Телевизор 

Элементы цифровой системы связи. Цифровая система связи


Владельцы патента RU 2454793:

Изобретение относится к области передачи и приема цифровых сигналов. Техническим результатом является повышение качества восстановления речи за счет снижения уровня шумов квантования на 6 дБ путем увеличения на единицу числа разрядов для передачи модуля отсчета. В цифровой системе связи знак отсчетов не передается и вместо 7 используются все 8 разрядов кодового слова для передачи модуля отсчетов, что снижает шум квантования на 6 дБ и тем самым повышает качество речи на приемной стороне. Введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель, пропускающий на выход только положительные отсчеты, а на приемной стороне - восстановитель отрицательных отсчетов. 2 ил.

Изобретение относится к области передачи и приема цифровых сигналов, описанных в различных источниках, например в:

1. Шмытинский В.В., Котов В.К., Здоровцов И.А.

Цифровые системы передачи информации на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1995.

2. Тюрин В.Л. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1992.

3. Нейман В.И. Системы и сети передачи данных на железнодорожном транспорте. - М.: Маршрут, 2005. - С.127-132.

По технической сущности наиболее близкой к изобретению является цифровая система ИКМ-30, описанная в первом источнике, которая по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках описаны аналоги изобретения.

Прототип-кодер на передающей стороне состоит из устройства управления и последовательно соединенных компаратора, цифрового регистра, устройства преобразования сигналов управления, устройства коммутации ФЭСов, двух формирователей эталонных сигналов (ФЭСов), выход которых подключен к второму входу компаратора, на первый вход которого поступает отсчет аналогового речевого сигнала (PC). Устройство управления подключено своим выходом к управляющему входу компаратора и цифрового регистра, являющемуся выходным блоком кодера. Кодер работает по методу взвешивания, для чего используется 11 эталонов-сегментов. В нем кодирование объединено с квантованием и компандированием сигналов. Нелинейная квантующая характеристика является квази логарифмической, которая получается путем замены плавной логарифмической кривой ломаной линией, состоящей из 8-и прямолинейных отрезков-сегментов в положительной и отрицательной областях, каждый из которых соединен с двумя точками плавной кривой. Длительность каждого последующего сегмента, начиная с 3-го, удваивается по отношению к предыдущему. Внутри каждого сегмента компрессия отсутствует. Каждый уровень отсчета PC в цифровом виде представляется 8-ю разрядами (битами), называемыми кодовым словом. Первый бит несет информацию о знаке отсчета, биты с 2-го по 4-й определяют номер сегмента, в пределах которого находится амплитуда входного отсчета, а остальные с 5-го по 8-й бит определяют интервал линейного квантования в пределах данного сегмента. Структура декодера ИКМ-30 на приемной стороне совпадает со структурой кодера за исключением того, что:

Вместо компаратора с его связями используется дифференциальный усилитель, к одному входу которого подключен выход одного ФЭС, а к другому входу - выход другого ФЭС;

Отсутствует блок управления;

Цифровой сигнал поступает на вход цифрового регистра, а выходной сигнал снимается с выхода дифференциального усилителя.

Видно, что кодер и декодер ИКМ-30 сложны, а модуль отсчета PC определяется 7-ю разрядами, а не 8-ю, при которых качество восстановленной речи удовлетворяет требованиям коммерческой телефонной связи. При 7-и разрядах шумы квантования выше на 6 дБ, чем при 8-и разрядах.

Основным недостатком прототипа является повышенный на 6 дБ уровень шумов квантования по сравнению с требуемым.

Техническим результатом изобретения является повышение качества восстановленной речи за счет снижения уровня шумов квантования на 6 дБ, что достигнуто путем увеличения на единицу числа разрядов для передачи модуля отсчета.

Сущность изобретения состоит в том, что в цифровую систему связи, состоящую на передающей стороне из источника аналогового речевого сигнала (PC), дискретизатора по времени, компрессора уровня отсчетов, расширителя отсчетов, цифрового кодера, преобразователя параллельного кода в последовательный, усилителя импульсов, линии связи, а также из генератора импульсов, блока задержки импульсов по времени, генератора тактовых импульсов, причем, генератор импульсов своим выходом подключен к высокочастотному (в.ч.) входу дискретизатора непосредственно и ко второму входу расширителя отсчетов - через блок задержки по времени, а выход генератора тактовых импульсов подключен непосредственно к тактовому входу преобразователя кода, а на приемной стороне - из последовательно подключенных к линии связи усилителя импульсов приемника, регенератора импульсов, преобразователя последовательного кода в параллельный, цифрового декодера, экспандера отсчетов, фильтра нижних частот, дополнительно введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, через который подключен выход дискретизатора PC к входу компрессора, а на приемной стороне - последовательно подключенные к выходу экспандера фильтр огибающей отсчетов, преобразователь однополярных импульсов в двухполярные, дискретизатор по времени генератором импульсов, подключенным к его второму входу, интегратор по времени, к выходу которого подключен фильтр нижних частот.

