Цифровые системы сотовой связи. Управление вызовами. Основные сведения о сетях электросвязи

Исторически первой попыткой передать цифру считают телеграф Шиллинга (1832). Постепенно изобретатель, пытаясь снизить число соединительных линий, внедрил методику кодирования печатных знаков двумя состояниями. Аналогично работает азбука Морзе (1840).

Цифровая связь – род электросвязи, использующий дискретные сигналы, как правило, двоичной системы счисления.

История кодирования информации с точки зрения связи

Считаем излишним упоминать опостылевший читателям дым костра пещерных людей. Семафор Шаппа столь же никудышный пример. И тут Википедия, сообщила: Лейбниц, основоположник двоичного счета, интересовался китайской Книгой перемен… Глубочайшие древние знания сегодня недооценивается брезгливо отбрасывающими непонятое неучами. Пойдём узкой тропой.

Древние жители Малайзии использовали комбинированную двоично-десятичную систему счисления. Ритуальные барабаны Африки формировали кодовый сигнал, служащий различным целям.

Древний Египет

Википедия не даст соврать – египтяне хорошо умели считать. Дробей было даже два вида:

1. Египетские получили собственное название. Бытовала запись числа конечной суммой простых дробей. Математики доказали: каждое положительное рациональное число раскладывается указанным образом. Методику переняли многие древние цивилизации.
2. Глаз Гора (напоминает Око Ра), знак даёт защиту, королевскую власть, отличное здоровье. Современные исследователи дали изображению собственные названия, отметив схожесть отдельных элементов с цифрами.

Глаза Гора

Гор считается сыном Осириса и Исиды. Традиционно наделяют головой сокола. Правый глаз древних изображений олицетворяет бога солнца Ра, левый – бога мудрости Тота. Оба являются зеркальными отражениями друг друга. Иероглифы, обозначающие глаз, имеют смысл: делатель; человек, занимающийся трудом. Различные участки изображения представляли единицу, делённую на первые 6 степеней двойки, напоминая современный бинарный код:

1. 1/2. Правая сторона глаза.
2. 1/4. Глазное яблоко.
3. 1/8. Бровь.
4. 1/16. Левая сторона.
5. 1/32. Изгиб, завиток, имитирующий морщину ниже глаза.
6. 1/64. След слезы.

В 2003 году Джим Риттер окончательно доказал несостоятельность теории сходства элементов глаз с иероглифами, обозначающими цифры. Однако терминология прижилась, продолжает активно применяться учёными-математиками. Египтяне применяли делители степень двоек, подсчитывая урожай, объёмы жидкостей. Первые следы употребления датируются 2400 г. до Р.Х. Порядок действий при умножении задействует алгоритм, включающий двоичное представление второго числа.

Книга перемен

Документ, датированный IX в. до Р.Х., демонстрирует систему гаданий в четверичной системе счисления. Базовая система образована:

1. Двойственной природой сил: инь, ян.
2. Восемью триграммами Будуа (общее количество: третья степень числа два).
3. 64 гексаграммами Люшисыгуа (общее количество: шестая степень числа два).

Шао Йонг выстроил гексаграммы согласно порядку возрастания, создав набор чисел. Хотя никогда не пытался использовать картинки, выполняя математические вычисления.

Индия

Древний учёный Пингала (2 в. до Р.Х.) разработал ритмическую систему стихосложения, напоминающую азбуку Морзе – длинные/короткие слоги. Трактат Чандас-шастра стал обрядовой классикой, сопутствующей Ведам. Информация описана матрицей, помогающей снабдить стихотворение неповторимым ритмом. Современный двоичный аналог отсутствует.

Средневековая двоичная система

В 1605 году Фрэнсис Бэкон рассматривал систему двоичного кодирования букв, предлагая визуальную систему распознавания шифрованной информации. Попутно упоминал возможность использования:

1. Колоколов.
2. Огней.
3. Факелов.
4. Мушкетных залпов.
5. Трубных мелодий.

