DALEKOSIĘŻNE ŁACZA CYFROWE
TELEFONIA CYFROWA
Na długo przed powstaniem sieci komputerowych funkcjonowały łącza cyfrowe świadczone przez pocztę. Powodem sięgnięcia po technikę cyfrową była zła jakość łączności analogowej na duże odległości. Sygnał analogowy jest bowiem wzmacniany razem z szumem, który narasta na każdym wzmacniania (dodaje go wzmacniak i kabel).
Cyfrowy sygnał jest regenerowany drogą obcięcia szumu i wzmocnienia, rys.1
Rys.1a,b. Wzmacnianie sygnału analogowego (a) i cyfrowego (b)
PRZETWARZANIE MOWY W CYFRY
Do przetwarzania sygnału analogowe na postać cyfrową służą przetworniki A/C. Najprostszy przetwornik, tzw. flash przedstawiono na rys.2. Zamienia on dowolny sygnał ciągły na sygnały dyskretne, np. ciągły 0 - 1,2V na 8 stanów dyskretnych z rozdzielczością 0,3V. Oczywiście, można stosować znacznie bardziej drobny podział stosująć inny typ przetwornika, np. kompensacyjno-wagowy, albo więcej komparatorów.
Rys.2. Schemat
najprostszego
przetwornika
analogowo-
cyfrowego A/C
Powszechnie stosowanym systemem przetwarzania mowy jest metoda PCM (pulse code modulation). Zamienia ona napięcie mowy liczbami z przedziału 0-255 (8 poziomów kwantowania rozłożonych nieliniowo). Próbki pobiera się co 125us (4kHz – prawo próbkowania Shannona)
ŁĄCZE CYFROWE
Schemat typowego łącza dzierżawionego od poczty przedstawiono na rys.3.
Rys.3. Schemat łącza cyfrowego. Urządzenia DS/CS konwertują sygnał ze standardu obowiązującego w systemach telefonicznych na standard komputerowy (Data Service – Channel Service)
Jednostki CS odpowiadają za terminację łącza (nawiązywanie połączenia, kończenie), diagnostykę i usuwanie awarii. Zapewniają także obsługę pętli zwrotnej oraz zabezpieczenie przed grupowaniem jedynek przypadkowym podwyższeniem prądu. Dla uniknięcia skutków tego ostatniego zjawiska stosuje się często zasadę, że stan 0 jest reprezentowany przez napięcie 0, a kolejne stany 1 na przemian przez +3V i –3V.
Jednostka DS tłumaczy dane z formatu cyfrowego PCM na format stosowany w sprzęcie komputerowym. Jeśli szybkość transmisji jest mniejsza od 56 kb/s, to w komputerze stosuje się interfejs RS-232, a przy większych szybkościach – RS-449 lub V.35
STANDARDY TELEKOMUNIKACYJNE
Ważniejsze standardy stosowane w USA i Europie są następujące:
T1 Szybkość 1,544 Mb/s Liczba kanałów 24 Stosowany – Ameryka Płn.
T2 6,312 96 Jak wyżej
T3 44,736 672 Jak wyżej
E1 2,048 30 Europa
E2 8,448 120 Europa
Z powyższego wynika, że na 1 kanał przeznacza się około 64 kHz pasma, co wynika z reguły próbkowania Shannona: co najmniej tyle próbek w sekundzie, ile wynosi zdwojona największa częstotliwość sygnału analogowego. Dla 4 kHz pasma mowy otrzymujemy szybkosć 8000c/s (okres 125us). Osiem poziomów próbki wymaga dalszego zwiększenia szybkości do 64 000 stanów na sekundę.
Są techniki, które pozwalają zmniejszyć pasmo do 32 kHz (ADM), a nawet – w wojskowych zastosowaniach (vokodery) – do 4,8 kHz i 1,2 kHz. Jakość mowy jest wtedy jednak znacznie niższa. W PCM stosunek sygnał szum wynosi – według wymagań – 30 dB (1000).
ŁĄCZA O MAŁEJ I DUŻEJ POJEMNOŚCI
Firma, która nie potrzebuje całej przepustowości T1, wydzierżawia część tego łącza i stosuje multipleksację z podziałem czasu: impulsy kolejnych użytkowników są wprowadzane do kanału jeden po drugim, a w punkcie odbioru analogicznie selekcjonowane wg kolejności przybycia. Popularna szybkość, to 56 kb/s.
