Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

В 1984 году в США и чуть позднее — в Европе стала возникать конкурентная борьба в области связи, которая все поставила с ног на голову. Телефонные компании занялись прокладкой оптического волокна для междугородной телефонии и стали предоставлять услуги высокоскоростного доступа в Интернет, например, по ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, Асимметричная цифровая абонентская линия). Наконец-то стали снижаться искусственно завышенные тарифы на дальнюю связь, за счет которых долгое время удерживались низкие тарифы на местные переговоры. Довольно неожиданно оптоволоконные кабели стали победителями среди средств связи.

Тем не менее у спутников имеются свои области применения, в которых оптоволокно, увы, бессильно. Во-первых, если речь идет о быстром развертывании, преимущество спутников бесспорно. Быстрая реакция крайне важна для военных целей, особенно во время войны, а в мирное время — для служб МЧС. После серьезного землетрясения и последующего цунами в Суматре в декабре 2004 года восстановить связь удалось всего за 24 часа — и все благодаря спутникам. В этом регионе существует рынок поставщиков услуг спутниковой связи, на котором крупные игроки, такие как компания Intelsat, владеющая более чем пятьюдесятью спутниками, арендуют мощности там, где это необходимо. Для клиентов, которые обслуживаются в существующих сетях спутниковой связи, в любой точке земного шара можно быстро развернуть микростанцию VSAT, обеспечив связь со скоростью до мегабита в секунду.

Вторая область применения спутников — связь в регионах с плохо развитой наземной инфраструктурой. Сегодняшние пользователи хотят иметь возможность общаться в любых уголках мира. Сети мобильной связи хорошо покрывают регионы с большой плотностью населения, но в других местах (например, в море или пустыне) они почти недоступны. Iridium же предоставляет услуги голосовой связи по всему миру, даже на Южном полюсе. Кроме того, развертывание наземной инфраструктуры стоит недешево и в большой степени зависит от территориальных условий и прав собственности. В Индонезии используется собственный спутник для внутреннего телефонного трафика. Приобрести его оказалось дешевле, чем проложить подводный кабель между всеми 13 667 островами архипелага.

Третья интересующая нас область — широковещание. Пакет данных, отправленный со спутника, одновременно принимается тысячами наземных станций. Поэтому со спутников вещают многие сетевые телеканалы. На современном рынке даже есть услуга прямого вещания со спутника: спутниковый телевизионный или радиоприемник устанавливается прямо в доме или автомобиле пользователя. Рассылать таким способом можно любое содержимое, не только телепрограммы. Например, передавать данные о стоимости акций, облигаций и ценах на товары тысячам дилеров может оказаться дешевле с применением спутника. Развернуть широковещание с помощью наземных средств будет и дороже, и сложнее.

В целом, основным средством телекоммуникаций на Земле, вероятно, будет комбинация оптоволокна и сотовой радиосвязи, но для некоторых специальных применений будет использоваться спутниковая система. Однако есть одно «но», которое может приостановить развитие всего этого: экономика. Хотя оптоволоконные кабели обладают очень высокой пропускной способностью, беспроводные системы, как наземные, так и спутниковые, вероятно, будут вести очень жесткую политику ценовой конкуренции. Если будет продолжаться удешевление спутниковых систем (например, если какие-нибудь будущие космические корабли будут способны выводить на орбиту одновременно десятки спутников связи), а низкоорбитальные спутники постепенно будут все больше использоваться в телекоммуникациях, то не исключено, что оптоволоконные сети уйдут с ведущих ролей на большинстве рынков.

2.5. Цифровая модуляция и мультиплексирование

Теперь, когда мы изучили свойства проводных и беспроводных каналов, мы обращаем наше внимание к проблеме пересылки цифровой информации. Провода и беспроводные каналы переносят аналоговые сигналы, такие как непрерывно меняющиеся напряжение, интенсивность света или интенсивность звука. Чтобы послать цифровую информацию, мы должны разработать аналоговые сигналы, которые будут представлять биты. Процесс преобразования между битами и сигналами, которые их представляют, называют цифровой модуляцией.

Мы начнем со схем, которые непосредственно преобразовывают биты в сигнал. Эти схемы приводят к передаче в основной полосе частот, в которой сигнал занимает частоты от нуля до максимума, который зависит от сигнального уровня. Это характерно для проводов. Затем мы рассмотрим схемы, которые регулируют амплитуду, фазу или частоту несущего сигнала для передачи битов. Эти схемы приводят к передаче в полосе пропускания, в которой сигнал занимает полосу частот вокруг несущей сигнала. Это характерно для беспроводных и оптических каналов, для которых сигналы должны находиться в заданном диапазоне частот. Каналы часто совместно используются несколькими сигналами. В конце концов, намного более удобно использовать один провод, чтобы перенести несколько сигналов, чем проложить провод для каждого сигнала. Этот вид совместного использования называют мультиплексированием. Это может быть достигнуто несколькими различными способами. Мы рассмотрим методы временного, частотного мультиплексирования и мультиплексирования с кодовым разделением.

Все методы модуляции и мультиплексирования, которые мы описываем в этом разделе, широко используются для проводов, оптоволокна, наземного радио и спутниковых каналов. В следующих разделах мы рассмотрим примеры сетей, чтобы увидеть эти методы в действии.

2.5.1. Низкочастотная передача

Самая простая форма цифровой модуляции — использовать положительное напряжение, чтобы представить 1 и отрицательное напряжение, чтобы представить 0. Для оптоволокна присутствие света могло бы представить 1 и отсутствие света могло бы представить 0. Эту схему называют NRZ( Non-Return-to-Zero, без возвращения к нулю). Это странное название возникло по историческим причинам и просто означает, что сигнал следует за данными. Пример показан на рис. 2.17, б.

Посланный сигнал NRZ отправляется по проводу. С другой стороны, приемник преобразовывает его в биты, выбирая сигнал равномерно по времени.

Сигнал не будет походить на сигнал, который был послан. Он будет ослаблен и искажен каналом и шумом в приемнике. Чтобы расшифровать биты, приемник отображает образцы сигнала в самые близкие символы. Для NRZ положительное напряжение будет указывать на то, что было послано 1, отрицательное напряжение — что был послан 0.