Существенным отличием изобретения является передача только положительных отсчетов, а отрицательные отсчеты восстанавливаются на приемной стороне. Это позволило не передавать знак отсчета, а его бит использовать для передачи положительных отсчетов. В этом случае в кодовом слове не 7, как в прототипе, а 8 бит, отчего шум квантования уменьшен на 6 дБ. Введенные элементы реализуют сказанное.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенной цифровой системы связи, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу. На фиг.1 обозначено: 1 - источник аналогового речевого сигнала (PC), 2 - дискретизатор PC по времени, 3 - генератор импульсов, 4 - однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, 5 - компрессор уровня отсчетов, 6 - расширитель длительности отсчетов, 7 - блок задержки импульсов по времени, 8 - цифровой кодер отсчетов, 9 - преобразователь параллельного кода в последовательный, 10 - генератор тактовых импульсов, 11 - усилитель импульсов цифрового сигнала (ЦС), 12 - линия связи, 13 - усилитель импульсов, 14 - регенератор импульсов, 15 - преобразователь последовательного кода в параллельный, 16 - декодер ЦС, 17 - экспандер, 18 - фильтр огибающей, 19 - блок исключения постоянной составляющей сигнала, 20 - дискретизатор по времени, 21 - генератор импульсов дискретизации, 22 - усилитель-ограничитель амплитуды импульсов, 23 - интегратор по времени, 24 - фильтр нижних частот (ФНЧ). Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы предложенной цифровой системы происходит следующим образом.

На передающей стороне речевой сигнал с блока 1 поступает на н.ч. вход дискретизатора 2, на в.ч. вход которого подаются импульсы малой длительности с генератора 3. Частота следования этих импульсов определяется теоремой Котельникова и равна 8 кГц. С выхода блока 2 разнополярные отсчеты поступают на вход однополупериодного выпрямителя 4 с активной нагрузкой, который пропускает на свой выход только положительные отсчеты. Эти отсчеты компрессируются по уровню в блоке 5, после чего поступают на вход расширителя отсчетов, на другой вход которого подаются импульсы с генератора 3 через блок 7 задержки по времени на длительность τ. На выходе блока имеют место отсчеты прямоугольной формы разной амплитуды, но одинаковой длительности τ, которые поступают на вход кодера 8. Здесь амплитуда отсчета преобразуется в цифровой 8-и разрядный сигнал параллельного кода, который поступает на один вход преобразователя 9 параллельного кода в последовательный. На второй вход блока 9 подаются тактовые импульсы с генератора 10. С выхода блока 9 ЦС последовательного кода поступает через усилитель 11 в линию связи 12. На приемной стороне ЦС с линии связи поступает через усилитель импульсов 13, регенератор импульсов 14 на информационный вход преобразователя 15 последовательного кода в параллельный, на тактовый вход которого поступают импульсы с блока 14. С блока 15 ЦС поступает в декодер 16, на выходе которого имеют место отсчеты PC. Эти отсчеты расширяются по уровню в экспандере 17, компенсируя сжатие в компрессоре на передающей стороне, после чего поступают на восстановитель отрицательных импульсов, которые были исключены на передающей стороне выпрямителем 4. Первым блоком восстановителя, обведенного пунктирной линией, является фильтр 18 огибающей отсчетов, на выходе которого имеют место однополярные н.ч. импульсы, как показано на фиг.2. Блок 19, представляющий собой конденсатор большой емкости, устраняет постоянную составляющую этих импульсов, отчего они из однополярных преобразуются в двухполярные, как показано на фиг.2 с помощью пунктирной линии. Эти двухполярные импульсы поступают на н.ч. вход дискретизатора 20, на в.ч. вход которого поступают импульсы с генератора 21 той же частоты, что и с блока 3. В блоке 20 восстанавливаются отрицательные импульсы, которые после усиления и ограничения по амплитуде в блоке 22, как показано на фиг.2, поступают на вход интегратора 23 по времени. В нем восстанавливается PC со ступенчатой огибающей, которая преобразуется в плавную в ФНЧ 24, являющемся выходным блоком приемника.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества восстановленной речи на выходе приемника за счет снижения шумов квантования на 6 дБ, что получено путем исключения передачи отрицательных отсчетов и увеличения разрядности кодового слова на единицу. Сказанное реализовано введенными элементами.

Цифровая система связи, состоящая на передающей стороне из последовательно соединенных источника аналогового речевого сигнала (PC), дискретизатора по времени, компрессора уровня сигнала, расширителя длительности отсчетов, цифрового кодера, преобразователя параллельного кода в последовательный, усилителя, линии связи, а также из генератора импульсов, блока задержки импульсов во времени, генератора тактовых импульсов, причем генератор импульсов своим выходом подключен к высокочастотному входу дискретизатора непосредственно и к второму входу расширителя длительности отсчетов - через блок задержки во времени, а выход генератора тактовых импульсов подключен непосредственно к тактовому входу преобразователя кода, а на приемной стороне - из последовательно подключенных к линии связи усилителя импульсов, регенератора импульсов, преобразователя последовательного кода в параллельный, цифрового декодера, экспандера уровня сигнала, фильтра нижних частот (ФНЧ), отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, через который подключен выход дискретизатора PC к входу компрессора, а на приемной стороне дополнительно введены последовательно подключенные к выходу экспандера фильтр огибающей отсчетов, преобразователь однополярных импульсов в двухполярные, дискретизатор по времени с генератором импульсов, подключенным к его второму входу, интегратор по времени, к выходу которого подключен ФНЧ, являющийся выходным блоком приемника.

