Особенности передачи сигналов

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии: узкополосную передачу и широкополосную передачу.

Узкоополосные системы передают данные в виде цифрового сигнала частоты. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного импульса, или, другими словами, цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания - это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в сетях с узкополосной передачей посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно и передавать их, и принимать.

Распространяясь по кабелю, сигнал постепенно затухает и искажается. Если кабель слишком длинный, на дальнем его конце передаваемый сигнал может исказиться до неузнаваемости или просто пропасть. Чтобы избежать этого, в узкополосных системах используют репитеры, которые усиливают сигнал и ретранслируют его в дополнительные сегменты, позволяя тем самым увеличить общую длину кабеля.

Широкополосные (broadband) системы передают данные в виде аналогового сигнала, который использует некоторый интервал частот. Сигналы представляют собой непрерывные (а не дискретные) электромагнитные или оптические волны. При таком способе сигналы передаются по физической среде в одном направлении.

Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному кабелю одновременно может идти вещание нескольких систем, таких, как кабельное телевидение и передача данных. Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все устройства, связанные с данной системой (например, компьютеры), должны быть настроены таким образом, чтобы работать именно с выделенной частью полосы пропускания. Если в узкополосных системах для восстановления сигнала используют репитеры, то в широкополосных - усилители (amplifiers). В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении, поэтому, чтобы все устройства могли и принимать, и передавать данные, необходимо обеспечить два пути для прохождения сигнала. Разработано два основных решения:

разбить полосу пропускания на два канала, которые работают с различными частотами, при этом один канал предназначен для передачи сигналов, другой - для приема;

использовать два кабеля, в этом случае один кабель предназначен для передачи сигналов, другой -для приема.

Преимущества цифрового сигнала перед аналоговым

Главное отличие цифрового сигнала от аналогового - то что он дискретный.

Аналоговый сигнал всегда непрерывен и определен в каждый момент времени может принимать любые значения.

Цифровой сигнал квантован по амплитуде и является дискретным, область его значений ограничена набором параметров.

Пример для понимания:!!!

Представьте себе аналоговый сигнал в виде медленно меняющейся по высоте волны. Если на ней возникнут какие то провальчики или всплески, мы услышим искажения звука.Это беда аналоговых систем. Теперь представьте, что мы раздробили этот сигнал на узкие вертикальные полосочки, ограниченные сверху той же самой волной, но передавать по проводам будем информацию в виде последовательности коротких импульсов и пробелов-без импульсов. Такой последовательностью управляет специальная схема, она закладывает в комбинацию передаваемых импульсов информацию о номере отрезанной полосочки и ее высоте.При приеме специальное устройство обрабатывает эту последовательность импульсов и восстанавливает плавную кривую, которая получается без искажений, потому что информация о каждой полосочке прошла и перепроверилась обработчиком сигнала. А теперь даже при наличии помех на линии, уровень передаваемых импульсов всегда их превышает и можно просто шумы и помехи срезать, а оставить только самые верхушки импульсов. Главное, что даже не важно, какая амплитуда будет у этих импульсов. Главное, что есть импульс или нет..вот такая приходит гребенка. Сигнал источника воспроизводится 1:1 без искажений, чего не добиться при передаче аналоговых сигналов.

Методы мультиплексирования

Мультиплексирование (англ. Multiplexing) — уплотнение канала, т. е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу, при помощи устройства под названием мультиплексор.

Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).

Используется в сетях мобильной связи для разделения доступа, в оптоволоконных каналах аналогом является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) (где частота — это цвет излучения излучателя), в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагниных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.

Коммутация каналов на основе метода FDM

Техника частотного мультиплексирования каналов (FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется она и для других видов сетей, например сетей кабельного телевидения.

Принцип коммутации на основе разделения частот остается неизменным и в сетях любого вида, меняются только границы полос, выделяемых отдельному абонентскому каналу, а также количество низкоскоростных каналов в уплотненном высокоскоростном.

Спектр модулированного сигнала переносится в другой диапазон, который симметрично располагается относительно несущей частоты и имеет ширину, приблизительно совпадающую с шириной модулирующего сигнала.

Если сигналы каждого абонентского канала перенести в собственный диапазон частот, то в одном широкополосном канале можно одновременно передавать сигналы нескольких абонентских каналов. На входы FDM-коммутатора поступают исходные сигналы от абонентов телефонной сети. Коммутатор выполняет перенос частоты каждого канала в свой диапазон частот. Обычно высокочастотный диапазон делится на полосы, которые отводятся для передачи данных абонентских каналов. Чтобы низкочастотные составляющие сигналов разных каналов не смешивались между собой, полосы делают шириной в 4 кГц, а не в 3,1 кГц, оставляя между ними страховой промежуток в 900 Гц. В канале между двумя FDM-коммутаторами одновременно передаются сигналы всех абонентских каналов, но каждый из них занимает свою полосу частот. Такой канал называют уплотненным. Выходной FDM-коммутатор выделяет модулированные сигналы каждой несущей частоты и передает их на соответствующий выходной канал, к которому епосредственно подключен абонентский телефон.

В сетях на основе FDM-коммутации принято несколько уровней иерархии уплотненных каналов. Первый уровень уплотнения образуют 12 абонентских каналов, которые составляют базовую группу каналов, занимающую полосу частот шириной в 48 кГц с границами от 60 до 108 кГц. Второй уровень уплотнения образуют 5 базовых групп, которые составляют супергруппу, с полосой частот шириной в 240 кГц и границами от 312 до 552 кГц. Супергруппа передает данные 60 абонентских каналов тональной частоты. Десять супергрупп образуют главную группу, которая используется для связи между коммутаторами на больших расстояниях. Главная группа передает данные 600 абонентов одновременно и требует от канала связи полосу пропускания шириной не менее 2520 кГц с границами от 564 до 3084 кГц.