Цифровые каналы связи

Доклад на тему: Цифровые каналы связи

Стариков Максим

239-240 группа.

Что такое канал связи?

Канал связи организуется между приемником и передатчиком для передачи сигналов различной природы (голос, факсимильные сообщения, данные и пр.) по линиям связи, которые являются физической средой направляющей распространение сигнала. Основные характеристики канала связи -- ширина полосы пропускания и уровень допустимых искажений сигнала, которые и определяют емкость канала связи (количество информации, передаваемой в единицу времени) По типу передаваемого сигнала различают аналоговые и цифровые каналы.

Аналоговый сигнал имеет, как правило, очень сложную форму как во времени, так и в пространстве и математически может быть представлен как сумма синусоидальных сигналов с различными амплитудами и частотами.

Цифровой сигнал - последовательность импульсов с дискретным набором уровней сигнала (обычно не более трех) и заданной частотой следования.

По сравнению с аналоговыми, цифровые методы передачи имеют ряд преимуществ среди которых:

- высокая помехоустойчивость;

- слабая зависимость качества  передачи от длины линии связи, так как искажения передаваемых  сигналов при регенерации оказываются  ничтожными;

- возможность построения цифровых  сетей связи на базе оборудования, имеющего высокую степень унификации  узлов, реализованных на цифровых  интегральных схемах, в которых  передача, транзит и коммутация  сигналов, осуществляется в цифровой  форме;

- высокая эффективность при  передаче данных.

Однако начало использования цифровых каналов связано не с передачей данных, а с внедрением систем цифровой телефонии, используемых для передачи голоса. Поэтому структура и характеристики этих каналов тесно связаны с технологиями передачи голоса и их появление было связано с желанием устранить недостатки, присущие каналам тональной частоты (ТЧ каналам), которые повсеместно использовались в системах телефонной связи. Поэтому прежде чем перейти к описанию цифровых каналов связи необходимо несколько слов сказать об их предшественниках - ТЧ каналах.

Основной цифровой канал

Внедрение систем цифровой телефонии вызвало необходимость представления аналогового сигнала в цифровой форме. Метод, принятый связистами для преобразования аналогового сигнала к цифровому носит название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В англо-язычной литературе этот термин имеет аббревиатуру PCM - Puls Code Modulation. Суть этого метода состоит сначала в дискретизации аналогового сигнала, когда он представляется в виде последовательности отсчетов уровня сигнала взятых периодически с определенной частотой (частотой дискретизации), и последующем квантовании, когда каждому отсчету ставится в соответствие численное значение.

Частота дискретизации должна быть такой, чтобы на приемном конце канала можно было восстановить исходный сигнал. Для сигнала с ограниченным спектром, согласно теореме Котельникова -- Найквиста, это возможно, если частота дискретизации не менее чем в два раза превышает максимальную частоту в спектре сигнала.

Так, при аналогово-цифровом преобразовании стандартного телефонного сигнала, спектр которого ограничен частотой в 4КГц, частота дискретизации равна 8 КГц, а численное значение каждой выборки представляют в виде 8 битного двоичного кода. Поэтому для передачи стандартного телефонного сигнала организуется цифровой канал скорость передачи данных в котором равна 8 КГц х 8 бит = 64 Кбит/сек. Этот канал называется основным цифровым каналом или DS0 (Digital Signal level zero), и именно он является тем строительным "кирпичиком", на базе которого создаются более мощные цифровые системы передач, емкость которых измеряется числом DS0, содержащихся в них.

Проблемы синхронизации. Кодирование 

данных в канале

Двоичные последовательности при посылке в линию связи кодируются последовательностью импульсов и пауз. Передача этих последовательностей в линию связи или их считывание в приемо-передающих устройствах привязано к тактовым импульсам, которые вырабатывают тактовые генераторы этих устройств. Для того, чтобы битовые последовательности считывались на принимающем конце без ошибок, тактовые генераторы приемника и передатчика должны быть синхронизированы (в этом случае говорят о тактовой синхронизации между устройствами). Тактовый сигнал, используемый для синхронизации, может быть получен из отдельного источника, либо выделен из передаваемого информационного сигнала. С этой целью, а также с целью уменьшить влияние искажений при передаче через линию связи применяют особые методы кодирования данных в канале связи.

Первичный цифровой канал - Е1

Канал Е1 объединяет 32 канала DS0, один из которых используется для кадровой синхронизации, другой для передачи сигнализации. Кадр этого потока состоит из 32 тайм-слотов по 8 бит каждый. Частота следования кадров 8 КГц, что дает скорость потока 32х8х8=2048 Кбит/сек. Кадры потока Е1 объединяются в сверхкадр. Количество кадров в сверхкадре зависит от типа используемой в потоке Е1 сигнализации. Под сигнализацией, здесь понимается информация, необходимая сетевым элементам, для выполнения их функций, например, установка и отбой телефонных соединений.

Наиболее употребительны два типа сигнализации: CAS (Channel Associated Signalling), CCS (Common Channel Signalling).

В первом случае сверхкадр состоит из 16 кадров (с 0 по 15), занимая 2 мсек интервал. Таймслот 0 (TS0) используется для передачи битов покадровой синхронизации идругой служебной информации. Таймслот 16 (TS16) в кадрах начиная с первого используется для передачи сигнализации связанной с каждым из каналов (отсюда иназвание Channel Associated Signalling). Оставшиеся таймслоты используются для передачи информации. Таймслоты с 1 по 15 соответствуют каналам с 1 по 15, атаймслоты с 17 по 31 соответствуют каналам с 16 по 30. При этом распределение сигнализации TS16 по каналам происходит следующим образом: старшие 4 бита TS16кадра 1 в сверхкадре соответствуют сигнализации 1 канала, младшие 4 бита -- сигнализации 16 канала; старшие 4 бита TS16 кадра 2 в сверхкадре соответствуютсигнализации 2 канала, младшие -- сигнализации 17 канала и т.д. В нулевом кадре сверхкадра таймслот 16 используется для организации сверхкадровой синхронизации.

В случае общеканальной (ССS) сигнализации, сверхкадр состоит из двух кадров. Таймслот 0 используется для организации кадровой синхронизации, как и в CAS, атаймслот 16 используется, как канал сигнализации общий для всего потока. Если поток Е1 используется только для передачи данных, где сигнальная информацияпередается в заголовках пакетов данных и отдельный тайм-слот для этого не нужен, то 16 тайм-слот можно задействовать для передачи данных и он будетсоответствовать каналу 31.