Джон Непер (1617) описал систему двоичных вычислений. Томас Харриот интересовался вопросом, поленившись опубликовать результаты. Позже бумаги были найдены среди рукописей учёного. Первой тематической рукописью считают работу Хуана Карамуэля и Лобковица (1670). Раздел Ru binara arithmetica вводит понятие двоичной системы:

• 1 = а.
• 0 = о.

Попутно богослов упоминает возможность использования основ счисления выше десятичной, предлагая заменять недостающие цифры буквами. 32 = аооо. Поныне используется современными вычислительными системами. Учёный пытался показать: двоичное счисление подсказано природой. Лобковиц опирался на музыкальный строй инструментов. Вплетая витиеватые представления философии, указал небесную подоплёку применения троичной системы. Четыре стороны света увязал на четверичную.

Похожими тропами двигались мысли Харриота, чьи работы составляли тайну для современников.

Лейбниц

Лейбниц заинтересовался проблемой в 1979 году. Первому знакомству с китайским раритетом обязан члену миссионерской общины Иоакиму Буве, посещавшему (1685) страну шелка лично. Гексаграммы подтвердили универсальность собственных христианских мировоззрений Лейбница. Проиллюстрируем не очевидный ход мысли учёного:

1. Христос создан из ничего (Ex nihilo) велением Бога. Противопоставляясь другим людям, созданным из материи. «Нелегко донести язычникам концепцию творения из ничего посредством силы Бога. Теперь каждый может показаться замечательную систему счисления, где мир представлен число 1, ничто – числом 0.» Цитата письма герцогу Брауншвейгу с приложенными гексаграммами.
2. Связка Бытие/Ничто формирует дуалистическую систему.
3. Двоичный счёт является даром небес.

Двадцать пять лет спустя вышел очерк Объяснение двоичной арифметики, использующей числа 0 и 1, дополненное объяснением полезности и связи с китайскими фигурами Фу Си. Семантическое представление значений идентично общепринятому современному. Учёный потрудился выстроить гексаграммы (см. выше), получив мощное средство производства вычислений.

Двоичная арифметика

Джордж Буль (1854) создал знаменитую логику, получившую волей сообщества математиков уникальное название. Логика стала основой конструирования современных цифровых приборов. Клод Шеннон (1937, Массачусетский технологический институт) сформулировал ключевые тезисы реализации электронных вычислителей, использующих переключатели, реле. К ноябрю Джордж Штибиц реализовал концепцию, построив Модель К. Литера обозначала кухню, где трудился изобретатель.

США

Первый вычислитель умел складывать цифры. Лаборатории Белла организовали исследовательскую программу, поставив главным Штибица. Оконченная 8 января 1940 года машина использовала комплексные числа. Демонстрируя детище конференции Американского математического общества на базе колледжа Дартмуна, изобретатель подавал команды посредством телефонной линии, используя телетайп. Продемонстрировав прототип современной клавиатуры – устройства ввода. Демонстрацию посетили лично:

1. Джон фон Ньюманн.
2. Норберт Винер.
3. Джон Моучли.

Германия

Параллельно компьютер Z1 (альтернативное имя V1 – экспериментальная модель) построил Конрад Цузе. Двоичный вычислитель считывал простейшие инструкции с перфорированной плёнки. Изделие 1935-1936 г.г. считают первым программируемым устройством современной истории человечества. Разработка полностью оплачена частными фондами. Компьютер весом 1 тонну полностью уничтожен бомбардировкой Берлина 1943 года войсками союзников. Рядом сгорели чертежи…

Это интересно! Оригинальное имя V1 повторяло название знаменитых Фау-1 (самолётов-снарядов). Поэтому современной литературой употребляется Z1.

1. Контрольный блок – аналог процессора.
2. Математическую логику с плавающей запятой.
3. Память (читаемая/исполняемая) объёмом 64 слова.
4. Устройства ввода-вывода, включая считыватель 35 мм перфоленты.

