Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

270o

Рис. 12.11. Диаграмма сигналов для различных скоростей передачи модема на 9600 бит/с

В V.32bis частота несущей 1800 Гц и скорость модуляции 2400 Бод. Имеются режимы ТСМ-16, ТСМ-32, ТСМ-64 и ТСМ-128. Соответственно информационная скорость может быть 9600, 12000 и 14400 бит/с. Протокол V.32bis – стандарт де-факто для всех современных модемов.

Название рекомендации V.34 «Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями 28800 бит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа». Ключевым моментом, позволившим столь резко увеличить скорость передачи информации, стало более полное использование полосы 0,3…3,4 кГц. Другой важный момент – применение помехоустойчивого кодирования и, в частности, техники ТСМ и ряд других новинок.

Следует заметить, что скорость передачи информации 28800 бит/с при передаче информации в полосе 0,3…3,4 кГц сегодня также не является предельной. Уже есть разработки, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью 33000 бит/с (V.34+), а в специально организованных каналах совсем недавно достигнута отметка 56,0 Кбит/с (стандарт только начал обсуждаться). Что дальше? Ответ на этот вопрос дает известная формула К. Шеннона, согласно которой скорость передачи данных определяется шириной полосы частот, пропускаемых каналом (она нам задана), и отношением мощности полезного сигнала к мощности шума.

Методы преобразования сигналов, используемые в XDSL тех-

нологиях. Не следует забывать, что все, ранее рассмотренные модемы, это устройства, которые подключаются к телефонной линии. Они обмениваются данными, работая в достаточно узкой полосе час-

Из рис. 12.13 видно, что максимум энергетического спектра приходится на низкие частоты, в спектре содержится постоянная составляющая. Все это делает сигнал 2В1Q достаточно чувствительным к искажениям и помехам [4].

Использование кода 2В1Q позволяет обеспечить скорость пере-

дачи информации в технологии HDSL – (High–data–rate Digital Subscriber Line – высокоскоростная цифровая абонентская линия) 2048 Кбит/с. Такая скорость не является предельной для медных або-

нентских линий. Так, в технологии ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) скорость передачи информации от сети порядка 8 Мбит/с, а от абонента около 800 Кбит/с. В ADSL используется или модуляция CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation), что оз-

начает амплитудно-фазовая модуляция без несущей, или DMT (Discrete Multitone Modulation) – дискретная модуляция со многими несущими. САР – модуляция похожа на QAM, она имеет ту же форму спектра. Несущая частота при САР модулируется по амплитуде и фазе. При этом перед передачей в линию сама несущая вырезается из сигнала, так как она не содержит информацию и в то же время обладает наибольшей энергией.

На практике используются САР64 и САР128. В первом случае на интервале, равном длительности единичного элемента, передается 6 бит, во втором – 7 бит. Благодаря этому достигается существенное ограничение спектра сигнала как в области высоких, так и низких частот, что позволяет избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и искажениям.

При DMT обычно используется частотный диапазон от 26 кГц до 1,1 МГц, который делится на 256 поддиапазонов по 4 кГц (рис. 12.14).

Рис. 12.16. Адаптация скорости передачи данных при использовании модуляции DMT

Это является существенным преимуществом DMT перед CAP. DMT обеспечивает большие скорости передачи информации и позволяет перекрыть большие расстояния по сравнению с САР.

Как и следовало ожидать, высокие скорости передачи информации в технологиях XDSL обеспечиваются прежде всего за счет передачи нескольких бит на одном единичном интервале и идеях, позволяющих снизить влияние помех. Одной из таких идей, позволяющих снизить влияние помех за счет исправления ошибок, является ранее рассмотренное сверточное или треллис-кодирование с декодированием по алгоритму Витерби.

Контрольные вопросы

1.Какие методы защиты от ошибок вам известны?

2.Каково необходимое условие для того, чтобы код был способен обнаруживать ошибки?

3.В чем отличие понятий расстояние Хемминга и кодовое расстояние?

4.Какова связь между кратностью обнаруживаемых и исправляемых ошибок и кодовым расстоянием?

5.Постройте производящую матрицу для кода, у которого d0 = 3, k = 5.

6.Запишите синдром для кода (7,4), для которого а5 = а1 + а2, а6 = а1 + а3, а7 = а1 + а2 + а3, при появлении ошибки в а3.

7.Запишите кодовую комбинацию циклического кода, у которого Р(х) = х3 + + х + 1, а исходная кодовая комбинация имеет вид 1111.

8.Определите содержит или нет принятая кодовая комбинация циклического кода 1111000 ошибки, если Р(х) = х3 + х2 + 1.

9.Зачем используются системы с обратной связью?

10.Охарактеризуйте системы с ИОС и РОС.

