|
| |
|
Слаботочка Книги П П А/\гч, Регенератор Регенератор Рис. 2.3. Регенерация сигналов в цифровой линии передачи приведут к заметным изменениям сигнала, то возникнут ошибки в распознавании дискретов и, следовательно, поступающая на вход приемника информация не будет идентична исходной. Главным достоинством цифровой системы является то, что вероятность возникновения ошибки в линейном тракте можно сделать весьма небольшой, вводя регенераторы в промежуточных точках линий передачи. Если эти точки разместить достаточно близко, то промежуточные узлы будут выявлять и регенерировать цифровые сигналы прежде, чем искажения, возникающие в самом канале, достигнут такого уровня, который приведет к ошибкам при приеме. Как будет показано в гл. 4, суммарную вероятность ошибки при передаче от одного оконечного устройства до другого можно сделать сколь угодно малой, включая в линию передачи достаточное число регенераторов. Самая непосредственная выгода, получаемая при использовании процесса регенерации, состоит в юзможности локализации результатов воздействия помехи на сигнал. До тех пор пока искажения на каком-либо конкретном участке регенерации линии передачи не приводят к ошибкам, влияние этих искажений исключается. В противоположность этому в аналоговых системах происходит накопление помех и искажений по мере прохождения сигнала от одного участка к другому. Отдельные подсистемы большой аналоговой сети связи следует проектировать так, чтобы был возможен тщательный контроль характеристик передачи, который позволил бы обеспечить приемлемое качество передачи сигнала от одного оконечного устройства до другого. С другой стороны, отдельные системы цифровой сети должны быть спроектированы так, чтобы обеспечить некоторый минимум вероятности возникновения ошибки - обычно это легко реализуемая задача. Если число пунктов регенерации в проектируемой полностью цифровой сети достаточно для того, чтобы исключить ошибки в канале, то качество передачи в сети связи определяется лишь процессом преобразования сигнала в цифровую форму, а не системой передачи. Процесс аналого-цифрового преобразования принципиально влечет за собой нарушение точности воспроизведения сигнала, поскольку он заключается в представлении непрерывного аналогового сигнала источника дискретными отсчетами. Однако, выбирая достаточное число дискретов, можно осуществить преобразование аналогового сигнала с ошибкой, не превышающей требуемого значения. Увеличение точности требует большего числа битов при кодировании и, следовательно, более широкой полосы частот для передачи. Следовательно, цифровая система передачи просто обеспечивает определенный компромисс между качеством передачи и шириной полосы (аналогичный компромисс существует при частотной модуляции аналогового сигнала). 2.1.7. Приспосабливаемость к другим видам обслуживания В предыдущем разделе было подчеркнуто, что цифровая система передачи легко приспосабливается к передаче управляющей информации (сигнализации). Этот факт является одним из наиболее существенных аспектов цифровой передачи: любое цифровое сообщение (независимо от того, было ли оно первоначально представлено в цифровой форме или получилось в результате преобразования из аналоговой формы в цифровую) имеет стандартный формат, принятый в системе передачи. Таким образом, система передачи не должна производить анализ вида передаваемой информации и может быть вообще индифферентной к характеру нагрузки, которую она обслуживает. В существующей аналоговой сети принят стандартный телефонный канал с полосой 4 кГц. Все прочие виды связи, такие как передача данных или факсимильная связь, должны быть приспособлены к условиям передачи речевого сигнала, т. е. передаваемая информация должна выглядеть, как речевая. В частности, сигналы данных должны быть преобразованы в аналоговую форму с помощью модемов. Параметры стандартного аналогового канала были оптимизированы по критерию заданного качества передачи речи. Поэтому некоторым характеристикам тракта передачи (таким, как фазовая и импульсная характеристики) было уделено меньшее внимание, чем искажениям, оказывающим более ощутимое влияние на качество передачи. Вместе с тем некоторые параметры канала, выбору значений которых не было уделено большого внимания (например, фазовые искажения), оказались очень важными при высокоскоростной передаче данных. Использование аналоговой сети для организации других видов связи, не предназначенных для передачи речевой информации, может потребовать специальных мер для компенсации различных искажений, сопровождающих передачу сигналов по аналоговым системам. В противоположность этому в цифровых системах единственным параметром, который характеризует качество передачи, является коэффициент ошибок. Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в канале, можно практически полностью исключить, если пользователь применяет методы защиты от ошибок. Дополнительная выгода, которая может быть извлечена от применения общего формата сообщения при передаче информации, состоит в том, что нагрузки, поступающие от источников различных типов, могут быть объединены в общей среде передачи без каких-либо взаимных влияний. Использование общей среды передачи для аналоговых сигналов различных видов связи в ряде случаев осложняется тем, что различные виды связи требуют различного качества передачи. Например, телевизионные сигналы, передача которых должна вестись с более высоким качеством, чем речевых, обычно не передаются в широкополосной аналоговой системе передачи, которая содержит также речевые каналы, объединенные на базе ЧРК [11]. И хотя телефонные компании занимаются в основном вопросами обеспечения абонентов услугами традиционной телефонной связи, тем не менее быстрый рост объема передачи данных способствовал привлечению внимания компаний к тем требованиям, которые предъявляет к каналам связи передача данных. По мере того как цифровые каналы будут становиться все в большей степени доступными пользователям, важные преимущества цифровых систем при передаче данных будут способствовать дальнейшему росту числа видов услуг в неречевых видах связи. 2.1.8. Возможность контроля рабочих характеристик Дополнительная выгода, которая может быть извлечена из независимости структуры сигнала от типа источника в цифровых системах, состоит в том, что качество принимаемого сигнала может быть оценено без знания природы передаваемой информации. Цифровая система проектируется, исходя из условий передачи хорошо определенных импульсов с дискретными уровнями. Любое отклонение параметров сигнала на приемной стороне, которое превышает его номинальное значение, заранее предусмотренное при проектировании системы, должно рассматриваться как снижение качества передачи. Вообще говоря, аналоговые системы нельзя настраивать и испытывать в процессе работы, поскольку неизвестна структура передаваемого сигнала. Линейные сигналы с ЧРК обычно содержат контрольные сигналы (пилот-сигналы), с помощью которых контролируются исправность канала и уровни мощности. Уровень мощности пилот-сигнала служит эффективным средством оценки отношения сигнал-шум только для фиксированного уровня шумов. Поэтому шум и искажения оцениваются путем измерения уровня мощности либо в неиспользуемом для передачи сообщений канале, либо на краю полосы-сигнала. Однако и в том и в другом случае качество передачи в работающем канале непосредственно измерить нельзя. Существует достаточно общий метод определения качества передачи по цифровым линиям - это введение в информационный поток дополнительных битов проверки на четность. Эта избыточность, вводимая в поток данных в виде битов проверки на четность, позволяет на приемном конце достаточно легко оценить коэффициенты ошибок в канале, используя для этого простые цифровые логические схемы. Если коэффициент ошибок превышает заданное значение, то это является признаком ухудшения передачи по тракту. На трактах системы Т1 используется другой метод оценки качества передающего работающего канала. Этот метод основан на контроле некоторой доли избыточности, вводимой в форму сигнала. Если форма с учетом введения избыточности на приемном конце отклоняется от нормальной, то это является признаком наличия ошибок в канале. Полное описание форматов кодирования, используемых в системе Т1, приводится в гл. 4. Другие методы оценки качества передачи в цифровых системах описываются в гл. 4 и 6. Реакция сети на выявляемое ухудшение качества передачи по тракту может быть различной и зависит, главным образом, от того, насколько критична сеть к ухудшению качества передачи в данном тракте. Если ухудшение качества передачи затрагивает небольшое число каналов, то на нижнем уровне иерархии сети вносится обычная запись по текущему обслуживанию системы. В более критических случаях, когда снижение качества затрагивает большое число каналов, включается аварийная сигнализация, оповещающая о повреждении, и вся нагрузка направляется в обход поврежденного оборудования. На самом высшем уровне иерархии сети, где узлы коммутации содержат мощные пучки каналов, перерывы в связи недопустимы, и поэтому сразу, как только обнаруживается ухудшение качества передачи, происходит защитное автоматическое переключение на резервное оборудование. 2.1.9. Простота засекречивания Хотя для большинства абонентов телефонной связи потребность в засекречивании речевой информации невелика, тем не менее та легкость, с которой можно осуществлять скремблирование и дескрем-блирование цифрового потока [12], означает, что цифровая сеть предоставляет дополнительные возможности тем абонентам, которые заинтересованы в засекречивании своих разговоров. В противоположность этому аналоговую речь зашифровать значительно труднее и к тому же такое шифрование не столь надежно, как при засекречивании цифровой речи. Для наиболее полного знакомства с методами засекречивания аналоговой речи читателя можно отослать к литературе [13]. Как уже ранее отмечалось, именно возможность засекречивания речевой информации, представленной в цифровой форме, привлекает внимание военных. 2.2. НЕДОСТАТКИ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ Первая часть этой главы была посвящена рассмотрению основных технических преимуществ, которые могут быть получены в цифровой сети. Чтобы сделать обсуждение более объективным, в этом разделе дадим обзор основных технических недостатков, связанных с построением цифровой сети. Ниже перечислены эти недостатки. 1. Расширение полосы частот. 2. Необходимость аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований. 3. Необходимость временной синхронизации. 4. Топологические ограничения группообразования. 5. Несовместимость с существующим аналоговым оборудованием. 