1.3.3. Временное мультиплексирование двоичных потоков данных
При использовании систем цифровой телефонии для передачи данных на входе мультиплексора нет речевых сигналов, которые нужно дискретизировать и квантовать, а есть уже сформированный поток двоичных данных. Для него схема временного мультиплексирования может быть конкретизирована. Она практически совпадает с процедурой мультиплексирования в компьютерных системах. Итак, на входе мультиплексора имеются n входных двоичных, последовательностей, (происхождение которых может быть, и не связано с выборками), поэтому коммутатор мультиплексора может последовательно отбирать из каналов любую логически осмысленную для данной сетевой технологии последовательность бит, составляя из них выходную последовательность. Этот процесс называется интерливингом, или чередованием. Различают следующие виды интерливинга:
бит-интерливинг или чередование битов – на выход последовательно коммутируется по одному биту из каждого канала;
байт-интерливинг или чередование байтов – на выход последовательно коммутируется по одному байту из каждого канала;
символьный интерливинг или чередование символов – на выход последовательно коммутируется по одному символу (один ниббл или поле длиной 7 бит (ASCII код – американская версия), или поле длиной 8 бит – байт или октет (ASCII код – международная версия) из каждого канала;
блок-интерливинг или чередование блоков – на выход последовательно коммутируется по одному блоку (который может быть длиной в несколько байтов или может быть полем целократным другому стандартному формату) из каждого канала.
Схема временного мультиплексирования четырех двоичных потоков данных входных каналов 64 кбит/с показана на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Временное мультиплексирование потока данных по схеме с бит-интерливингом
Для примера выбран вариант бит-интервиллинга, где в используемых обозначениях: 11к…14к,…., 41к…44к – цифры 1, 2, 3, 4 соответствуют номерам бит, а индексы – номерам каналов. Стрелкой показано направление бит.
1.4. Кодирование цифровых данных в икм системах
Практические методы формирования цифровой последовательности
Рассмотрим пример дискретизации в системе ИКМ с n-канальным мультиплексированием, внутриканальной синхронизацией (путем вставки синхрогруппы из к бит после m фреймов) и линейного симметричного квантования с числом уровней ℓ. Для примера выберем n = 4, к = 4, m = 2, ℓ = 8. Условимся, что мгновенное значение сигнала изменяется в интервале (- 4, +4). Пример иллюстрируется рис. 1.6. Для компактности все процессы дискретизаций, квантования, кодификации, мультиплексирования и выравнивания показаны на одном рисунке.
Рис. 1.6. Практический пример мультиплексирования в ИКМ системе
ИКМ система последовательно выполняет следующие стандартные функции:
– дискретизацию
сигнала в каждом из
четырёх
каналов (к1,…,к4)
с частотой
(конкретное значение не играет роли) в
последовательные нормированные моменты
времени 0
(к1),
1 (к2),
2 (к3),
3 (к4),
4 (к1)
и т. д. При отсутствии выравнивания
выборки берутся периодически с периодом
дискретизации 4 единицы,
например, для к1
–
в моменты: 0, 4, 8, 12,..., для к2:
1, 5, 9, 13, .и т.д., что соответствует фрейму,
состоящему из 4 тайм-слотов;
– квантование выборок сигнала каждого канала, т. е. отображение непрерывного множества значений амплитуд выборок из интервала (- 4, +4) на дискретное множество из 8 уровневого квантования, либо 0, 1,...,7 – одностороннее (несимметричное) отображение, например, - 3,- 2,....+ 4 – двустороннее (симметричное с точностью до уровня.
– двоичное
кодирование или, кодификацию
(см. термин в § 1.6.)
квантованных значений.
При схеме
кодирования: знак-номер уровня в
8 уровнях квантования достаточно 4 бита
на выборку:
1 знаковый
бит и 3 бита на формирование двоичного
номера уровня (23 = 8).
Используем простой алгоритм отображения
множеств, или алгоритм кодификации:
если n
< а
< п,
и а
= n
всех а.
Следовательно, если а
= 3,55,
т. е.,
если 3 < а
< 4, то а
= 4, а если а
= - 0,78.
т. е.
– 1 < а
<- 0,
то а
= 0.
В результате требований симметричности
квантования, получаем поток бит,
показанный на рис. 1.6,
где - 3
1011;....0
0000;...;
+ 4
0100;
– мультиплексирование каналов по схеме: объединение 4 каналов на входе в один канал на выходе – 4:1 – т. е. с чередованием выборок отдельных каналов для создания потока бит выходного канала. Без учета синхронизации процесс мультиплексирования создает регулярный поток фреймов состоящих, из четырех выборок. Его регулярность нарушается необходимостью синхронизации, которая при внутриканальной синхронизации сводится к вставке синхрогруппы после т фреймов, этот процесс называется выравниванием фрейма. Для выравнивания по нашей схеме необходимо сформировать мультифрейм – структуру состоящую из двух фреймов, что еще больше осложняет процесс мультиплексирования;
– выравнивание фрейма (а точнее мультифрейма) осуществляется путем формирования и вставки легко идентифицируемой синхрогруппы “1111” (не используемой в процессе кодификации) после двух регулярных фреймов, для чего выделяется один дополнительный тайм-слот. В результате на приемной стороне происходит синхронизация приемника с передатчиком, а повторяющаяся структура – результирующий мультифрейм – принимает вид: 8 выборок + синхрогруппа = 9 тайм-слотов. Можно ввести также понятие результирующий фрейм – формальный параметр, равный 9/2 = 4,5, показывающий, что период повторения регулярного фрейма изменился с 4 до 4,5 тайм-слотов. Из этого ясно, что мультиплексирование осуществляется "регулярно в среднем", с периодом повторения 4,5 слота, формируя за цикл один результирующий фрейм. Физически же информационные выборки формируются нерегулярно. Например, выборки в к1, берутся теперь в моменты времени 0, 4, 9, 13, 18, 22, 27 и т. д.
Общий вид четырех входных сигналов, с выборками, взятыми последовательно в моменты времени 0, 1, 2, 3 и т. д., и их квантованные значения, полученные в результате кодификации, с учетом выравнивания, показаны на рис. 1.6. Сформированный таким образом поток бит приведен в нижней части рис. 1.6.
На приемной стороне происходит демультиплексирование указанной последовательности так, что в канал к1 попадут только квантованные кодифицированные выборки, взятые в моменты: 0, 4, 13, 18, 22.... Из них затем (если нужно) и будут восстановлены с помощью фильтрации в фильтрах нижних частот (ФНЧ) исходные аналоговые сигналы.