Контрольный блок давал возможность наблюдать последовательность исполняемых операций. Вычислительный блок оперировал 22-битными числами с плавающей запятой. Логические операции расширяли функциональность. Первоначальный набор содержал 9 инструкций, занимающих 1-20 «процессорных» циклов.

Входные/выходные данные десятичные.

История развития цифровой связи

Исторически первой стала амплитудная модуляция сигнала, внедрённая Поповым за неимением выбора. Частотная запатентована 26 декабря 1933 года Эдвином Армстронгом. Отличается более широкой полосой частот, занимаемых передаваемым сигналом. Цифровой сигнал использует обе методики. Отличие описывается способом представления информации:

1. Величина физического мира аналогового характера становится цифрой двоичной системы счисления.
2. Символы 0, 1 кодируются установленным образом.
3. Приёмная сторона расшифровывает послание.

Исторически первым устройством, применяющим кодирование называют телеграф Шиллинга (1832) – реализацию идеи Андрэ-Мари Ампера. Некорректно называть связь цифровой, потому что буквы также являются объектами дискретными. Отсутствует факт преобразования величин.

Мультиплексирование

Необходимость нарезать сигнал вызвана желанием телеграфистов использовать одну линию передачи. Первый трансатлантический кабель стоил недёшево. Немедля начали канал сдваивать, учетверять. Наука дискретизации шагает параллельно первым потугам моряков утопить кабель. Американский изобретатель Мосес Фармер предложил (1853) мультиплексирование с временным делением абонентов. Несколько передатчиков смогли использовать одну линию.

Двадцать лет спустя Эмиль Бодо построил машину автоматического мультиплексирования телеграфов Хагис. Долгое время положение дел устраивало общественность. Отсутствие элементной базы стопорило работы. В 1903 году Майнер создал электромеханический коммутатор временного мультиплексирования телеграфов. Последовательно технологию транспонировали на телефонные линии. Частота нарезки составляла 3,5-4 Гц, оставляя желать лучшего.

Кабельная система передачи изображений Бартлейна (1920) посылала оцифрованные рисунки принимающему факсу на другой стороне Атлантического океана. Применение бинарной арифметики снижало время передачи, достигая показателя 3 часа. Изначально производилась кодировка пятью оттенками серого. Постепенно число повышалось, достигнув (1929) пятнадцати. Имя технологии является производным двух создателей концепции:

1. Гарри Бартоломью.
2. Майнхард МкФарлейн.

Идею перенял Пол Рэйни, запатентовавший факсимильную машину, производящую оцифровку изображения 5-битным кодом посредством опто-механического конвертера. Попытка промышленного выпуска провалилась. Британского инженера Алека Ривса считают основоположником оцифровка голосовых сообщений. Теоретически рассмотрев вопрос, изобретатель подал заявку французскому бюро (по месту основной работы). Война подзатянула решение комиссии. Положительный ответ принёс 1943 год.

Зелёный шершень

Историки затрудняются указать первый факт установления цифровой связи, запутанный секретами Второй мировой войны. Шифровальное оборудование SIGSLAY радовало союзников непонятными врагам передачами. Википедия однозначно называет альянс пионерами. Техника использовала кодово-импульсную модуляцию. Находятся энтузиасты, приписывающие роль первопроходца Попову. Полагаем, несостоятельность трактовки очевидна.

Это интересно! Прототип первого цифрового связного оборудования назвали программой Зелёный шершень. Передатчик похоже гудел, кодируя информацию. Зелёный шершень помог провести 3000 конференций.

Немецкие шпионы прослушивали каналы связных скрамблеров А-3, построенных Вестерн Электрик. Иногда глушили трафик. Враждующие стороны постоянно взламывали взаимную защиту. Злоумышленникам помогал анализатор спектра. Сигсалли маскировал посылку, спрятанную предварительно вокодером, псевдошумовым сигналом. Разработчики заложили частоту дискретизации 25 Гц. Изобретатели продемонстрировали ряд новых технологий, реализуя схему:

1. Выборку десяти каналов линии диапазона 250..2950 Гц шифрации.
2. Оцифровку согласно правилу наличия, отсутствие фонации.
3. Наличие характеризовалось высотой тона, скорость изменения ниже 25 Гц.