11.Каковы источники потерь скорости в системе РОС–ОЖ?

12.За счет чего в системах с непрерывной передачей и системах с адресным переспросом удается повысить скорость передачи информации по сравнению с системами с РОС–ОЖ?

13.В чем отличие относительной фазовой модуляции от абсолютной фазовой модуляции?

14.Поясните сущность многократной фазовой модуляции.

15.Что такое квадратурная амплитудная модуляция?

16.Дайте краткую характеристику протоколов, используемых в современных модемах.

Список литературы

1.Минкин Э.Б. Модемные технологии на отечественном рынке телекоммуникаций // Технологии и средства связи. – 1997. – № 1.

2.Модемы: разработка и использование в России. Технологии электронных коммута-

ций. – М.: Эко-трендз, 1996. – Т.62.

3.Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1987. – 392 с.

4.Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях. – М.: Эко-

Трендз, 2001. – 221 с.

5.ГоральскиВ. ТехнологииADSL иDSL. – М.: Изд-во«ЛОРИ», 2000. – 296 с.

Глава 13. Службы ПД. Сети ПД

13.1. Компьютеры — архитектура и возможности

После появления в 50-х годах ХХ в. первой электронно-вычис- лительной машины (ЭВМ), применение компьютерных систем – само собой разумеющийся факт. Первыми используемыми системами стали большие ЭВМ (mainframe), появившиеся в 60-е годы XX в. Они применялись в коммерческих целях и для решения задач в области обработки информации. Централизованное хранение, обработка и представление необходимых данных оказались для администрации и сотрудников организаций, использующих ЭВМ, весьма полезными. Недостаток больших ЭВМ – их неспособность быстро и гибко приспосабливаться к требованиям ряда практических приложений. В 70-е годы XX в. были разработаны мини-компьютеры (мини-ЭВМ). Они за несколько лет превзошли по популярности большие ЭВМ, но применялись все же в роли дополнительной ЭВМ наряду с централизованной (большой) ЭВМ. Благодаря им большое количество пользователей получило доступ к компьютерным системам. В 80-е годы XX в. появился микрокомпьютер (персональный компьютер). Развитие персональных компьютеров и увеличение их вычислительной мощности сопровождалось одновременным уменьшением их стоимости. Персональный компьютер сегодня максимально доступен пользователю, а его производительность существенно превосходит производительность большой ЭВМ 60-х годов [1].

Компьютеры имеют свою память, свои средства поиска нужной информации, широкий набор вводно-выводных устройств, включая устройства для ввода буквенно-цифровой информации, графических, неподвижных и видеоизображений и устройства вывода информации на бумажные носители, видеомониторы и т.п. Компьютеры воспринимают от человека задания в форме программ по требуемой обработке информации.

Ввод информации в компьютер не является проблемой, если используются средства автоматизации ввода, например датчики систем телеметрии, электронные фотокамеры, видеокамеры, электронные весовые устройства и прочие средства, автоматизирующие ввод информации. Проблемой является ввод буквенно-цифровой информации с твердого носителя (бумаги) с последующей обработкой данных программным путем и информации с голоса. Первая проблема реша-

ется благодаря использованию сканеров с последующим распознаванием символов, а вторая – разработкой технологий, способных распознавать речь.

Часто источники информации находятся на значительном расстоянии друг от друга, поэтому задача быстрой и эффективной обработки информации, поступающей от них, решается путем использования сетей передачи данных. Применение средств передачи данных позволяет создать многомашинные комплексы, решающие задачи в широком диапазоне: от простых (обмен информацией между компьютерами в учебной лаборатории) до задач управления мощнейшими промышленными корпорациями.

Для сопряжения пользователя с сетью передачи данных используется терминальное оборудование, которое представляет собой совокупность аппаратно-программных средств. Терминальное оборудование включает оконечное оборудование данных (ООД), прикладные процессы пользователей и вводно-выводное оборудование (ВВУ). Пользователем может быть человек, получающий услуги через ввод- но-выводное устройство или прикладной процесс, который через оборудование обработки данных подключается к системе передачи данных (СПД). Терминальное оборудование службы передачи данных представляет собой совокупность одного или нескольких компьютеров, соответствующего программного обеспечения прикладных процессов пользователей, периферийного оборудования, терминалов, средств передачи информации (ООД) и т.д. [2].

Современный персональный компьютер – это достаточно мощное вычислительное устройство, состоящее из системного блока и широкого набора вводно-выводных устройств: монитора, клавиатуры, принтеров, сканеров, плоттеров и т.д. В системном блоке расположена системная плата компьютера, на которой монтируется главный элемент – процессор. На системной плате также располагается оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В ПЗУ хранятся программы, которые записаны на заводе-изготовителе данного компьютера, они не изменяются в процессе его эксплуатации и служат для обеспечения работы компьютера. В качестве такого программного обеспечения ис-

пользуется BIOS (Basic Input/ Output System) – базовая система вво-

да-вывода. Эти программы предоставляют в распоряжение пользователя единый набор функций системного управления, не зависящий от конкретной схемной реализации машины [3]. Все программное обеспечение компьютеров можно разделить на системное и прикладное.

