Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Способ реализации частотного уплотнения в оптоволоконных линиях показан на рис. 2.28. Здесь четыре кабеля подходят к одному сумматору,и по каждому из них идет сигнал со своей энергией в своем частотном диапазоне.Четыре луча объединяются и дальше распространяются по одному волокну. Напротивоположном конце они расщепляются разветвителем. На каждом выходном кабеле имеется короткий специальный участок внутреннего слоя, которыйявляется фильтром, пропускающим сигнал только одной длины волны.NataHaus.RUФильтр 1РазветвительФильтр 2РазветвительФильтр 3РазветвительФильтр 4РазветвительКанал 1I.АКанал 2Канал 2Канал 1'60Канал 3п-300Спектробщеговолокна3100ФильтрКанал 3646872РазветвительЧастота, кГцРис. 2.28.
Уплотнение с разделением длины волны606468Частота, ГцЧастота, кГца672'вРис. 2.27. Частотное уплотнение: исходные спектры сигналов (а); спектры, сдвинутыепо частоте (б); уплотненный канал (в)Данный метод не представляет собой ничего нового. Это просто частотноеуплотнение на очень высоких частотах. Поскольку каждый сигнал передается всвоем частотном диапазоне и эти диапазоны успешно разделяются, подобный вариант мультиплексирования может применяться для передачи на большие расстояния. Единственным отличием от электрического частотного уплотнения яв-174Коммутируемая телефонная сеть общего пользованияГлава 2.
Физический уровеньляется в данном случае то, что система, использующаяся для уплотнения, то естьпризма или дифракционная решетка, является абсолютно пассивным, а следовательно, чрезвычайно надежным элементом.Технология WDM развивается с такой скоростью, что компьютерным технологиям остается только стыдиться перед ней своих темпов развития. Она былаизобретена примерно в 1990 году. Первые коммерческие системы использовали8 каналов по 2,5 Гбит/с на канал. К 1998 году на рынке появились уже 40-канальные системы с такой же пропускной способностью канала. В 2001 году былавыпущена система из 96 каналов по 10 Гбит/с (то есть общая пропускная способность составила 960 Гбит/с). Такой емкости достаточно, чтобы передавать30 полнометражных фильмов в секунду (в формате MPEG-2).
В лабораторияхуже работают версии, имеющие 200 каналов. При возрастании числа каналов длины волн различаются на очень малые величины (например, 0,1 нм). В этом случае системы называют плотными WDM, или DWDM (Dense WDM).Следует отметить, что спектральное уплотнение является популярным. Одиноптический кабель обычно работает на частоте не более нескольких гигагерц изза невозможности более быстрого преобразования электрических сигналов в оптические и обратно. Однако возможности самого кабеля гораздо выше, поэтому,объединяя сигналы разных длин волн на одном кабеле, можно получить суммарную пропускную способность, линейно зависящую от числа каналов. Полоса пропускания одного волокна составляет 25 000 Гц (см. рис.
2.6), следовательно, дажепри 1 бит/Гц можно разместить 2500 каналов по 10 Гбит/с (хотя соотношениебит/Гц можно увеличить).Еще одной новой разработкой является оптический усилитель. Раньше необходимо было через каждые 100 км разбивать сигнал на каналы, преобразовыватьоптические каналы в электрические и усиливать последние традиционным способом, после чего выполнять обратное преобразование и объединение. Теперь желюбые оптические усилители могут регенерировать объединенный сигнал целиком через каждые 1000 км, при этом нет необходимости в оптико-электрическихпреобразованиях.В примере на рис. 2.28, изображена система с постоянными длинами волн.Данные из входного кабеля 1 попадают на выходной кабель 3, а из кабеля 2 —в кабель 1 и т.
д. Однако можно построить и коммутируемые WDM-системы.В таком устройстве выходные фильтры настраиваются с помощью интерферометров Фабри—Перо или Маха—Цандера. Чтобы узнать больше про спектральное уплотнение и его применения, читайте (Elmirghani and Mouftah, 2000; Hunter and Andonovic, 2000; Listani и др., 2001).чительно цифровой электроникой, поэтому этот метод в последнее время находит все большее распространение. К сожалению, его можно применять толькодля работы с цифровыми данными. Поскольку по местным линиям передаютсяаналоговые сигналы, то необходимо выполнять аналого-цифровые преобразований на оконечных станциях, на которых все локальные линии соединяются в большие магистрали.Сейчас мы рассмотрим, как несколько аналоговых речевых каналов оцифровываются и затем объединяются в один выходной канал.
Компьютерные данные,посылаемые модемом, также передаются в аналоговом виде по местным телефонным линиям, поэтому нижеследующее описание касается их целиком и полностью. Аналоговые сигналы оцифровываются на оконечной телефонной станцииустройством, называемым кодек (кодер-декодер), которое вырабатывает серии8-битных чисел. Частота дискретизации кодека составляет 8000 отсчетов в секунду (125 мкс/отсчет).