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для передачи управляющей информации в системе беспроводной связи с использованием кода с малой плотностью проверок на четность (LDPC).

Цифровые системы сотовой связи.

Существует несколько стандартов цифровых систем связи: европейский GSM (Global System for Mobile communications), американский – традиционно использующийся в США PCS (Personal Communications Service), английский (DCS – Digital Cellular System) DCS-1800, являющийся прямым аналогом GSM–1800, японский JDS (Japan Digital System) и СDМА (Code Division Multiple Access).

GSM (Global System for Mobile communications) – это стандарт, определяющий работу в радиотелефонных сетях общего пользования. В России для работы сотовых систем общего пользования систем GSM выделен частотный диапазон 900 МГц. Стандарт GSM-900 (как, впрочем, и NMT-450i) получил статус федерального. Сеть GSM–900 работает в диапазонах частот 900 (или 1800) МГц. В диапазоне 900 МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот в диапазоне 890–915 МГц, а принимает на частотах 935–960 МГц. В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45МГц) шириной по 200 кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123.

В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.

В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200 кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7) или восемь канальных интервалов.

Система с уплотнением каналов по частоте позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые в свою очередь уплотняются по времени излучения еще на 8 каналов. В стандарте GSM несущая частота сигнала изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества. Поэтому, когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из строго отведенных временных интервалов – иначе создаются помехи в других каналах. В соответствии с вышеизложенным отметим, что работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577 мкс, а всего цикла – 4616 мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата.

Таким образом, последовательность импульсов, которая образует физический канал передачи GSM, характеризуется номером частоты и номером временного канального интервала. На основе этой последовательности импульсов организуется целая серия логических каналов, которые различаются своими функциями. Кроме каналов, передающих полезную информацию, стандартом предусматривается ряд каналов, передающих сигналы управления, а также организация прямой двусторонней связи с сотовыми терминалами (или цифровыми устройствами обработки информации). Подобные технологии различаются по наличию инфракрасного (IR-ID) или радиочастотного (Bluetooth, ZigBee и т. п.) интерфейсов малого радиуса действия, которые предназначены для связи находящихся рядом устройств. Большая часть сценариев подобных интерфейсов включает вариант, когда одно из устройств является устройством беспроводной коммуникации стандарта WAP. Реализация таких каналов и их работа находятся под управлением операционной системы (ОС) абонентских устройств.

В виду того, что многие устройства Bluetooth могут являться участниками телеконференций (WAP Forum), существует реальная угроза вирусной атаки ОС сотовых терминалов. По данным компании F-Secure, проникновение вируса Cabir на мобильные телефоны уже было зарегистрировано на Филиппинах, в Сингапуре, Арабских Эмиратах, Китае, Индии, Финляндии, Турции и Вьетнаме. В качестве первого российского носителя сетевого «червя» выступил телефон Nokia 7610. Анализ содержащейся в мобильном телефоне информации показал, что вредоносный код полностью идентичен оригинальному варианту Cabir, обнаруженному в июне 2004 года. Это дает основания для неутешительного вывода: сетевой «червь» уверенно распространяется по всему миру, инфицируя мобильные телефоны Symbian OS.

СDМА – (Code Division Multiple Access) – система цифровой сотовой связи с кодовым разделением каналов на основе использования шумоподобных сигналов. В отличие от других цифровых систем, которые делят отведенный диапазон на узкие каналы по частотному (FDMA) или временному (TDMA) признаку, в стандарте CDMA передаваемую информацию кодируют и код превращают в шумоподобный широкополосный сигнал так, что его можно выделить снова, только располагая кодом на приемной стороне. При этом одновременно в широкой полосе частот можно передавать и принимать множество сигналов, которые не мешают друг другу. Основой метода разделения каналов с реализацией многостанционного доступа с кодовым разделением CDMA-1 (в реализации компании Qualcomm) являются расширение спектра методом прямого кодирования последовательности данных последовательностями Уолша (Walsh Coding).

Одно из преимуществ цифровой связи с шумоподобными сигналами – защищенность канала связи от перехвата, помех и подслушивания. Именно поэтому данная технология была изначально разработана и использована для вооруженных сил США, и лишь совсем недавно американская компания Qualcomm на основе этой технологии создала стандарт IS-95 (CDMA-1) и передала его для коммерческого использования.

Как уже указывалось, технология CDMA обеспечивает высокое качество сигнала при снижении излучаемой мощности и уровня шумов. В результате можно добиться минимальной средней выходной мощности, значение которой в сотни раз меньше значений выходной мощности других, используемых в настоящее время стандартов. Это позволяет уменьшить воздействие на организм человека и увеличить продолжительность бесперебойной работы без подзарядки аккумулятора. Так, излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMA составляет менее 10 мВт, что на порядок ниже мощности, требуемой, например, в системах с временным разделением каналов TDMA. Эффективное использование радиочастотного диапазона с возможностью многократного использования одних и тех же частот в сети (высокая спектральная эффективность) увеличивает емкость CDMA в 10–20 раз по сравнению с аналоговыми системами и в 3–6 раз превышает плотность других цифровых систем.

