Галкин В.А., Григорьев Ю.А. - Телекоммуникации и сети, страница 14

2.10, г). Егоприменяют в технологиях Ethernet и Token Ring. В манчестерском коде длякодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, т. е. фронт им­пульса. При этом каждый такт делится на две части. Информация кодируетсяперепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта: единицакодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - обрат652. Основы телекоммуникацииным перепадом. Если нужно представить несколько единиц или нулей подряд,то в начале каждого такта происходит служебный перепад сигнала.

Разновид­ностью манчестерского кода является дифференциальный манчестерскийкод (рис. 2.10, д). Здесь наличие фронта в начале такта соответствует переда­че нуля, а его отсутствие - передаче единицы. Середина каждого такта отво­дится для служебных синхронизирующих перепадов сигнала.Манчестерские коды отличаются хорошими самосинхронизирующими свой­ствами, так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачиодного бита данных. Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у би­полярного импульсного. У него отсутствует постоянная составляющая, основ­ная гармоника в худшем случае (при передаче последовательности единиц илинулей) имеет частоту Л^Гц, а в лучшем (при передаче чередующихся единиц инулей) - N12 Гц, как и у кодов AMI или NRZ.Потенциальный код 2B1Q фис.

2.10, е). Название этого кода отражает егосуть - каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющимчетьфе состояния (1Q). Паре бит 00 соответствует потенциал ~2,5В, паре бит01 соответствует потенциал ~0,833В, паре 11 - потенциал +0,8333, а паре 10потенциал +2,5В. При кодировании потенциальным кодом необходимы допол1штельные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых парбит, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую по­тенциального кода. При случайном чередовании бит спектр сигнала в два разауже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность тактаувеличивается в два раза. С помощью кода 2B1Q можно по одной и той желинии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI илиNRZI.

Однако для его реализации мощность передатчика должна быть вьппе,чтобы четыре уровня сигнала четко различались приемником на фоне помех.Дискретная модуляция аналоговых сигналов. Одной из основных тен­денций развития сетевых технологий является передача в одной сети как дис­кретных, так и аналоговых по своей природе сигналов. Источниками дискрет­ных сигналов являются компьютеры и вычислительные устройства, аисточниками аналоговых сигналов - телефоны, видеокамеры, звуко- и видеовоспроизводящая аппаратура.На ранних этапах решения этой проблемы в территориальных сетях все типыданных передавались сигналами в аналоговой форме, при этом дискретные посвоему характеру компьютерные данные преобразовывались в аналоговуюформу при помощи модемов.

Однако по мере развития техники съема и пере­дачи аналоговых данных выяснилось, что передача их в аналоговой форме непозволяет улучшить качество принятых на другом конце линии данных, еслиони существенно исказились при передаче. Сам аналоговый сигнал не даетникаких указаний ни о том, что произопшо искажение, ни о том, как его испра­вить, поскольку форма аналогового сигнала может быть любой, в том числе итакой, которую зафиксировал приемник.

Улучшение же качества линий, осо­бенно территориальных, требует огромных усилий и капиталовложений.662.1. Понятие системы передачи данныхРис. 2.11. Диаграмма ИКМ:flj, ^2» •••> ^4 ~ амплитуды оцифрованного сигнала,,, z^,. моменгыквантования (t^~t^ = t^-t^==T- шаг квантования)Поэтому на смену аналоговой технике записи и передачи звука и изображенияпришла цифровая техника, которая использует так называемую дискретнуюмодуляцию исходных непрерывньпс во времени аналоговых процессов.Дискретные способы модуляции основаны на дискретизации непрерывныхпроцессов как по амплитуде, так и по времени (рис.

2.11). Рассмотрим принци­пы дискретной модуляции на примере импульсио-кодовой модуляции ИКМ(РСМ - Pulse Code Modulation), которая широко применяется в цифровой теле­фонии.Амплитуда исходной непрерьюной функции измеряется с заданным перио­дом, что обеспечивает дискретизацию по времени. Затем каждый замер пред­ставляется в виде двоичного числа определенной разрядности, что означаетдискретизацию по значениям функции - непрерывное множество возможныхзначений амплитуды заменяется дискретным множеством ее значений.

