқ кіру әдісі (кездейсоқ ALOHA); тең рангілі басымды слот жүйесі (слотты ALOHA) және т.б.  
Спутниктік байланыс желісінің негізгі артықшылықтары:  
• Станциялар арасында байланысты қамтамасыз ету;  
• Қашықтығына тәуелсіз ақпаратты беру құны;  
• Желісті тұрғызу мүмкіндігі;