Łącza o dużej pojemności, to łącza międzymiastowe. Stosuje się tu następującą specyfikację (STS – synchronous transport signal, OC – optical carrier):
Standard STS1 (OC1) Przepustowość 51,840 Mb/s Liczba kanałów 810
STS3 155,520 2430
STS12 622,080 9720
... 48
SIECI SONET i SGH
Oprócz STS i OC firmy telekomunikacyjne zdefiniowały szereg dalszych standardów, w tym w USA SONET (synchronous optical network) oraz w Europie SDH (synchronous digital hierarchy). Standard SONET stał się bardzo popularny, wobec tego wydzierżawiając na przykład łącze STS1 należy się liczyć ze stosowaniem w nim specyficznego kodu SONET o 9 wierszach i 90 kolumnach.
PĘTLA ABONENCKA
Terminem tym określa się przysłowiową ostatnią milę w usługach informacyjnych, od świadczeniodawcy do klienta (przeważnie od poczty do budynku firmy lub mieszkania). Ten obszar technologii sieciowej pozostaje mocno w tyle za postępami na magistralach. Niemniej pewne udoskonalenia zostały wprowadzone.
ISDN
Jeszcze w latach 80. wprowadzono ISDN (integrated service digital network). ISDN oferuje 3 rozłączne kanały cyfrowe, tzw. B+B oraz D. Oba B pracują z szybkością 64 kb/s i służą do przekazywania głosu via PCM oraz jednocześnie danych bądź zubożonego obrazu. Kanał D służy do synchronizacji i innych czynności. Można też oba kanały B łączyć w celu uzyskania usługi o wyższej jakości.
ADSL
Asymmetric Digital Subscrber Line. Jest to nowsza technika. Bazuje na dotychczasowym okablowaniu telekomunikacyjnym, np. skrętce i zwiększa znacznie szybkość strumienia do klienta (6144Mb/s) dzięki inteligentnym (adaptacyjnym) modemom, rys.4
Rys.4. Linia
abonencka
ADSL. Modemy
zapewniają
jednoczesną
rozmowę
analogową i
usługę cyfrową,
np. telewizję
Tajemnica dużej przepustowości ADSL tkwi w DMT (discrete multitone modulation). Modemy po włączeniu testują łącze i dopasowują się do niego stosując 286 podkanałów, z czego 255 jest używanych do transmisji danych w strumieniu do klienta, a 31 - w strumieniu wyjściowym.
TELEWIZJA KABLOWA
Skrętka telefoniczna stwarza określone ograniczenia: jest cienka, ma ograniczone pasmo, jest wrażliwa na silne zakłócenia zewnętrzne z powodu braku ekranowania. Lepsze parametry prezentuje pod tym względem osobny kabel miedziany. Pozwala on przenieść kilkadziesiąt kanałów telewizyjnych jednocześnie. Oczywiście pozwala także na pojemne usługi internetowe.
Szczególnie interesujące jest połączenie kabli lokalnych do mieszkań ze światłowodami na pozostałych dłuższych trasach (technika HFC – hybrid fiber coax). Pasmo do 450MHz jest zarezerwowane dla telewizji analogowej (po 6MHz na kanał), pasmo 450-750MHz jest przeznaczone dla komunikacji cyfrowej do klienta, a pasmo 5-50MHz do takiej samej komunikacji od klienta. Usługa ta jest jeszcze mało rozpowszechniona, przynajmniej w Polsce. Dominuje transmisja jednokierunkowa.
SYSTEMY SATELITARNE
Opracowano także szereg technik satelitarnych dla łączności lokalnej. Najczęściej systemy te działają następująco.
Satelita rozgłasza pakiet i wszystkie stacje lokalne otrzymują jego kopię dzięki nadaniu jednoznacznych adresów. Stacje te, podobnie jak karty sieciowe w sieci LAN odfiltrowują pakiety przeznaczone do innych odbiorców. Komunikacja w drugą stronę odbywa się zwykle via linia telefoniczna. Jest to korzystne, ponieważ klient zwykle ma niewiele informacji do zakomunikowania centrali, a pobiera znacznie więcej bezpośrednio z satelity.
Ćwiczenia
1. Jaki sygnał analogowej telefonii najbardziej przeszkadza modemom ADSL? Sygnał dzwonienia
2. Jakiego napięcia używa się do sygnału dzwonienia w telefonii analogowej? Odp. 48 V
3. Jaka jest główna wada usługi satelitarnej? Odp. opóźnienie
4. Jaka jest główna przewaga APCM nad PCM? Odp. mniejsze wymagane pasmo
5. Dlaczego w PCM stosuje się nieliniowe przetworniki i na czym to polega? Odp. nieliniowość służy lepszemu oddaniu częściej stosowanych słabych i umiarkowanych natężeń głosu; nieliniowość polega na stosowaniu zakrzywionej charakterystyki
6. Z czego wynikają róznice w standardach USA i Europy? Odp. z zaszłości historycznych, niekiedy z większej troski o klienta
darkstone