Уст­ройство, которое вьшолняет подобную функцию, называется аналого-цифро­вым преобразователем (АЦП). После этого замеры передаются по каналамсвязи в виде последовательности единиц и нулей. Для этого применяют те жеметоды кодирования, что и в случае передачи изначально дискретной инфор­мации, например, методы, основанные на коде 2B1Q.На приемной стороне линии коды преобразуются в исходную последова­тельность бит в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП), который демодулирует оцифрованные амплитуды непрерывного сигнала, восстанавливая ис­ходную непрерывную функцию времени.Дискретная модуляции основана на теории отобраэюенияНайквиста-Котельникова.

В соответствии с этой теорией, аналоговая непрерывнаяфункция, переданная в виде последовательности ее дискретных по временизначений, может быть точно восстановлена, если частота дискретизации бьша672. Основы телекоммуникацииВ два или более раз выше, чем частота самой высокой гармоники спектра ис­ходной функции. Если это условие не соблюдается, то восстановленная функ­ция существенно отличается от исходной.Импульсно-кодовая модуляция состоит из двух действий.1.

Берутся отсчеты амплитуды входного стенала через какие-то интервалывремени (обычно равные, см. рис. 2.11). По теореме Найквиста-Котельникова эти интервалы должны удовлетворять следующему неравенству:Т < 1/2F,(2.33)где F - частота наивысшей гармоники; Т- интервал или шаг квантования.Соответственно, чем меньше интервал Г, тем выше качество преобразова­ния.2. Полученные отсчеты амплитуды квантуются по уровню и кодируются.Квантование представляет собой округление мгновенного значения амплиту­ды, т. е.

замену этого значения одним из разрешенных значений, отстоящихдруг от друга на конечные интервалы. Шкала разрешенных значений называ­ется шкалой квантования, а интервал между значениями - шагом квантования(см. рис. 2.11). Чем меньше шаг квантования, тем выше качество преобразо­вания. Квантование осуществляет АЦП и его быстродействием определяетсяминимальный возможный шаг квантования. Шкала квантования, в свою оче­редь, определяется разрядностью АЦП.

Например, 8-разрядный преобразова­тель может квантовать амплитуду на 256, а 16-разрядный - на 65536 интерва­лов. Таким образом, в заданном входном диапазоне 8-разрядный АЦП заметитотклонение аналогового сш^нала, если тот изменится не менее, чем на 1/256часть своего максимального значения. Следовательно, по линии передаютсяне сами значения амплитуды сигнала, а номера уровней, что и составляет сущ­ность ИКМ.Кодирование предполагает замену значения квантованного сигнала 8-раз­рядным словом. Такая последовательность операций обеспечивает представ­ление сериями 8-разрядных слов (кодов) любого изменяемого во времени ана­логового сигнала.Преимуществом цифровых методов записи, воспроизведения и передачианалоговой информации является возможность контроля достоверности счи­танных с носителя или полученных по линии связи данных.

Для этого можноприменять те же методы, что и для компьютерных данных (более подробнорассмотрены ниже): вычисление контрольной суммы, повторная передача ис­каженных кадров, применение самокорректирующихся кодов. Для качествен­ной передачи голоса в ИКМ используют частоту квантования амплитуды зву­ковых колебаний в 8000 Гц. Это связано с тем, что в аналоговой телефонии дляпередачи голоса бьш выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточнокачественно передает все основные гармоники голосов. В соответствии с тео­ремой Найквиста-Котельникова для качественной передачи голоса достаточ682.1.

Понятие системы передачи данныхНО выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокуюгармонику непрерывного сигнала, т. е. 2 х 3400 = 6800 Гц. Выбранная в дей­ствительности частота дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запаскачества. В ИКМ обычно используют 7 или 8 бит кода для представления ам­плитуды одного замера. Соответственно это дает 127 или 256 градаций звуко­вого сигнала, что оказывается вполне достаточным для качественной переда­чи голоса.При использовании ИКМ для передачи одного голосового канала необходи­ма пропускная способность 56 или 64 кбит/с в зависимости от того, какимколичеством бит представляется каждый замер.

Если для этого используют7 бит, то при частоте передачи замеров в 8000 Гц получаем:8000 X 7 = 56000 бит/с или 56 кбит/с;в случае 8 бит:8000 X 8 = 64000 бит/с или 64 кбит/с.Стандартным является цифровой канал 64 кбит/с, называемый элементар­ным каналом цифровых телефонных сетей.Передача непрерывного сигнала в дискретном коде требует от сетей жест­кого соблюдения временного интервала в 125 мкс (соответствующего частотедискретизации 8000 Гц) между соседними замерами, т.