1.5.1.3Мультиплексирование с разделением по времени

Частотное мультиплексирование требует применения аналоговых схем и мало пригодно для управления компьютером. Мультиплексирование с разделением времени или TDM (Time Division Multiplexing) мультиплексирование наоборот предполагает использование цифрового оборудования и хорошо соответствует возможностям компьютера. Следует отметить, что оно подходит только для работы с данными в цифровой форме. Поскольку по абонентской линии телефонный сигнал передают в аналоговой форме, то его надо сначала оцифровать.

Оцифровка сигнала происходит на местном узле коммутации, куда сходятся абонентские линии с аналоговыми сигналами.

На местном узле коммутации аналоговые сигналы с абонентских линий оцифровываются, объединяются и передаются на узлы коммутации следующего уровня по магистральным шинам. Здесь мы рассмотрим как это все происходит.

В разделе 2.2.3 мы подробно рассматривали методы оцифровки аналоговых сигналов, т.е. преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму. Напоминаем, что преобразование сигнала в цифровую форму и обратно осуществляет специальное устройство, называемое кодек (coder-decoder). Есть два основных метода преобразования аналогового сигнала в цифровую форму и обратно. Это метод импульсно кодовой модуляции (ИКМ метод) и разностный метод Дельта модуляции.

Напомним, что в ИКМ методе аналоговая линия сканируется, в соответствии с теоремой Найквиста, с удвоенной частотой старшей гармоники. В случае телефонных систем с частотой 8 000 Гц. Амплитуда аналогового сигнала разбивается на определенное количество уровней. При каждом замере определяется не абсолютное значение сигнала, а его уровень. Номер уровня и передается в виде двоичного кода.

Когда метод ИКМ начал развиваться, МКТТ не смогло сразу договориться и ввести единый стандарт на применение этого метода в телефонии. В результате возникло два варианта: европейский (Е1) и Т1, получивший распространение в США и Японии.

Стандарт Е1 предполагает мультиплексирование 30 каналов. Каждая из 30 линий сканируется с частотой 8 000 Гц. Результаты каждого измерения представляют 8 битовое число. Это означает, что используют 256 уровней в методе ИКМ. В случае стандарта Т1 используют 7 бит, т.е. 128 уровней.

Полученные 240 бит упаковывают в кадр. Кадр в стандарте Е1 содержит 32 канала по 8 разрядов и занимает 125 сек. 30 каналов используют для передачи данных, а два для целей управления. Каждая группа из 24 каналов несет 64 сигнальных разряда. 32 из них ассоциированы с 32 каналами кадра, а вторая половина используется для синхронизации и национальных расширений, т.е. каждая страна может использовать их по своему усмотрению. Таким образом, стандарт Е1 обеспечивает скорость 2.048 Мбит/сек и мультиплексирует 30 линий одновременно.

Стандарт Т1, он показан на рис. 2-36, позволяет мультиплексировать 24 линии, но в каждом канале под данные используются лишь 7 разрядов и один разряд для целей управления. Кадр в Т1 содержит 193 бита и занимает 125 сек, что обеспечивает скорость в 1.544 Мбит/сек. Отметим, что в Е1 из 256 битов кадра 16 используют для служебных целей, в Т1 из 193 битов 24 используют для служебных целей, т.е. Е1 экономнее.

Коль скоро аналоговый сигнал оцифрован, возникает искушение сжать передаваемые данные. Примером такого метода может служить метод разностной импульсно кодовой модуляции. Идея сжатия в этом методе состоит в том, что если разность между последовательными замерами сигнала не превосходит например 8 уровней, в то время как собственно значения колеблются в диапазоне 64, то вместо 6 разрядов цифрового кода нам потребуется всего 3 уровня. Мы уже встречались с частным случаем такого подхода, это так называемая дельта модуляция. Мы рассматривали этот метод в разделе 2.2.3. В этом методе предполагается, что соседние значения отличаются не более чем на 1. Для голоса этот метод работает не плохо.

Другой метод основан на экстраполяции очередного значения на основе предыдущих. Это так называемый метод статистической импульсно кодовой модуляции. В этом методе передается разница между предсказанием и фактическим значением. Очевидно, что на обоих концах канала должен быть использован один и тот же алгоритм предсказания.

TDM мультиплексирование позволяет мультиплексировать уже мультиплексированные каналы. Так согласно стандарту Т1, 4 канала Т1 могут быть объединены в один Т2, затем 6 в один Т3 и 7 в один Т4. См. рис. 2-37. Согласно Е1 каналы могут группироваться только 4, но зато есть 4 уровня вложенности, а не три как в Т1. Поэтому скорость передачи в этом случае E1 – 2.048, Е2 – 8.848, Е3 – 34.304, Е4 – 139.264, Е5 – 565.148 Мбит/сек.