Выборки нарезали частотой 50 Гц, амплитуду конвертировали шестью уровнями (числом 0..5). Шкала дискретизации нелинейная с большими пролётами на сильных сигналах. Разработчики использовали данные физиологов, констатирующих: оттенки голоса закладываются не всеми колебаниями голосовых связок одинаково. Звук с фонацией кодировали парой 6-уровневых чисел, добиваясь получения 36 уровней.

Криптографический ключ образован серией случайных значений 6-уровневых чисел. Код вычитался из выборки голосовых отсчётов по модулю 6, скрывая содержимое. Несущая подвергалась частотной манипуляции (резкое изменение значения несущей). Приёмник принимал набор значений, образовывал выборку сообразно принятой системе кодирования. Затем сигнал расшифровывали, производя сложение по модулю 6. Вокодер довершал цепочку преобразований.

1. Белым шумом заполнялись промежутки, лишённые фонации.
2. Генератор формировал сетку гармоник, частота которых контролировалась высотой тона (см. выше).
3. Отдельный переключал тонации контролировал тип звучания.
4. Дело довершал регулируемый усилитель.

Шумовые комбинации шифрования ключа изначально записали с большого ртутного выпрямителя на фонограф. Информацию разослали пользователям системы. Терминал, сформированный 40 блоками, весил 50 тонн, потребляя 30 кВт энергии. Комнату приходилось охлаждать воздухом. Первый комплект занял помещение здания Пентагона. Президент Франклин Рузвельт круглосуточно имел возможность общаться, выслушивая планы премьер-министра Уинстона Черчилля, имевшего собственный экземпляр под Оксфорд Стрит. 15 июля 1943 года состоялась первая пресс-конференция союзников. Стороны установили необходимое количество наборов, включая один, занявший борт флагмана Генерал Дуглас МакАртур.

Достижения

1. Первая секретная радиосвязь.
2. Первая дискретизированная передача данных.
3. Внедрение концепции кодово-импульсного радиоканала.
4. Использование компадирования.
5. Первая радиопередача многоуровневой частотной манипуляции.
6. Первая технология компрессии спектра речи.
7. Внедрение методики частотного деления каналов при помощи манипуляции.

Развитие концепции цифровой связи

Канадская военно-морская система DATAR (1949) стала транслировать информацию. Формирование считают первым примером военной информационной системы, реализуя концепцию единого командного пункта. Канада хорошо помнила 1943 год, когда получила возможность координировать действия морских сил союзников. Командование задумало упростить процесс. Круглый планшет, напоминающий экран радиолокационной станции, показывал положение участников баталии. Проект затрагивал морской флот, попутно специалисты отметили возможный охват всех родов войск.

Демонстрация 1953 года провалилась, заставив ВВС США заняться разработкой SAGE. Центральная система управляла действиями NORAD, отражая возможные атаки воздушного флота противника. Обстановка, сдобренная изрядной долей дисплеев, компьютеров, стала неотъемлемой частью холодной войны. Основу производственной мощности составил супервычислитель AN/FSQ-7, снабдивший процессорным временем командные центры, занимавший 22000 квадратных футов пола.

Стоимость, исчисляемая миллиардами долларов, перекрыла затраты Манхэттанского проекта. Тест Небесного щита показал перехват 25% бомбардировщиков. Сегодня управляющая роль получена микрокомпьютерам, дублирующим функции машинных залов. Ограниченность технологии объяснялась необходимостью использования вакуумных электрических приборов. Военные отдали часть технологий промышленности. 24-канальные машины 1953 года были далеки океану, военной авиации. Истинное призвание техники RCA – посылать звуковые сообщения на Брод Стрит (Нью-Йорк), обеспечивать функционирование линий Роки Пойнт – Лонг Айленд.

