Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

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.

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.