...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич (онлайн книга без txt) 📗
Потребность в измерении времени возникла у людей уже в глубокой древности, и простейшие системы счета времени - первые календари - появились много тысячелетий назад, на заре человеческой цивилизации. Люди измеряли промежутки времени, сопоставляя их с явлениями, которые повторяются периодически. Это прежде всего смена дня и ночи, она дала людям естественную единицу времени - сутки, смена фаз Луны, происходящая в течение месяца, и смена времен года. Вначале счет времени был весьма примитивным. Но в дальнейшем, по мере развития человеческой культуры и возрастания практических потребностей людей, календари совершенствовались, и в конце концов был создан привычный для нас календарь, названный григорианским в честь папы Григория XIII, осуществившего в 1582 г. реформу действовавшего до этого юлианского календаря.
Иерархия календаря состоит в следующем. За единицу измерения выбраны сутки. Семь суток объединяются в неделю. Из четырех или четырех с половиной недель образуется месяц. Три месяца составляют квартал. Четыре квартала - год. Годы складываются в десятилетия и века, а века в тысячелетия. При необходимости эту иерархию можно продолжить и "вниз" от суток: сутки состоят из 24 ч, час - из 60 мин и т.д.
Иерархия, рекомендованная для цифровых систем передачи, чем-то похожа на иерархию календаря. Прежде всего необходимо было выбрать некоторую единицу измерения - "элементарную" скорость цифрового потока, - единую для всех стран и предприятий, выпускающих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость суммарных цифровых потоков. Такой "единичной" скоростью во всем мире принята скорость передачи цифровой речи, равная, как вы помните, 64 кбит/с. Выбор этой величины в качестве единицы объединения цифровых потоков определяется, скорее, традициями, нежели какими-то другими соображениями. Дело в том, что несмотря на возрастающее многообразие источников информации, их удельный вес в информационных потоках между людьми остается все же пока небольшим. Основным источником информации по-прежнему является человеческая речь. Вот тому пример. В настоящее время доля так называемых телефонных каналов (т.е. предназначенных для передачи голоса, речи) составляет 80-90 % общего числа каналов в системах передачи. По прогнозам специалистов, в будущем эта доля может только увеличиваться, поскольку человек всегда стремится к непосредственному, "живому" общению с другими людьми. Трудно предположить, что по мере развития человеческого общества потребность в телефонных каналах будет уменьшаться.
Еще немного о терминологии. Пусть необходимо объединить в один цифровой поток для передачи его по линиям связи два потока, скорость передачи цифр в каждом из которых равна 64 кбит/с. Это можно сделать с помощью мультиплексора (помните, устройства с поочередно открывающимися "дверями"?).
Скорость цифрового потока на его выходе будет, естественно, равна 128 кбит/с. Таким образом будет создана цифровая система передачи с двумя каналами. Если объединить, скажем, пять таких "стандартных" цифровых потоков, то речь пойдет о пятиканальной цифровой системе передачи со скоростью потока на ее выходе 64х5 = 320 кбит/с. С помощью этой аппаратуры по одной паре проводов (одному оптическому волокну, одному радиостволу) смогут разговаривать одновременно, не мешая друг другу, пять пар абонентов.
Канал, в котором биты "бегут" со скоростью 64000 цифр/с, получил название основного цифрового канала. Возможности любой цифровой системы передачи оцениваются числом организованных с ее помощью именно таких стандартных каналов.
На какое же число каналов рассчитаны современные системы передачи? Прежде чем ответить на вопрос, обратимся к истокам развития систем цифровой связи. Успешное внедрение телеграфной системы Бодо стало сильнейшим стимулом для поиска путей "оцифрования" всех видов информации и в первую очередь телефонных сообщений. Однако только в середине 30-х годов XX в. были сформулированы теоретические основы для создания универсального метода превращения аналоговых, или непрерывных, сигналов в цифровые. Замену непрерывного тока кодированной комбинацией импульсов инженеры назвали импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В сущности, вы с ней подробно знакомились в первой части книги на примере работы аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Поэтому цифровые системы передачи во всем мире называют еще системами передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ-системами).
Разработка техники ИКМ началась в европейских странах, но разразившаяся в 1939 г. вторая мировая война прервала этот процесс и центр научных исследований переместился в Америку. В 1947 г. фирма "Bell" опубликовала первые сообщения о полностью работоспособной системе с ИКМ. Однако до широкого внедрения цифровых систем передачи оставалось еще почти 15 лет. Такая задержка объясняется тем, что не была готова соответствующая элементная база, в частности отсутствовал подходящий маломощный переключающий прибор. В принципе, в то время в качестве переключающих элементов могли использоваться электронные лампы, но они отличались большими габаритами, малой надежностью, большой потребляемой мощностью. В результате аппаратура с ИКМ на основе технологии 1947 г. была громоздкой, ненадежной, сильно нагревалась.
В действительности ключевое изобретение, изменившее данное положение, было сделано в тех же исследовательских лабораториях приблизительно в то же время, когда была создана первая ИКМ-система. Это было изобретение транзистора. Для его разработки потребовалось еще 10 лет. К 1957 г. был получен почти идеальный коммутирующий прибор: небольшой, быстродействующий, надежный и потребляющий незначительную энергию. Через пять лет после этого, в 1962 г., появилась первая коммерческая система передачи ИКМ-24, основная конструкция которой была очень похожа на первоначальную, предложенную 15 лет назад. Система оказалась очень удачной и нашла широкое применение. Цифра 24 указывает на число каналов в ней. После объединения 24 исходных потоков скорость цифрового потока па выходе системы составляла 1,544 Мбит/с.
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 или пять систем ИКМ-24. Чтобы обеспечить их одновременную работу, нужно их выходные потоки объединить. Аппаратура, осуществляющая это объединение, называется по числу образованных каналов - ИКМ-120. Скорость потока на ее выходе составляет 8,448 Мбит/с.
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.