Цифровая революция

Подложка давно была готова. Основы, кропотливо развиваемые учёными, заложил Чарльз Бэббидж. Технологии связи развивали телеграфисты. США выделили для цифровых проектов бюджет. Статья Клода Шеннона Математическая теории связи (1948) стала путеводной звездой отрасли. Промышленность ринулась оцифровывать аналоговые сигналы. Копии стали идентичны оригиналом, перестали стариться. Цифровая информация без потерь преодолевала кабель, эфир.

1947 год принёс миру полупроводниковый триод. Военные мигом оценили предоставляемые возможности. Вероятно засекреченные ранее сведения специально обнародовали, оценив потенциал гражданской промышленности США. Параллельно Великий рывок совершила Япония, порастеряв остатки феодального строя. 50-60-е годы основными потребителями оставались военные, правительство. В 1969 году Intel выпустили микропроцессор 4004, подготовивший базис будущей революции. Одновременно США заложили будущую основу общемировой сети интернет, инициировав проект ARPANET.

Хронология развития кодово-импульсной модуляции

Важно! Зал славы национальных изобретателей США наградил Бернарда Оливера, Клода Шеннона за создание кодово-импульсной модуляции (патент США 2.801.281, 1957 год).

Первая система вещательных приёмопередатчиков (1961) несла 24 телефонных канала кодово-импульсной модуляции (КИМ), частотой выборки 8 кГц, кодированных 8-битными числами. Качество связи соответствовало используемому ранее частотному мультиплексированию. Указанное помогло оцифровать:

1. Связь. Поколение 2G (1992) сотовых сетей стало цифровым.
2. Телевещание (начало 90-х, XX века). Женевское соглашение, принятое 17 июня 2015 года, установила сроки устранения странами последних признаков аналогового вещания. Первыми (2006) ушли Нидерланды, Люксембург. Россия планирует окончить процесс в 2019.
3. Радиовещание (конец 80-х, XX века). Норвежская корпорация NRK 1 июня 1995 года первой начала коммерческую трансляцию. К 2017 году 38 стран запустили сервис, включая Россию.

Изобретённая Алеком Ривсом (1937) импульсно-кодовая модуляция постепенно достигла областей звукозаписи, позже захватив коммерческое вещание. Пионерами стали продукты японских брендов (1971) NHK, Ниппон Колумбия. Параллельно опыты вели ВВС, создавшие цифровой двухканальный рекордер. Годом позже британцы провели пробную цифровую трансляцию. Развитие цифровой записи предшествовало появлению вещания.

• Четвёртое поколение коммутаторов 4ESS внедрено в систему телефонных линий США (1976).
• Линейная кодово-импульсная модуляция (1982) включена красной книгой стандартов записи компакт-дисков.
• AES3, основа будущего S/DIF, вводится в обиход (1985).
• Формат файлов.WAV становится стандартом персональных компьютеров (1991).
• Мировая запись носителей переходит на цифру: DVD (1995), Blu-ray (2005).
• Разработка цифровых протоколов передачи (2001) любительских раций (D-STAR, компании ICOM).
• HDMI поддерживает кодово-импульсную модуляцию (2002).
• Контейнер RF64 включает КИМ (2007).

Резюме развития технологии

Виды радиолюбительской связи на КВ принёс миллениум. Упоминая наработки Второй мировой войны, попутно обсуждали громадные размеры оборудования (машинные залы). Минимизация шла полным ходом, однако новинки оставались засекреченными. Исключая области записи, компьютерных сетей. Развал СССР явил миру чудеса цифровой техники: вещание, персональные вычислительные машины, связь. Поэтапно мир выбрасывает вон аналоговые технологии, модернизируя оборудование.

Структурная схема процесса позволяет игнорировать старение, погодные условия, помехи. Модем шутя выполняет работу машинного зала времён Второй мировой войны. Радиолюбителям стали выделять технику, о которой мечтали вьетнамские войска. Процесс вскоре позволит домоседам проектировать системы, насиживая уютное кресло. Возблагодарим интернет, подаривший людям возможности, доселе не известные планете.