Это связано с теоремой Найквиста, в которой утверждается, что такой частоты достаточно для извлечения всей информации из телефонного канала с полосой частот в 4 кГц. При более низкой частоте часть информациибыла бы потеряна, а более высокая скорость отсчетов была бы излишней. Подобная технология называется кодово-импульсной модуляцией, PCM (pulse-codemodulation). Кодово-импульсная модуляция составляет основу современной телефонной системы. В результате практически все временные интервалы, используемые в телефонной системе, кратны 125 мкс.Когда технология цифровой передачи данных стала реальностью, CCITT таки не удалось достичь соглашения по поводу международного стандарта на кодово-импульсную модуляцию.
И вот теперь в различных странах используется большое количество совершенно не совместимых друг с другом схем.Метод мультиплексирования с разделением времени, используемый в Северной Америке и Японии, называется «носитель Т1». Он изображен на рис. 2.29.(Строго говоря, формат называется DS1, а Т1 — это название носителя, но мы небудем здесь проводить столь жесткого разграничения). Носитель Т1 состоит из24 объединенных речевых каналов. Обычно аналоговые каналы оцифровываются поочередно путем подачи на вход кодека результирующего аналогового потока.
Это оптимальнее применения 24 кодеков с объединением их выходных цифровых сигналов. Каждый из 24 каналов по очереди превращается кодеком в8-битную последовательность, вставляемую в выходной поток данных. Семь битовявляются информационными, а восьмой используется для контроля. Таким образом, получается поток данных в 7 • 8000 = 56 000 бит/с плюс 1 • 8000 = 8000 бит/споток сигнальной информации для каждого канала.Кадр состоит из 24 • 8 = 192 битов плюс еще один бит-ограничитель кадра,итого 193 бита каждые 125 мкс. В результате это дает огромную суммарную скорость передачи данных в 1,544 Мбит/с.
193-й бит используется для синхронизации кадров. Он представляет собой последовательность такого вида: 01010101....Обычно приемник постоянно проверяет состояние этого бита, чтобы убедиться,Не потерял ли он синхронизацию. Если это вдруг происходит, то приемник сканирует принятые данные, отыскивая кадровый бит и с его помощью восстанавливая синхронизацию. Аналоговые пользователи вообще не могут создавать битовые последовательности, поскольку они соответствуют синусоиде с частотойNataHaus.RUМультиплексирование с разделением времениСпектральное уплотнение — это прекрасно, однако в телефонных системах всееще много участков медного провода, поэтому нам необходимо снова вернуться ктрадиционным носителям.
Частотное уплотнение все еще используется при передаче данных по медным проводникам или микроволновым каналам, однако этотребует применения аналоговым схем, что не очень подходит для компьютерныхтехнологий. Временное уплотнение, напротив, может быть реализовано исклю-175176Коммутируемая телефонная сеть общего пользованияГлава 2. Физический уровень4000 Гц, которую невозможно отфильтровать. Цифровые пользователи, разумеется, могут это делать, но вероятность создания именно такой последовательности довольно мала. Кроме того, когда система Т1 используется только для передачи цифровых данных, то информационными являются только 23 канала.
24-йканал целиком выделяется под синхронизирующую последовательность, что позволяет намного быстрее восстановить синхронизацию.193-битовый кадр (125 мкс)|„1Ш1п„.1П7 битов данных ^ чБит 1 используетсян а отсчетдля кадровойд Л Я каждого каналасинхронизацииБ и т 8— сигнальныйРис. 2.29. Носитель Т1 (1,544 Мбит/с)При оцифровывании речевого сигнала было бы соблазнительно попытатьсяс помощью статистических методов уменьшить количество бит, необходимых дляпередачи информации в каждом канале.
Подобные приемы применимы не только для речевых, но также и для любых аналоговых сигналов. Все эти методысжатия основываются на том принципе, что сигнал меняется относительно медленно по сравнению с частотой дискретизации, поэтому большая часть информации в 7- или 8-разрядном числе является избыточной.Один из методов сжатия, называющийся дифференциальной кодово-импульсной модуляцией, заключается в выводе не амплитуды сигнала, а разноститекущего и предыдущего значений амплитуды. Поскольку скачки более чем на±16 уровней на шкале из 128 уровней маловероятны, то вместо 7 бит может оказаться достаточно 5.
Если же сигнал неожиданно совершит большой скачок, токодирующей системе понадобится несколько периодов дискретизации, чтобы догнать убежавший сигнал. При передаче речи такая ошибка, впрочем, вообще может быть проигнорирована.Один из вариантов метода сжатия требует, чтобы значение сигнала в каждомотсчете отличалось от предыдущего на +1 или - 1 . При этом можно передаватьвсего лишь один бит, сообщающий, увеличился сигнал по отношению к предыдущему значению или уменьшился. Это называется дельта-модуляцией (рис. 2.30).Как и любой подобный метод сжатия, дельта-модуляция предполагает, что сигнал изменяется довольно медленно, то есть значения сигналов в соседних отсчетах различаются ненамного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