Системное программное обеспечение поставляется с компью-

тером или приобретается дополнительно с целью расширения его

возможностей и предназначено для обеспечения взаимодействия его составных частей, например, клавиатуры с процессором, процессора с видеомонитором и т.д.

Прикладное программное обеспечение решает задачи пользова-

теля, который может быть сам разработчиком этих программ. В качестве разработчиков таких программ могут выступать организации, специализирующиеся в данной области.

В ОЗУ записываются необходимые для выполнения конкретных задач системные и прикладные программы. В современных компьютерах используются модули оперативной памяти типа SIMM (Single In-Line Memory Module – модули памяти с однорядным расположением интегральных микросхем). Модули SIMM могут быть различной емкости от 256 Кбайт до 64 Мбайт. Особенностью ОЗУ в отличие от ПЗУ является то, что после выключения питания компьютера записанные в память программы будут потеряны. ПЗУ энергонезависимо, т.е. после выключения питания информация, записанная в ПЗУ, не теряется.

Процессор обрабатывает информацию, поступающую через устройства ввода, и выдает результаты обработки на выводные устройства (принтер или монитор), в оперативную память или на устройства накопления информации. В качестве последних применяются всевозможные накопители – DVD-диски, магнитооптические диски и др. Принцип работы магнитооптического накопителя основан на использовании лазерной и магнитной технологий. Запись информации осуществляется на магнитном носителе, а оптический лазерный луч используется для местного разогрева точки магнитной поверхности. DVD (Digital Versatile Disk) – это цифровой универсальный диск, называемый иногда цифровым видеодиском (Digital Video Disk), в котором в отличие от обычных CD-ROM используется уплотненная запись.

Работой процессора управляют программы, загружаемые в оперативную память с накопителей. Процессор взаимодействует с внешними устройствами через специальные устройства управления, которые еще называют контроллерами. Последние могут располагаться непосредственно на системной плате или соединяться с ней через системную шину посредством специальных разъемов, расположенных на плате и называемых гнездами расширения. В качестве таких контроллеров используются:

–контроллер управления накопителями;

–контроллер телекоммуникационного (последовательного) порта;

–контроллер параллельного порта;

–контроллер управления монитором (видеоадаптер);

– сетевые контроллеры и т.д.

Конструктивно несколько контроллеров, например управления накопителями на магнитных дисках и портов ввода-вывода, могут быть расположены на одной плате, подключаемой к системной плате через гнездо расширения.

Существует ряд стандартов на архитектуру ввода-вывода, от типа этого стандарта зависит тип разъема гнезд расширения. Рассмотрим некоторые из них.

1.Стандартная шина компьютера АТ – ISA (Industry Standard Architecture) представляет собой 16-разрядный канал обмена данными между устройствами машины.

2.Шина EISA (Extended Industry Standard Architecture, расширенная архитектура промышленного стандарта) имеет 32-разрядный канал обмена.

3.MCA (Micro Channel Architecture – микроканальная архитектура)

имеет 32-разрядную шину.

4.Современная концепция построения системной шины – локальная, обеспечивающая связь с периферийными устройствами со скоростью микропроцессора, например локальная шина PCI (Peripheral

Component Interconnect), разработанная фирмой «Intel», поддер-

живает скорость передачи до 132 Мбит/с при передаче 32-битовых данных и до 264 Мбит/с при передаче 64-битовых данных. Локальная шина не заменяет ISA, а дополняет ее. Компьютеры,

как правило, имеют две шины расширения: ISA – для совместимости с платами предыдущих выпусков и локальную – для подключения быстродействующих внешних устройств, например видеоадаптера.

Кроме перечисленных компонентов, в состав системного блока входят накопители на гибких и жестких магнитных дисках, компактдисках (CD-ROM), магнитооптических дисках, кассетных накопителях на магнитной ленте. Все перечисленные устройства подключаются через один из следующих интерфейсов:

–IDE (Integrated Drive Electronics – электроника накопителя);

–ESDI (Enhanced Small Device Interface – усовершенствованный интерфейс малых систем);

–SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых вы-

числительных машин).

Интерфейсы реализуются в виде отдельной платы или встраиваются в сам накопитель и в системную плату.

В состав системного блока входит также источник питания. Дисплейная подсистема включает в себя видеоадаптер, програм-

му управления видеоадаптером – драйвер видеоадаптера, который поставляется с адаптером, и монитор. Известны несколько стандар-