Цель работы: знакомство с функциональными основными узлами цифровой системы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.

Краткие сведения из теории

В настоящее время во всём мире развивается цифровая форма передачи сигналов: цифровая телефония, цифровое кабельное телевидение, цифровые системы коммутации и системы передачи, цифровые сети связи. Качество цифровой связи значительно выше, чем аналоговой, так как цифровые сигналы гораздо более помехоустойчивы: нет накопления шумов, легко обрабатываются, цифровые сигналы можно "сжимать", что позволяет в одной полосе частот организовать больше каналов с высокой скоростью передачи и отличным качеством.

Целью данной лабораторной работы является изучение возможностей, а также изучение достоинств и недостатков цифровых систем связи. В соответствии с этой целью поставлены следующие задачи: - исследовать основные принципы цифровой системы передачи данных; - раскрыть понятие и структуру цифровой системы связи; - изучить особенности построения цифровых систем передачи.

Системы передачи информации

Под информацией понимают совокупность сведений, о каких–либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, форма колебаний, математические знаки и т. п.

Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением . Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющих собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающий не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображении в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения. Передача сообщений, т.е. информации, осуществляется с помощью какого – либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т. п.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т. п.).

Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом . Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией .

Основными характеристиками сигнала являются длительность сигнала T c , его динамический диапазон D c и ширина спектра F c . Длительность сигнала T c является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон - это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Он выражается обычно в децибелах. Ширина спектра сигнала F c – этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Можно также ввести более общую и наглядную характеристику – объем сигнала:

Vc=T c D c F c (1.1.)

Объем сигнала Vc дает общее представление о возможностях сигнала как переносчика сообщений, т.е. чем больше объем сигнала, тем большее количество информации можно поместить в этот сигнал и тем труднее такой сигнал передать по каналу связи.

Источник

сообщений

Рисунок 1.1 Упрощенная схема системы связи

Цифровой системой передач (ЦСП) называется комплекс технических средств, предназначенный для образования типовых цифровых каналов и трактов и линейного тракта, обеспечивающего передачу цифровых сигналов электросвязи.

Цифровым сигналом электросвязи или просто цифровым сигналом , называется сигнал электросвязи, параметры которого характеризуются конечным множеством возможных дискретных значений и описываются функцией дискретного времени. Переход от одного возможного значения к другому происходит скачкообразно в строго определенные моменты времени, интервалы между которыми равны или кратны выбранному единичному интервалу времени – периоду дискретизации Тд.

Для большинства из 100 лет прошедшего столетия подключение телефона абонента к телефонной станции (или «локальный участок линии связи», «последняя миля») осуществлялось медным проводом (витая пара), скрытым в подземных коллекторах или протянутым по воздуху.

Длительное время используемая полоса пропускания не превосходила 3 кГц, что ограничивалось аналоговыми оконечными устройствами. Однако витая пара по своей сути способна к намного более высоким полосам пропускания и по коротким расстояниям может нести видеосигнал или широкополосные данные. Новые технологии (ISDN и ADSL) были разработаны, чтобы обеспечить более высокую производительность на существующей инфраструктуре.

Кроме того, в 1990 годы. кабельные компании вложили значительные капиталы в альтернативные каналы подключения к домам. Здесь использовались как технологии витой пары, так и волоконно-оптические и коаксиальные кабели. В большинстве случаев эти кабельные сети были проведены, чтобы обеспечить трансляцию телевидения. Однако создавшиеся коммуникационные возможности, их высокая полоса пропускания могут эксплуатироваться также чтобы организовать другие формы цифровых услуг.

ISDN

Цифровая сеть с предоставлением комплексных услуг (Integrated Services Digital Network - ISDN) могла быть расценена как лучшая слишком долго сохраняемая тайна компьютерного сетевого мира. ISDN длительное время была скрыта от пользователей телефонных сетей (Public Switched Telephone Network - PSTN), поскольку она обеспечивает только связь между телефонными станциями , а абонент со станцией по-прежнему соединялся по аналоговому каналу.

