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.

147. 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.

148. Коммутация каналов на основе метода WDM

Первичные сети с мультиплексированием по длине волны (WDM и DWDM) используют тот же принцип частотного разделения каналов что и FDN, но только информационным сигналом в них является не электрический ток, а свет. Соответственно, изменяется и частотный диапазон, в котором образуются пользовательские полупостоянные каналы — это инфракрасный диапазон с длинами волн от 850 до 1565 им, что соответствует частотам от 196 до 350 ТГц (1 Т Гц равен 1012 Гц).

В магистральном канале обычно мультиплексируется несколько спектральных каналов — до 16, 32, 40, 80 или 160 (начиная с 16 каналов, такая техника мультиплексирования называется обычно плотной, то есть Dense WDM или DWDM). Внутри такого спектрального канала данные могут кодироваться как дискретным способом, так и аналоговым. По сути, WDM n DWDM — это реализации идеи частотного аналогового мультиплексирования, но в другой форме. Отличие сетей WDM/DWDM от сетей FDM в предельных скоростях, с которыми они могут передавать информацию. Если сети FDM обычно обепечивают на магистральных каналах одновременную передачу до 600 разговоров, что соответствует суммарной скорости в 36 Мбит/с (для сравнения с цифровыми каналами скорость пересчитана из расчета 64 кбит/с на один разговор), то сети DWDM обеспечивают общую пропускную способность до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

149. Коммутация каналов на основе метода TDM

Коммутация на основе техники разделения частот разрабатывалась в расчете на передачу непрерывных сигналов, представляющих голос. При переходе к цифровой форме представления голоса была разработана новая техника мультиплексирования, ориентирующаяся на дискретный характер передаваемых данных. Эта техника носит название мультиплексирования с разделением времен (Time Division Multiplexing, TDM)1. Реже используется и другое ее название — техника синхронного режима передачи.

Аппаратура TDM-сетей — мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры — работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы оборудования ТDМ равен 125 мкс, что соответствует периоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм-слотом. Длительность тайм-слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором ТDМ или коммутатором.

Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоростью 64 кбит/с — 1 байт каждые 125 мкс. В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

□ прием от каждого канала очередного байта данных;

□ составление из принятых байтов уплотненного кадра, называемого также обоймой;

□ передача уплотненного кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной N х 64 кбит/с.

Демультиплексор выполняет обратную задачу — он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

Коммутатор принимает уплотненный кадр по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, и котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в том порядке, который соответствует поддерживаемым в сети соединениям абонентов.

Существует модификация техники ТDМ, называемая статистическим разделением канала во времени (Statistical TDM, STDM). Эта техника разработана специально для того, чтобы с помощью временно свободных тайм-слотов одного канала можно было увеличить пропускную способность остальных.Не нашла широкого применения.