...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь
Шрифт:
Городские телефонные кабели пригодны для передачи цифровой информации со скоростью около 2 Мбит/с. При более высоких скоростях между их парами возникают электромагнитные влияния. Как видите, в американской системе возможности кабеля использованы не до конца. Поэтому в 1968 г. Франция вышла с предложением в Международный союз электросвязи унифицировать ИКМ-системы на базе цифровой системы передачи ИКМ-30, содержащей 30 каналов и имеющей скорость объединенного потока 2,048 Мбит/с. Теперь возможности городских кабелей использовались полнее.
Скорость передачи по междугородным симметричным кабелям связи может быть увеличена до 8 Мбит/с. По каждой паре этих кабелей могут работать четыре системы ИКМ-30
Более мощные потоки цифровой информации можно "гнать" по парам коаксиальных кабелей, волокнам оптических кабелей, стволам спутниковых и радиорелейных линий связи. Для образования высокоскоростных потоков объединяют цифровые потоки четырех систем ИКМ-120. В результате скорость передачи в линии возрастает до 34,368 Мбиг/с. Число каналов в новой системе равно 480, и поэтому она получила название ИКМ-480.
Поступая далее аналогичным образом, получаем при слиянии четырех потоков спаем передачи ИКМ-480 суммарный цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920. Представляете, только с помощью одной коаксиальной пары или одного оптического волокна можно связать друг с другом почти 2000 телефонных аппаратов в одном городе с таким же количеством аппаратов в другом городе. А ведь в кабелях не одна такая пара и не одно такое волокно. Поистине, целые реки информации! Но на этом иерархия цифровых систем передачи не заканчивается. Можно продолжать укрупнять потоки и дальше.
Но как быть с мелкими потоками информации, скорость у которых ниже 64 кбит/с и которые переносят, например, тексты, неподвижные изображения, данные от персональных компьютеров? По каким каналам передавать их? Особых проблем здесь нет. Подобные низкоскоростные потоки передают по основному цифровому каналу. Наиболее простой путь - объединять их вместе, доводя скорость до стандартной. Существуют и другие способы введения низкоскоростной информации в основной цифровой канал, но они довольно специфические, и мы не будем их здесь касаться.
Вернемся теперь к принципу объединения цифровых потоков. Вы уже убедились, что он достаточно прост: сначала передается бит одного потока, затем бит следующего потока и так до тех пор, пока не будут пропущены в линию по одному биту каждого потока. Затем все повторяется сначала. Этот принцип уместно назвать чередованием битов. Но он не единственный.
Можно сперва подать в линию целиком кодовую комбинацию буквы текста, или элемента изображения, или отсчета микрофонного тока (смотря, что передается - текст, изображение или речь), взяв ее из первого потока, следом выпустить в линию аналогичную кодовую комбинацию из второго потока, затем - из третьего и т. д. Иногда бывает важно сохранить, не разбивая, двоичный код элемента сообщения. Такое объединение потоков следовало бы назвать чередование кодовых комбинаций.
Последний принцип также не нов. Его применил в одном из своих телеграфных аппаратов Ж. Бодо. Используемый для этих целей распределитель состоял уже не из сплошных ламелей, а поделенных на пять сегментов каждая - по числу разрядов в кодовой комбинации (ведь в коде Бодо каждая буква телеграфного текста кодировалась пятью двоичными символами).
Щетка распределителя, скользя по сегментам первой ламели, "считывала" в линию целиком кодовую комбинацию с первого телеграфного аппарата. При движении щетки по сегментам второй ламели в линию "шла" буква от второго аппарата. И так до последней ламели.
Вы спросите, как же код буквы появлялся одновременно на всех сегментах? Очень просто. В первых аппаратах Бодо телеграфисты кодировали текст непосредственно во время передачи. Для этого на передатчике имелись пять клавиш (по сути, пять телеграфных ключей). Нажимая их в нужной комбинации, сразу получали код буквы. Каждая клавиша была подключена к своему сегменту. Таким образом, кодовая комбинация появлялась на всех сегментах одновременно. Весьма важно нажать на клавиши как раз в то время, когда щетка подойдет к ламели данного телеграфного аппарата. Для этого в нужный момент раздавался акустический сигнал и только тогда телеграфист нажимал клавиши. Специальная блокировка удерживала их в этом положении до конца передачи комбинации. Как видите, труд телеграфистов XIX века был нелегким и требовал внимания, быстроты реакции, словом, хорошей тренированности.
По принципу чередования кодовых комбинаций можно объединять потоки и с помощью современных микросхем, в частности мультиплексоров. В этом случае очередная "дверь" мультиплексора должна оставаться открытой до тех пор, пока не будет передана вся кодовая комбинация. Правда, нашу аппаратуру придется сделать сложнее. Поскольку биты из каждого цифрового потока поступают на входы мультиплексора непрерывно, то в каждом канале потребуется устройство памяти (запоминающее устройство - ЗУ), в котором биты кодовой информации будут накапливаться и ждать, когда для них откроются "двери" мультиплексора. Итак, пока код буквы, т. е. группа 0 и 1, одного из потоков пропускается через мультиплексор в линию, коды букв других потоков записываются в свои ЗУ.
Давайте представим, что нам поручили спроектировать цифровую систему передачи четырех речевых сообщений (например, телефонных) по одной линии связи, причем тип линии для нас сейчас не важен. Вспомнив, что речевое сообщение нужно сначала перекодировать в последовательность 0 и 1, подключим к выходу каждого телефонного аппарата АЦП. Разрядность АЦП, мы уже знаем, нужно выбрать равной 8. Для реализации принципа чередования кодовых комбинаций осталось добавить в каждом канале ЗУ. Остальная часть многоканального передатчика нам хорошо знакома: это мультиплексор (М), счетчик (Сч) и генератор тактовых импульсов (ГТИ). Приемник многоканальной системы передачи отличается только тем, что вместо АЦП используются ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи), а вместо мультиплексора - демультиплексор (ДМ). Проект готов.
Но не кажется ли вам, что система получилась достаточно сложной? Ведь каналов может быть не четыре, а, скажем, 30. Это значит, что нужно 30 АЦП, 30 ЦАП, 60 ЗУ - более сотни микросхем! Нельзя ли придумать что-нибудь попроще?
Заметьте, читатель, мы с вами шли проторенной дорогой и наши рассуждения выглядели примерно так: сначала нужно получить из аналоговых сигналов потоки цифровых сигналов, а уже затем эти потоки объединить. Получить более простое решение нам помешала стандартность нашего мышления. Между тем такое решение существует. Более того, оно уже было воплощено в первых разработках американских ИКМ-систем. Попытаемся объяснить его на примере используемой нами техники.