ISDN была первоначально доступна в двух версиях:

• Базовая скорость (Basic Rate ISDN - BRI), которая также известна как ISDN-2. BRI предназначена для домашнего пользователя или мелкого бизнеса, состоит из двух «каналов В» (64 Кбит/с) для передачи данных и одного скрытого «канала D» (16 Кбит/с) для информации управления. Два канала по 64 Кбит/с могут использоваться отдельно или соединяться вместе, чтобы образовать канал 128 Кбит/с.
• Первичная скорость (Primary Rate ISDN - PRI) или ISDN-30. PRI состоит из 30 «каналов В» (может быть установлено минимум шесть) по 64 Кбит/с плюс «канал D» на 64 Кбит/с для данных управления. В-каналы могут объединяться в единственный канал на 1.92 Мбит/с.

Цифровые абонентские линии

xDSL - групповое название для разнообразия технологии цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line - DSL), разработанных, чтобы предложить телефонным компаниям путь в бизнес кабельного телевидения. Это не новая идея: компания Bell Communications Research Inc разработала первую цифровую абонентскую линию еще в 1987 году, чтобы организовать поставку «видео по заказу» и интерактивное телевидение по проводной связи. В то время распространение подобных технологий было затруднено из-за недостатков стандартов всей промышленности.

Технологии xDSL предлагают скорости входящей передачи (загрузки) до 52 Мбит/с и исходящей (разгрузки) - от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с и более и имеют ряд модификаций:

• асимметричная линия (ADSL);
• высокая битовая скорость (HDSL);
• одиночная линия (SDSL);
• очень высокая скорость передачи данных (HDSL).

Практика показывает, что линии ADSL (Асимметричная Цифровая абонентская линия) наиболее перспективны для бытового применения.

ADSL

Технология ADSL подобна ISDN: обе требуют, чтобы проводные телефонные линии были свободны, и могут использоваться только на ограниченном расстоянии от местной телефонной компании. В большинстве случаев ADSL может работать по соединениям типа витой пары, не нарушая существующие телефонные подключения, что означает, что местные телефонные компании не должны проводить специальные линии, чтобы обеспечить обслуживание ADSL.

ADSL использует тот факт, что поскольку голосовая связь не занимает полную полосу пропускания, доступную от стандартной витой пары, то можно организовать высокоскоростную передачу данных в то же самое время. С этой целью ADSL разбивает максимальную полосу пропускания проводного подключения в 1 МГц на каналы по 4 кГц, из которых один канал используется для простой телефонной системы (обычная телефонная сеть - Plain Old Telephone System - POTS) - голосовая связь, факсимильные и аналоговые модемные данные. Другие 256 доступных каналов используются для параллельной цифровой связи. Связь асимметрична: 192 канала по 4 кГц используются для передачи входящей информации и только 64 - для исходящей.

ADSL может рассматриваться как преобразования последовательной строки цифровых данных в параллельную строку, таким образом увеличивая пропускную способность. Методика модуляции известна как дискретная многочастотная (Discrete Multitone - DMT), кодирование и декодирование выполняется соответственно тем же самым способом, как и обычным модемом.

Когда обслуживание сначала стало коммерчески доступным, единственным оборудованием, которое должны были использовать подписчики ADSL, был специальный модем. Аппарат имеет три выхода: разъем к стенному гнезду и затем к телефонной станции; стандартное RJ11 телефонное гнездо для обслуживания аналогового телефона; и соединитель витой пары Ethernet, который подключает модем ADSL к ПЭВМ.

На стороне пользователя модем ADSL собирает высокочастотные цифровые данные и транслирует их для передачи на персональный компьютер или в сеть. На стороне телефонной службы мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line Access Multiplexer - DSLAM) подключает пользователя ADSL к высокоскоростному , агрегируя входящие линии ADSL в единственное подключение для передачи голоса или данных. Телефонные сигналы направляются на коммутируемую телефонную сеть, а цифровые - в Интернет через высокоскоростную магистраль (стекловолокно, асинхронную передачу данных или цифровую абонентскую линию).

