Цифровые каналы связи и кодирование информации в них.

    Для передачи по цифровым каналам аналогового сообщения в виде непрерывной последовательности (телеметрические, метеорологические данные, данные систем контроля и управления) она предварительно оцифровывается. Частота оцифровки обычно равна порядка 8 кГц, через каждые 125 мкс значение величины аналогового сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом. Таким образом, скорость передачи данных составляет 64 кбит/с. 

    Объединение нескольких таких базовых цифровых каналов в один (мультиплексирование) позволяет создавать более скоростные каналы: простейший мультиплексированный канал обеспечивает скорость передачи 128 кбит/с, более сложные каналы, например, мультиплексирующие 32 базовых канала, обеспечивают пропускную способность 2048 Мбит/с. С помощью цифровых каналов подключаются к магистралям также и офисные цифровые АТС.

    Цифровые абонентские каналы в режиме коммутации каналов используются в наиболее распространенной цифровой сети с интеграцией услуг ISDN (Integrated Services Digital Network). По популярности сеть ISDN уступает лишь аналоговой телефонной сети. Адресация в ISDN организована так же, как и в телефонной сети, так как сеть создавалась для объединения существующих телефонных сетей с появляющимися сетями передачи данных. Поэтому сети ISDN позволяют объединять разнообразные виды связи (видео-, аудиопередачу данных, тексты, компьютерные данные и т. п.) со скоростями 64 кбит/с, 128 кбит/с, 2 Мбит/с и 155 Мбит/с на широкополосных каналах связи.

    Заметим, что названием «ISDN» принято именовать и сеть, использующую технологию ISDN, и протокол, применяющий эту технологию.

    Активно развиваются и другие типы цифровых систем, из которых следует отметить модификации технологии цифровых абонентских линий DSL (Digital Subscriber Line). HDSL (High Bit Rate DSL) — высокоскоростной вариант абонентской линии ISDN.

    Конкуренцию ISDN и HDSL могут составить цифровые магистрали с синхронно-цифровой иерархией SDN (Synchronous Digital Hierarchy). В системе SDN имеется иерархия скоростей передачи данных. В магистралях SDN применяются оптоволоконные линии связи и частично радиолинии.

    В цифровых линиях связи передаваемые сигналы в форме прямоугольных импульсов имеют конечное число состояний, обычно 2,3, иногда 4. Такими сигналами передаются компьютерные данные, оцифрованная речь и изображения. За один такт работы передающей аппаратуры передается один элементарный сигнал — 1 бит. Промежуточная аппаратура улучшает форму импульсов и восстанавливает длительность периода их следования. Она также осуществляет уплотнение низкоскоростных каналов абонентов в общий высокоскоростной канал, работая по принципу их разделения во времени, так называемого временного мультиплексирования каналов TDM (от Time Division Multiplexing), когда каждому низкоскоростному каналу выделяется определенная доля времени (квант или тайм-слот) высокоскоростного канала.

    Рисунок 13 иллюстрирует способ кодирования, называемый полярным кодированием: положительное напряжение — логический «0», отрицательное — логическая «1». Этот метод прост и логичен, но имеет существенный недостаток — необходимость синхронизации. 

Рис.13. Полярный код.

 

Рис.14. Манчестерский код.

    По сравнению с манчестерским и разностным манчестерским кодированием более эффективно кодирование без возврата к нулю — NRZ (Non-Return to Zero) за счет простоты в реализации и большей помехозащищенности (рис. 16). Преимуществом этого кода является то, что основная гармоника спектра сигналов достаточно низка и равна N/2 {N — скорость передачи дискретных данных, бит/с). У сигналов, закодированных по другим методам, например, манчестерским, основная гармоника имеет более низкую частоту. Недостатком является отсутствие самосинхронизации, поэтому при высоких скоростях обмена код NRZ не применяется. Другой недостаток кода NRZ проявляется при передаче длинных последовательностей 1 и 0, тогда низкочастотная составляющая приближается к нулю, поэтому в каналах, где нет непосредственного гальванического соединения между источником и приемником информации, этот код не применяется. 

    Однако разработаны модификации метода NRZ-кодирования, устраняющие два указанных недостатка. NRZ код не является самосинхронизирующим (т.е., в самом коде не предусмотрены последовательности, по которым возможно синхронизировать приёмник с передатчиком), поэтому в устройствах передачи данных для синхронизации сигнала применяют скремблирование — в последовательность специально вводят детерминированный процесс (например, стартовый и стоповый бит), по которому происходит синхронизация тактовой частоты приёмника с передатчиком.

Рис. 16. Потенциальный код NRZ.