Наконец, в стандарте предусмотрен плавный переход между сотами (или секторами в пределах одной соты), что позволяет осуществлять «мягкий» переход от одной соты к другой, в отличие от GSM, где такой переход происходит скачкообразно, что приводит к короткому временному разрыву соединения.

Тенденции развития технологий сотовой связи.

Развитие цифровых систем связи предполагает создание нового четвертого поколения (4G) сотовых систем связи. На сегодня 3G-технологии представлены в выборе из 3 стандартов:

§ W-CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access), предусматривающий переход к 3G от технологий GSM;

§ cdma2000 (компании Qualcomm), которая ориентирована на замену технологии CDMA-1 (cdmaOne);

§ DoCoMo – японская система, согласованная с W-CDMA, ориентированная на переход с систем, использующих временной (TDMA) принцип разделения каналов (Time Division Multiple Access).

Несмотря на неопределенность в выборе конкретного стандарта, Институт Европейских Стандартов Телекоммуникаций уже разрабатывает соответствующий стандарт UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Так, для UMTS-систем выделены два частотных диапазона – 1885–2025 МГц и 2110–2200 МГц. Определен набор функциональных возможностей средств связи, к наиболее важным функциям отнесены:

§ речевые вызовы;

§ видеотелефония;

§ IP-телефония;

§ передача видеоизображения в режиме «live» по WAP-протоколу;

§ трансляция аудио-репортажа;

§ прием телевизионных программ;

§ видео- и фотосъемка;

§ скоростной доступ к сети Internet включая WEB-браузинг с использованием технологий WAP и GRPS;

§ мобильный офис;

§ определение местоположения абонента по картам и путеводителям;

§ электронная почта, шопинг и коммерция.

Очевидно, что для обеспечения перечисленного в абонентском терминале 3G должна быть видеокамера. Для просмотра телепрограмм необходим цветной жидкокристаллический экран достаточно большого размера. Услуги мобильного офиса, а также игры требуют высокопроизводительного процессора, большой памяти и удобных клавиатуры и манипулятора. Работа всех этих устройств должна обеспечиваться батареей электропитания достаточно большой емкости. И главное – такой прибор должен быть очень компактным, не превосходящим по размеру привычный сотовый телефон.

Предполагается, что по исполнению радиосредства, разрабатываемые для 3G, будут делиться на две категории: интеллектуальные телефоны и планшетные компьютеры. Сегодня примером первых могут служить аппараты, сочетающие в себе мобильный телефон под управлением операционной системы. Вторые лучше всего можно представить планшетными компьютерами оснащенными модулями связи GSM, G3 или WiMax.

Фаза внедрения 3G подходит к завершению и в России ведущие операторы уже получили лицензии на эксплуатацию технологий LTE, (Long Term Evolution).

LTE - это не апгрейд 3G, это более глубокое изменение, знаменующее переход от систем CDMA к системам OFDMA, а также переход от систем с коммутацией каналов к коммутации пакетов. Проблемы перехода на LTE включают необходимость в новом спектре для получения преимуществ от широкого канала, (который в опытном порядке уже осуществлен в республике Татарстан). Кроме того, требуются абонентские устройства, способные одновременно работать в сетях LTE и 3G для плавного перехода абонентов от старых к новым сетям.

Внедрение LTE обеспечивает возможность создания высокоскоростных систем сотовой связи, оптимизированных для пакетной передачи данных со скоростью до 300 Мбит/с в нисходящем канале (от базовой станции к пользователю) и до 75 Мбит/с в восходящем канале. Пиковые скорости передачи данных в ранних реализациях должны составлять более 100 Мбит/с в нисходящем канале и более 50 Мбит/с в направлении от пользователя. Реализация LTE возможна в различных частотных диапазонах - от 1.4 МГц до 20 МГц, а также по различным технологиям разделения каналов - FDD (частотное) и TDD (временное).

Цифровая связь, и предпосылки ее использования.

Современное поколение уже не удивить словами модем, выделенная линия или “коннект”. Особенно это относиться к “фидошникам” или к людям так или иначе связанным с сетью Интернет. Но часто возникают недопонимания между операторами связи и абонентами, именно из-за проблем модемной связи по коммутируемой или выделенной линии. Кроме того, постоянно в конференциях и “фидошных эхах” идут обсуждения “какие номера с какими лучше вяжутся, какие модемы лучше держат коннект, а какие хуже”. Как это не прискорбно, но такие споры и обсуждения редко рождают истину. В такой ситуации всем сильно не хватает технической поддержки местного оператора связи.

Чаще всего все претензии абонента насчет плохих скоростей соединения модемов не принимаются, и ответ прост: изоляция в норме, постороннего нет. А причины плохой связи могут крыться в таких тонкостях, которые в голосовой связи ни когда не проявляются. Для разных типов Автоматических Телефонных Станций (АТС), такие причины могут быть разные.