2.2.1. Расширение полосы частот В кратком введении в цифровое преобразование речи, сделанном в гл. 1, было указано, что передача отсчетов аналоговых сигналов требует полосы частот, ширина которой не больше полосы исходного сигнала (по крайней мере, теоретически). Расширение полосы при прохождении цифровых сигналов происходит в связи с тем, что отсчеты представляются в виде двоичных кодовых комбинаций, при передаче которых каждый бит кодовой комбинации отображается отдельным импульсом. Таким образом, система Т1 занимает примерно в 8 раз более широкую полосу частот, чем 24 аналоговых канала, поскольку каждый отсчет аналогового сигнала представляется восьмибитовым кодовым словом. На практике обычно требуется несколько большая полоса частот. На некоторых участках существующей сети связи, таких, например, как абонентские линии, расширение полосы частот не является каким-то недостатком, поскольку имеющаяся полоса частот используется неполностью. В системах междугородной связи полоса частот оказывается важным показателем, поэтому цифровые системы могут стать неэффективными в отношении числа каналов, которые они позволяют организовать. Однако, как уже было ранее отмечено, цифровые системы способны иногда работать при более высоких уровнях шума и переходных помех, особенно в условиях высокой нагрузки, когда переходные помехи велики и становятся, по существу, основным ограничивающим фактором [11]. В исключительно чистых средах передачи, таких, например, как коаксиальный кабель, шум и внешние мешающие воздействия минимальны, и аналоговые системы являются более приемлемыми. Таким образом, при раздельном рассмотрении может оказаться, что междугородные системы передачи целесообразнее было бы строить на базе аналоговых систем. Выбор цифровых систем передачи в таких случаях может быть более предпочтительным лишь тогда, когда исключение любой аналоговой подсистемы диктует полностью цифровая сеть. Расширение полосы частот, возникающее в результате перехода к цифровому представлению речевого сигнала, непосредственно зависит от вида используемого кода или вида модуляции. Допуская большую степень усложнения оборудования модуляции (демодуляции), можно обеспечить большую скорость передачи двоичных символов при данной ширине полосы частот. Более высокая эффективность системы обеспечивается, главным образом, за счет увеличения числа уровней в линейном коде. Однако при ограниченной мощности передачи расстояние между уровнями дискретных сигналов в приемнике сильно уменьшается. Таким образом, передаваемый сигнал теряет устойчивость к шумам и другим мешающим воздействиям, поскольку теперь он имеет более низкую информационную плотность. В гл. 6 приведен обзор способов модулящ1и и соответствующих требований к полосе частот и мощности передаваемых сигналов. 2.2.2. Аналого-цифровое преобразование Хотя обычно считается, что стоимость преобразования, выполняемого в цифровой системе, составляет значительную часть общей стоимости электронного оборудования цифровой системы, следует отметить, что цифровые системы, находящиеся в эксплуатации в настоящее время, были введены по большей части в аналоговое окружение. Поэтому расходы на преобразование оказались больше, чем та экономия, которая могла быть достигнута при использовании другого оборудования, такого, например, как устройства цифрового группообразования и системы коммутации. По мере преобразования сети связи в цифровую сеть будут сокращаться потребность в преобразовании речи и, тем самым, общие расходы на аналого-цифровое преобразование. Кроме того, стоимость электронного оборудования непрерывно снижается; в то же время другие виды расходов, такие, как расходы на линии связи, а также эксплуатационные расходы, становятся все более значительными. Таким образом, можно ожидать, что затраты на преобразования, взятые в процентном отношении к затратам на всю сеть, будут постоянно уменьшаться. 2.2.3. Необходимость временной синхронизации При передаче цифровой информации из одного пункта в другой возникает необходимость в синхронизации, или обеспечении временного соответствия, для управления процессом передачи. Синхронизация определяет моменты времени, когда нужно отсчитывать поступающий сигнал с тем, чтобы решить, какое значение было передано. Оптимальные моменты взятия отсчета обычно соответствуют серединам передаваемых импульсов. Таким образом, для оптимального обнаружения сигнала генератор импульсов отсчетов должен быть синхронизирован с моментами поступления импульсов с линии. В общем случае генерация хронирующих импульсов, используемых при распознавании сигнала, не представляется трудной задачей. В гл. 4 рассмотрены некоторые аспекты этого вопроса, связанные с установлением соответствующих моментов взятия отсчета сигналов, поступающих в приемник с цифровой линии передачи. Однако более тонкая проблема возникает в тех случаях, когда сеть образована несколькими коммутационными станциями, связанными между собой цифровыми линиями передачи. В этом случае мало того, чтобы отдельные элементы сети обеспечивали внутреннюю синхронизацию, необходимо также выполнить некоторые процедуры общесетевой синхронизации прежде, чем допустить взаимодействие отдельных подсистем. В гл. 7 обсуждаются основные методы синхронизации сети связи, а также способы их реализации. Необходимость в синхронизации возникает не только в цифровой сети. Так, при использовании на аналоговых сетях систем 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [15] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |