1.3.1. Частотное мультиплексирование
1.3.2. Временное мультиплексирование
1.3.3. Временное мультиплексирование двоичных потоков данных
Первые системы телефонной связи использовали отдельные линии передачи для организации каждого канала. Идеи организации передачи нескольких телеграфных каналов по одной линии или идеи мультиплексирования были впервые осуществлены еще в 1918 с помощью механического коммутатора. Под мультиплексированием (связисты используют термин уплотнение) будем понимать объединение нескольких меньших по емкости входных каналов связи в один канал большей емкости для передачи по одному выходному каналу связи. При реализации такого объединения телефонных каналов одной из основных задач является устранение взаимного влияния соседних каналов. До последнего времени широко использовались два метода мультиплексирования:
- мультиплексирование с частотным разделением каналов (частотное мультиплексирование/уплотнение);
- мультиплексирование с временным разделением каналов (временное мультиплексирование/уплотнение).
1.3.1. Частотное мультиплексирование
При частотном мультиплексировании полоса частот выходного канала делится на некоторое число полос (подканалов) n, соответствующих по ширине основной полосе стандартного телефонного канала 4 кГц. Например, на рис. 1-2 показана такая группа из четырех каналов с полосой 4 кГц, отведенной под каждый канал, и частотами, сдвинутыми на 60 кГц в результате амплитудной модуляции.
Каждый канал имеет фактическую полосу пропускания 3.1 кГц и формируется полосовыми фильтрами с частотами среза, сдвинутыми на 4 кГц относительно друг друга. Например, фильтр первого канала имеет частоты среза 60.3 и 63.4 кГц, второго - 64.3 и 67.4 кГц. При больших уровнях .си^ гнала в каналах защитной полосы 900 Гц между каналами недостаточно для устранения перекрестной наводки (телефонного разговора) от соседних каналов.
Для формирования канальных групп используется процедура ОБП-ПН - модулирования несущей и поднесущих по амплитуде с подавлением одной боковой полосы (левой или правой) и подавлением несущей. Схема формирования канальных групп может быть разной. Стандарт CCITT рекомендует следующую систему группирования [1]:
• основная канальная группа (называемая связистами первичной группой) - 12 стандартных телефонных каналов;
• основная супергруппа (называемая вторичной группой) - 5 канальных групп (т.е. 60 каналов);
• мастергруппа (называемая третичной группой) - 5 супергрупп (т.е. 300 каналов) или 10 супергрупп (т.е. 600 каналов), или 16 супергрупп (т.е. 960 каналов)
Различное число мастергрупп и супергрупп может быть использовано в процессе группировав ния, образуя мультимастергруппы (называемые четвертичными группами). Формирование основной канальной группы показано на рис.1-3, где используется двухступенчатая схема: на первой формиру^-ется группа из трех (правых) каналов ОБП - путем модуляции поднесущих 12, 16 и 20 кГц, на второй - канальная группа из 12 (левых) каналов ОБП - путем модуляции поднесущих 84, 96, 108 и 120 кГц. В результате формируется канальная группа с шириной полосы 48 кГц (60-108 кГц), которая используется для модуляции 5 несущих (420, 468, 512, 564, 612 кГц) при формировании супергруппы с шириной полосы 210 кГц (312-522 Гц)и.т.д.
1.3.2. Временное мультиплексирование
Частотное мультиплексирование достаточно сложно в реализации и настройке (как и все аналоговые метод;)При'использовании ИКМ наиболее удобной является схемамультиплексирования с временным
разделением каналов, или, кратко, схема временного мультиплексирования разделением ресурсов с помощью коммутатора (на передающей стороне) который последовательно подключает каждый входной канал на определенный временной интервал (его называют также "тайм-слот" или интервал коммутации", или "цикл"), необходимый для посылки выборки (или какой то фиксированной части) сигнала в данном канале. Сформированный таким образом поток выборок от разных входных каналов направляется в канал связи. На его приемной стороне демультиплексор с помощью аналогичного коммутатора и фильтров нижних частот выделяет отдельные выборки и распределяет их по соответствующим каналам. Важно то, что коммутаторы на передающей и приемной сторонах должны работать синхронно, т.е. должны быть синхронизированы. Схема временного мультиплексирования выборок приведена на рис. 1-4.