Механические АТС (Координатные и Декадно-шаговые).

Это уже устаревшие типы АТС, но, тем не менее, еще используются на территории России ввиду дороговизны новых и тяжелым экономическим положением в стране. И конечно нельзя не упомянуть что кабельное хозяйство российских операторов связи на 40% 60-х годов. Именно на этих станциях обычно не используется никакого оборудования уплотнения, и качество связи зависит только от оборудования механической коммутации. Общая структура взаимодействия АТС и абонентов показана на рисунке:

В Томске на механических АТС работают номера, начинающиеся на цифры: 21, 22, 23, 25, 77, 78.

С одной стороны преимуществом является то, что, соединившиеся абоненты соединены физической двухпроводной линией. То есть рабочий диапазон такой линии от 300 Гц до 20 кГц, что теоретически позволяет при использовании широкополосных модемов получить скорости обмена до 2 Мбит, а в редких случаях и больше. Но такие оптимистические цифры в реальных соединениях невозможны из-за нескольких факторов:

Качество коммутационных контактов на АТС очень низкое.

Очень высокий “шум станции”.

Сильные перекрестные помехи в кабельных магистралях (50-100 парный кабель с малым количеством витков на метр).

Подверженность кабельных магистралей многим природным факторам и электромагнитным помехам (многие встречались с тем, что кабель, подходящий к вашему дому или офису, либо “замокает” при дожде, либо прослушивается сторонний разговор).

Несколько лет назад в Томске эта проблема была частично решена ЦСП (Цех Систем Передачи), введением развитой сети ИКМ – трактов (Импульсно-кодовая модуляция). На схеме №2 схематично показаны отличия многопарных кабельных магистралей и ИКМ – трактов:


Как видно из рисунка многопарный медный кабель из-за дороговизны обслуживания и низкого качества соединения теперь используется эффективнее. Но на смену пришла ВОЛС (Волоконно-оптический линия связи), которая передает цифровой поток со скоростью до 300Мбит/с и более(скорость передачи цифрового потока по 4-парному медному проводу 2Мбит/с). То есть теперь абонентское соединение после коммутации на механической АТС аналоговый сигнал выходит со станции и входит в оборудование ЦСП. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) превращает этот сигнал в цифровой поток 64кбит/с на передачу и 64кбит/с поток в аналоговый сигнал на прием. Потом 30+2 цифровых потока (2 управляющих) по 64кбит/с объединяются в один 2Мбит-ный поток E1 (ИКМ-тракт). В ВОЛС входит до 64 потоков E1. С другой стороны магистрали ситуация повторяется с точностью до наоборот. С ВОЛС снимаются 64 цифровых потока E1, далее каждый разбирается на 64кбит-ные потоки, и подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Получившийся аналоговый сигнал поступает на станцию, и после коммутации к абоненту.

Проанализируем, какие преимущества и недостатки дает переход на цифровое уплотнение оператору связи, а какие абоненту:

Преимущества.

Оператор связи:

ВОЛС не подвержены проникновению влаге и электромагнитным помехам, следовательно, дешевле обходиться прокладка шахт и обслуживание.

Гибкость такого решения позволяет модернизировать объемы межстанционных соединений без дополнительных работ.

Экономия на стоимости кабеля 1м 100-парного медного кабеля стоит на сегодняшний день дороже, чем 1м двухжильного оптического волокна.

Абонент:

Качество связи повышается за счет уменьшения перекрестных помех межстанционных соединений.

Расстояние между абонентами перестает влиять на качество связи (ВОЛС может передавать сигнал на десятки километров без потерь, кроме того, за счет передачи сигнала в цифровом виде можно использовать алгоритмы коррекции).

Недостатки.

Оператор связи:

Сложность и дороговизна решений с цифровой передачей.

Необходимость формирования и обучения служб монтажа и обслуживания ВОЛС.

Абонент:

Проблемы, обусловленные прохождением через АЦП/ЦАП и оборудование уплотнения: диапазон рабочих частот 300-3300Гц, “джиттер” (дрожание фазы) и временные задержки (в голосовой связи незаметные).

Перекрестные помехи на магистралях распределительных шкафов, попадание влаги в шахты магистралей (проблема последней мили).

Так как механическая коммутация происходит с аналоговым сигналом, шумы станции попадают в линию, как и прежде без применения ИКМ-трактов.

Преимущества оператора связи очевидны, так же как и абонента. А вот недостатки вызывают сомнение, повышает ли введение ИКМ-трактов качество обслуживание. Уменьшение рабочего диапазона частот делает невозможным использование широкополосых модемов, а “джиттер” должен отрицательно повлиять на скорость соединения.(алгоритм АЦП!!) В то же время перекрестные помехи не исчезнут совсем, так как от станции до распределительного шкафа магистраль проведена медным кабелем. И в завершении “шум станции”, который не уменьшился и не увеличился, наводит на мысли что переход на цифровые ИКМ-тракты в межстанционных магистралях на механических станциях, не дают преимуществ для модемной связи абонента.

Выделенные линии (прямые линии).

