3.7.3. Временное мультиплексирование
Спектральная энергия сигнала при цифровой передаче не может быть размещена в частотной области. Прямоугольник может быть представлен как совокупность базовой синусоидальной волны и бесконечного числа “гармоник”, которые формируются согласно некоторой математической зависимости. Каждая гармоника имеет более высокую частоту и меньшую амплитуду, чем базовая синусоидальная волна. Таким образом, прямоугольные сигналы содержат составляющие бесконечно высокой частоты. Когда для улучшения качества речи телефонные линии стали использовать технологии цифровой передачи сигналов, понадобилось разработать новый способ мультиплексирования, т.к. частотное мультиплексирование попросту невозможно реализовать с цифровыми сигналами при аналоговой передаче.
Мультиплексирование с разделением времени TDM (или временное мультиплексирование) (Time Division Multiplexing) проиллюстрировано на рис. 3.13.
Рис. 3.13. Мультиплексирование с разделением времени (TDM)
Высокоскоростной канал связи делится на множество отдельных временных слотов и каждому низкоскоростному каналу выделяется определенный временной слот. Когда выделенный каналу временной слот становится доступен, то пока длится этот слот, для низкоскоростной передачи данных используется вся пропускная способность высокоскоростного канала связи. Следующий слот задействуется другой низкоскоростной передачей и т.д. Мультиплексирование с разделением времени широко используется в системах передач сигналов. В качестве примера можно привести наземные телефонные сети, где TDM встречается как в технологиях организации абонентского доступа, так и в технологиях организации межстанционных линий связи.
Две технологии мультиплексирования – FDM и TDM – могут быть объединены. То есть подканал в системе с частотным мультиплексированием может быть разбит дальше на несколько каналов, используя мультиплексирование с разделением времени. Подобным образом работают сотовые сети связи стандарта GSM.
Начало технологии мультиплексирования с разделением времени было положено разработкой мультиплексора E1 (европейского варианта) и T1 (американского варианта). Мультиплексор E1 позволяет в цифровом виде уплотнять голосовой трафик 30 абонентов, а T1 – 24 абонентов. На рис. 3.14 приведен 125 микросекундный цикл передачи в системе ИКМ-30, состоящий из 30 слотов информационных каналов передачи (составляющий один кадр), одного служебного канала и одного канала синхронизации. Каждый канал занимает слот, в котором размещается один байт.
Рис. 3.14. Цикл передачи E1 (в системе ИКМ-30)
Информационный канал со скоростью передачи 64 кбит/с называется основным цифровым каналом ОЦК и обозначается E0. Канал синхронизации (0) включает определенную комбинацию бит (0011011) и служит для определения начала цикла. Служебный канал служит для установления связи (по нему передаются импульсы от номеронабирателя, сообщение занятости абонента и др.).
В ИКМ-30 слот канала занимает 1 байт. Общая скорость передачи кадра E1 составляет 32 * 64 кбит/с=2 048 кбит/с.
При построении цифровых систем передачи введено понятие иерархических уровней, полагая, что на первом из них используются мультиплексоры E1 и T1. Мультиплексоры первого уровня типа n:1, по определению формируют из n входных цифровых каналов передачи один выходной. В случае мультиплексора E1 n=30, а T1 – n=24. Мультиплексоры второго уровня типа m:1 объединяет выходы мультиплексоров первого уровня; мультиплексоры третьего уровня типа р:1 объединяют выходы мультиплексоров третьего уровня и т.д. Это называют каскадным соединением мультиплексоров. На каждом уровне иерархии мультиплексор на выходе имеет свою скорость передачи (на втором – n*m, на третьем – n*m*р и т.д.). Варьируя коэффициенты кратности n, m, р, можно сформировать различные иерархические наборы скоростей передачи и цифровые иерархии цифровой системы передачи, которым соответствуют определенное количество ОЦК на выходе мультиплексора соответствующего уровня.
В России сегодня на первичной сети связи применяется аппаратура временного уплотнения ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 на симметричных кабелях и ИКМ-480, ИКМ-1920 на коаксиальных кабелях. Цифры указывают на число каналов основных цифровых каналов ОЦК, на которые рассчитаны эти системы передачи.
В таблице 3.1 приведены принятые в Европе иерархические уровни цифровых скоростей.
Таблица 3.1. Иерархические уровни цифровых скоростей (в Европе).
Аналогом систем Е-каналов в стандарте Американского национального института стандартов (ANSI) являются каналы типа T1, T2 и T3 с отличающимися скоростями - 1,544Мбит/с, 6,312Мбит/с, 44,736Мбит/с. Для создания указанных в таблице уровней используется технология плезиохронной цифровой иерархии PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Приведенные в таблице уровни иерархии позволяют передавать по каналам речь, факсы, телевизионное изображение.
|