Для ИКМ в телефонных сетях коммутатор должен обращаться с периодом равным периоду дискретизации Тд тогда интервал коммутации канала Dtк = Тд / n, где n - число входных каналов мультиплексора, или Dtк = 125 / n [мкс]. Если мультиплексируются 24 канала, то Dtк - 5.208(3) мкс, если 32 канала, то Dtк = 3.90625 мкс. Однако введенное понятие интервала коммутации как фикси-рованной величины верно в идеальном случае. На практике в ряде случаев оно условно, а сам процесс коммутации может быть неравномкрным.
Действительно, для синхронизации коммутаторов должен использоваться некий синхроимпульс или его цифровой аналог (например последовательность вида "11...11" определенной длины).
Если он передается по какому-то внещнему каналу управления, то рассмотренная схема идеального мультиплексирования абсолютно верна, если же используется внутриканальная синхронизация, то процесс синхронизации сводится к вставке так называемого выравнивающего, бита или группы бит после m выборок, либо организации более сложной повторяющейся структуры в потоке выборок, включающей m выборок и k полей определенной длины или выравнивающих бит. Эта структура может быть разной, но она фиксирована для конкретной схемы кодирования ИКМ и носит название кадр или фрейм (frame), в терминологии связистов «цикл». Несколько фреймов могут объединятся в еще более общую структуру называемую мультифреймом (multiframe), в терминологии связистов "сверхцикл".
Период повторения фрейма - это время, требуемое на один полный цикл коммутации с учетом времени вставки выравнивающей группы бит. Пример его вычисления при наличии выравнивающей группы бит рассмотрен более подробно в 1.4.2.
Другим непривычным моментом (в казалось бы ясной схеме временного мультиплексирования, используемой в компьютерных системах) является либо наличие в поле выборки бита сигнализации, уменьшающего разрядную сетку выборки на один бит (с 7 до 6 или с 8 до 7), либо использование для целей сигнализации целых интервалов коммутации или тайм-слотов.
1.3.3. Временное мультиплексирование двоичных потоков данных
При использовании систем цифровой телефонии для передачи данных на входе мультиплексора нет речевых сигналов, которые нужно дискретизировать и квантовать, а есть уже сформированный поток двоичных данных. Для него схема временного мультиплексирования может быть конкретизирована. Она практически совпадает с процедурой мультиплексирования в компьютерных системах. Итак, на входе мультиплексора имеются л входных двоичных последовательностей (происхождение которых может быть и не связано с выборками), поэтому коммутатор мультиплексора может последовательно отбирать из каналов любую логически осмысленную для данной сетевой технологии последовательность бит, составляя из них выходную последовательность. Этот процесс называется интерливингом (interleaving), или чередованием. Различают следующие виды интерливинга:
• бит-интерливинг или чередование битов - на выход последовательно коммутируется по одному биту из каждого канала;
• байт-интерливинг или чередование байтов - на выход последовательно коммутируется по одному байту из каждого канала;
• символьный интерливинг или чередование символов - на выход последовательно коммутируется по одному символу (один ниббл или поле длиной 7 бит (ASCII код - американская версия), или поле длиной 8 бит - байт или октет (ASCII код - международная версия) из каждого канала;
• блок-интерливинг или чередование блоков - на выход последовательно коммутируется по одному блоку (который может быть длиной в несколько байтов или может быть полем целократ-ным другому стандартному формату) из каждого канала.
Схема временного мультиплексирования четырех двоичных потоков данных входных показана на рис. 1-5. Для примера выбран вариант бит-интерливинга, где в используемых об( значениях: 11К ... 14К, 4!К ... 44К. цифры 1, 2, 3, 4 соответствуют номерам бит, а индексы - homi рам каналов. Стрелкой указано направление потока бит.