Часто для объединения локальных сетей двух удаленных офисов применяют постоянное модемное соединение. Но для максимальной эффективности такого решения применяют не обычную коммутируемую линию, имеющую ряд вышеперечисленных недостатков, а прямую (выделенную) линию. По определению прямая линия – это выделенная только для нужд абонента некоммутируемая физическая линия (см. рис.).


Как видно из рисунка, предоставление абонентам прямой линии требует выделение свободной пары во всех магистралях по пути ее установки. На станцию пара не заходит, а соединяется с парой из следующей магистрали в кроссе . И важным свойством прямой линии является то, что она не заходит ни в ИКМ-тракт или другое оборудование уплотнения, а, следовательно, рабочий диапазон частот не ограничен 3,3кГц и нет потерь из-за временных задержек и дрожания фазы. И последним важным фактором является полная длина прямой (чем больше длина, тем хуже параметры линии), и уже имея этот параметр, можно взяться за выбор модели модемов. В таких случаях рекомендуют либо модемы short-range модемы (модемы “последней мили”), либо широкополосные xDSL модемы с пропускной способностью 2Мбит/с и более.

Short-range модемы или модемы "последней мили" - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных, на сравнительно коротких расстояниях. Например: внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Но в последнее время в связи с вытеснением межстанционных медных магистралей ИКМ-трактами, возможность провести прямую линию абоненту в разных районах города (разные АТС) становиться проблемой. Иногда это решается проведением магистралей между распределительными шкафами, а иногда ни каких вариантов кроме ввода в ИКМ-тракт нет. Это наталкивает операторов связи на внедрение современных технологий цифровых сетей.

Электронные АТС.

В представлении абонента электронные или цифровые АТС - это что-то такое ультрасовременное и недоступное. Хотя в Томске уже более 100000 абонентов обслуживаются именно электронными АТС. Ключевое отличие электронных станций от механических в методе и среде коммутации абонентов.


Механические АТС коммутируют аналоговые линии контактными площадками, управляемыми электромагнитным приводом, в то время как электронные коммутируют пространственно-временными манипуляциями цифровых потоков.

Как видно из рисунка аналоговый сигнал от абонента приходит в абонентский комплект, где объединяется с входным потоком и после эхокомпенсации преобразуется с помощью АЦП в цифровой поток 64 кбит/с. Входной поток аналогично преобразовывается и поступает абоненту (см. рис.).


Важно заметить, что при коммутации теперь происходит не механическое соединение-разъединение, а манипуляция цифровым потоком во внутриканальном пространстве и распределение этого потока в выделенные интервалы передачи. За счет этого электронные АТС имеют идеальное качество “контакта” и благодаря использованию цифровых технологий “шум станции” на линию не проходит. Однако есть и обратная сторона медали: “шум квантования”.

Шум вызван квантованием аналоговых сигналов, необходимый для преобразования аналогового сигнала в цифру перед отправкой по телефонной сети. Входящий аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается как Пульсовый Код Модуляции (Pulse Code Modulation - PCM). Cэмплирующая система использует 256 дискретных 8-битных PCM кодов. Так как аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой код - дискретен, цифровой поток, передаваемый по телефонной сети, воссоздаются на другом конце в приблизительно соответствующий им аналоговый исходный сигнал. Разница между оригинальным сигналом и воссозданным - есть шум квантования , который ограничивает скорость модемов. Шум квантования ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c (по теореме Шенона). Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом.

"Физиология" и "анатомия" цифровой связи стандарта GSM

В последние два десятилетия во всем мире наблюдается интенсивное развитие систем подвижной связи, которые не только весьма удобны, но во многих случаях стали просто незаменимым видом услуг. Весьма широкое использование получили сотовые системы радиосвязи, создание которых стало крупным научно-техническим достижением 80-90-х годов. Для работы этих систем требуется ограниченный спектр радиочастот благодаря пространственному разнесению приемопередатчиков с совпадающими рабочими частотами. Первые такие системы подвижной связи общего пользования появились за рубежом в конце 70-х годов, и с тех пор рост спроса на них значительно опережает спрос на другие услуги связи. К середине 80-х годов аналоговые системы сотовой связи (ACS - Analog Communication System), ставшие первым поколением таких систем, получили достаточно широкое распространение в ряде стран. Однако анализ серьезных недостатков, присущих аналоговым системам (в частности, несовместимость различных стандартов, недостаточно высокое качество связи и ее зависимость от удаления подвижного абонента от базовой станции, сложности с шифрованием передаваемых сообщений и ряд других), в конце 80-х годов показал, что преодолеть их возможно только на основе цифровой техники.

Аналоговый стандарт скандинавской мобильной телефонии (NMT-450 - Nordic Mobile Telephone) использует диапазон частот 453 - 468 МГц. В этом случае предоставляется значительно большая по сравнению с другими стандартами площадь обслуживания одной базовой станции и соответственно меньшие затраты, а также малое затухание сигнала на открытом пространстве. Возможность пользоваться связью на расстоянии в несколько десятков километров от базовой станции при благоприятных погодных условиях даже за пределами гарантированной зоны покрытия, если абонент может подключить высокоэффективные направленные антенны и усилители очень выгодно для обширных территорий с низкой плотностью населения. Обратной стороной медали является слабая помехоустойчивость, поскольку в этом частотном диапазоне уровень различного рода помех и их влияние выше, чем в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц (особенно ощутимо в больших городах, где развита промышленная сеть), и меньшая, чем в цифровых стандартах системы связи (DCS - Digital Communication System), возможность предоставления широкого спектра сервисных услуг. Кроме всего прочего этот стандарт абсолютно не защищен от прослушивания, поскольку его полоса частот типична для приема приемника ультракоротких волн соответствующего диапазона. В довершение ко всему стоит отметить, что аналоговые стандарты планируется заменить цифровыми - например, NMT-450 на GSM-400.

Аналоговый стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазоном частот 825 - 890 МГц характеризуется более высокой, чем у NMT-450, емкостью сетей и более надежной связью в помещениях, низкой восприимчивостью к индустриальным и атмосферным помехам. Однако меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу. Учитывая данные недостатки, был разработан цифровой улучшенный стандарт DAMPS.

Цифровой стандарт DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазон частот 825 - 890 МГц обладает емкостью сетей значительно выше, чем у NMT-450 и AMPS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах, широкий спектр сервисных услуг, а так же емкость сетей сотовой связи, работающих в этом стандарте, ниже, чем в полностью цифровых системах, но все же значительно выше, чем в аналоговых. Если при роуминге абонент из аналоговой сети AMPS попадает в цифровую - DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы, однако в этом случае преимущества цифровой связи недоступны.

Цифровые сотовые сети стали вторым поколением таких подвижных систем связи. Переход на технику второго поколения позволил использовать ряд новых решений, в том числе более эффективные модели повторного использования частот, временное разделение каналов между собой, разнесение во времени процессов передачи и приема при дуплексной связи, эффективные методы борьбы с замираниями и искажениями сигналов, эффективные низкоскоростные речевые кодеки с шифрованием передаваемых сообщений для ведения кодированной передачи, более эффективные методы модуляции и интеграцию услуг телефонной связи с передачей данных, и другими услугами подвижной связи.

Но главная особенность цифровой техники - программное управление многими процессами, включая формирование логических каналов, переключение подвижного абонента между сотами, организация современных протоколов связи на основе эталонной модели взаимосвязи открытых систем (MOSC - Open System Communication Model) международной организации по стандартизации (ISO - International Standards Organization), а также управление с помощью интеллектуальной сети. Эти преимущества определили дальнейшее развитие сотовых систем в 90-х годах на основе цифровой техники.

Существует несколько стандартов цифровых систем связи: европейский GSM (Global System for Mobile communications), американский ADS (American Digital System), традиционно использующийся в США PCS (Personal Communications Service), английский (DCS - Digital Cellular System) DCS-1800, являющийся прямым аналогом GSM-1800, и японский JDS (Japan Digital System). В странах СНГ более широко применяется стандарт GSM. Это стандарт, определяющий работу в радиотелефонных сетях общего пользования, получил распространение в Европе, однако в США принят стандарт PCS-1900, что говорит о его несовместимости с европейским вследствие различных радиочастот, применяемых для связи. В частности, европейский институт стандартизации телекоммуникаций (ETSI - the European Telecommunications Standards Institute) стандартизировал и определил основные положения действующих в настоящее время в Европе стандартов мобильной связи.

Для работы сотовых систем общего пользования в большинстве стран СНГ были выделены частотные диапазоны: 450МГц - для аналоговой системы NMT-450i и диапазон 900МГц - для систем GSM. Эти две системы стандартов NMT-450i и GSM-900 получили статус федеральных. Дальнейшее развитие сотовых систем связано как с освоением для системы GSM диапазона 1800МГц, так и с переходом к третьему поколению сотовых систем, которые позволяют более гибко решать задачи предоставления каналов подвижным абонентам (в том числе с разными скоростями передачи) за счет широкополосных систем передачи и множественного кодового разделения каналов (СDМА - Code Division Multiple Access).

В системах первого и второго поколений с множественным частотным (FDMA - Frequency Division Multiple Access) и временным (TDMA - Time Division Multiple Access) разделением каналов качество связи определяется количеством предоставляемых каналов и нагрузкой, которая ограничивается пучком наличных каналов, а если все они заняты, то абонент получает отказ. В системе же с кодовым разделением ограничение накладывается на помехи. Хотя здесь и имеет место ограниченное число кодов, а также фиксированное количество аппаратных средств формирования каналов, до этих ограничений дело обычно не доходит. Фактическое ограничение пропускной способности возникает из-за того, что все соединения, одновременно использующие весь выделенный спектр частот, могут создавать взаимные помехи. Таким образом, достигается "мягкое" управление пропускной способностью в том смысле, что рост числа пользователей (сверх определенного предела) сопровождается плавным ухудшением качества связи.

Цифровая связь

Цифровая связь - область техники , связанная с передачей цифровых данных на расстояние.

В настоящее время цифровая связь повсеместно используется также и для передачи аналоговых (непрерывных по уровню и времени, например речь, изображение) сигналов, которые для этой цели оцифровываются (дискретизируются). Такое преобразование всегда связано с потерями, т.е. аналоговый сигнал представляется в цифровом виде с некоторой неточностью.

Современные системы цифровой связи используют кабельные (в том числе волоконно-оптические), спутниковые, радиорелейные и другие линии и каналы связи, в том числе и аналоговые.

Линия связи «точка-точка»

Линия связи

Оборудование, осуществляющее формирование данных из пользовательской информации, а также представление данных в виде, понятном пользователю, называется терминальным оборудованием (ООД, оконечное оборудование данных) . Оборудование, преобразующее данные в форму пригодную для передачи по линии связи и осуществляющее обратное преобразование, называется оконечным оборудованием линии связи (АКД, аппаратура канала данных) . Терминальным оборудованием может служить компьютер , оконечным оборудованием обычно служит модем .

Передача сигнала осуществляется символами . Каждый символ представляет собой определённое состояние сигнала в линии, множество таких состояний конечно. Таким образом, символ передаёт некоторое количество информации, обычно один или несколько бит.

Число передаваемых символов в единицу времени называется скоростью манипуляции или символьной скоростью (baud rate). Она измеряется в бодах (1 бод = 1 символ в секунду). Количество информации, передаваемое в единицу времени, называется скоростью передачи информации и измеряется в битах в секунду . Существует распространённое заблуждение, что бит в секунду и бод - это одно и то же, но это верно, только если каждый символ передаёт только один бит, что бывает не очень часто.

Преобразование данных в форму пригодную для передачи по линии/каналу связи называется модуляцией .

Технологии цифровой связи

Следующие технологии находят применение в цифровой связи:

Кодирование источника информации

Сжатие данных

Шифрование данных

Помехоустойчивое кодирование

Любая система связи подвержена воздействию шумов и особенностей линий и каналов связи (и как следствие возникновению искажений), которые могут привести к неправильному приёму сигнала. Для борьбы с возникающими при этом ошибками в сигнал вводится специальным образом сконструированная избыточность, что позволяет принимающей стороне обнаружить, а в некоторых случаях и исправить определённое число ошибок. Существует большое количество помехоустойчивых (ПУ) кодов, различающихся избыточностью, обнаруживающей и исправляющей способностью.

Основные классы помехоустойчивых кодов:

  • Блочные коды , преобразующие фиксированные блоки информации длиной k символов (эти символы могут отличаться от используемых при модуляции) в блоки длиной n символов. При этом декодирование каждого блока производится отдельно и независимо от других. Примеры блочных кодов: коды Хемминга , коды БЧХ , коды Рида-Соломона .
  • Свёрточные коды работают с непрерывным потоком данных, кодируя их при помощи регистров сдвига с линейной обратной связью. Декодирование свёрточных кодов производится, как правило, с помощью алгоритма Витерби .

Модуляция

См. также

Литература

  • Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. - М .: «Вильямс», 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7
  • Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 2000. ISBN 5-256-01434-X
  • Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 2000. ISBN 5-256-01444-7
  • Василенко Г.О., Милютин Е.Р. Расчет показателей качества и готовности цифровых линий связи. - СПб.: Изд-во "Линк", 2007. - 192 с.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Цифровая связь" в других словарях:

    Передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Однако, дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит цифровизация), поскольку аналоговые сигналы … Словарь бизнес-терминов

    цифровая связь - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN digital communication …

    цифровая связь по световоду - skaitmeninis šviesolaidinis ryšys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. fiber optic digital communication vok. faseroptische numerische Kommunikation, f; Lichtfaser Digitalübertragung, f rus. цифровая связь по световоду, f pranc.… … Automatikos terminų žodynas

    ИП «Велком» Год основания 1999 Тип Унитарное предприятие Девиз компании И завтра будет твоим (белор … Википедия

    персональная цифровая связь - (МСЭ Т Q.1741). Тематики электросвязь, основные понятия EN personal digital communicationPDC … Справочник технического переводчика

    Связь в технике передача информации (сигналов) на расстояние. Содержание 1 История 2 Типы связи 3 Сигнал … Википедия

    См. ЦИФРОВАЯ СВЯЗЬ Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов

    - (ЦОС, DSP англ. digital signal processing) преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то… … Википедия

    Цифровая физика, в физике и космологии, совокупность теоретических взглядов, проистекающих из допущения, что Вселенная по сути описывается информацией и, следовательно, является вычислимой. Из данных предположений следует то, что… … Википедия

    цифровая усовершенствованная беспроводная связь - Общеевропейский стандарт беспроводного доступа, который был одобрен ETSI в 1995. Стандарт DECT описывает технологию организации микросотовых сетей для зон с высокой плотностью абонентов (порядка 100 тыс. абонентов/кв.км). Одно из важных… … Справочник технического переводчика

Книги

  • Цифровая схемотехника и архитектура компьютера , Харрис Д.М.. Это дополнительный тираж книги с добавленным Предметным указателем, напечатанный черным и синим цветом как оригинальное американское издание! Также в новом издании исправлены неточности,…