192 канала по 4 кГц обеспечивают максимальную полосу пропускания 8 Мбит/с. Тот факт, что услуги ADSL ограничены пределом в 2 Мбит/с, объясняется искусственным сужением полосы и тем, что фактические уровни работы зависят от ряда внешних факторов. Они включают длину проводки, количество проводов датчика, «висящие пары» и взаимные помехи. Ослабление сигнала увеличивается с длиной линии и частотой и уменьшается с увеличением диаметра проводов. «Висящая пара» - незамкнутая проводная пара, которая находится параллельно основной проводной паре, например, каждое неиспользованное телефонное гнездо представляет собой «висящую пару».

Если игнорировать влияние «висящих пар», производительность ADSL может быть представлена данными, приведенными в соответствующей таблице.

Производительность ASDL связи

В 1999 года по предложениям Intel, Microsoft , Compaq и других производителей оборудования была разработана спецификация, которая была принята Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union - ITU) как универсальный индустриальный стандарт ADSL, известный как G.922.2 или G.lite. Стандарт предполагает, что пользователи могут делать обычные голосовые телефонные звонки одновременно с передачей цифровых данных. Вносятся некоторые ограничения на скорость - 1.5 Мбит/с по приему данных и 400 Кбит/с по передаче.

ADSL2

В июле 2002 года Международный союз электросвязи закончил два новых стандарта асимметричной цифровой абонентской линии, определяемых как G992.3 и G992.4 для асимметричной цифровой абонентской линии (известных в дальнейшем как ADSL2).

Новый стандарт был спроектирован, чтобы улучшить быстродействие и дальность асимметричной цифровой абонентской линии, достигая лучшей эффективности на длинных линиях в условиях узкополосной интерференции. Скорость ADSL2 для входящего и выходящего информационных потоков достигает соответственно 12 и 1 Мбит/с, в зависимости от дальности связи и других обстоятельств.

Повышение эффективности достигалось за счет следующих факторов:

• улучшенная технология модуляции - сочетание четырехмерной треллис-модуляции (на 16 состояний) и 1-битовой квадратурной амплитудной модуляции (QAM), что дает, в частности, повышение устойчивости по отношению к помехам со стороны AM радиовещания;
• использование переменного количества служебных битов (которые в ADSL постоянно занимают полосу в 32 Кбит/с) - от 4 до 32 Кбит/с;
• более эффективное кодирование (на основе метода Рида - Соломона, Reed-Solomon code).

ADSL2+

В январе 2003 года ITU вводит стандарт G992.5 (ADSL2+) - рекомендация удваивает ширину полосы входящего информационного потока, таким образом, увеличивая скорость передачи данных на телефонных линиях короче, чем приблизительно 1.5 км.

В то время как стандарты ADSL2 определяют диапазон частот входящего информационного потока в 1.1 МГц и 552 кГц соответственно, ADSL2+ увеличивает эту частоту до 2.2 МГц. Результат - существенное увеличение скоростей передачи данных нисходящего информационного потока на более коротких телефонных линиях.

ADSL2+ также позволяет уменьшить взаимные помехи. Это может быть особенно полезным, когда линии асимметричной цифровой абонентской линии как от центральной станции, так и от удаленного терминала находятся в одной связке, поскольку они приближаются к домам клиентов. Взаимные помехи могут значительно вредить скоростям передачи данных на линии.

ADSL2+ может исправить эту проблему путем использования частот ниже 1.1 МГц от центральной станции до удаленного терминала, и частот между 1.1 и 2.2 МГц от удаленного терминала до абонентского пункта. Это устранит большинство переходных помех между службами и сохранит скорости передачи данных на линии от центральной станции.Другие технологии xDSL

Таблица характеристик технологий xSDL

Тип сети	Скорость связи, Мбит/с		Расстояние, км
	Исходящий поток	Входящий поток
RDSL	128 Кбит/с 1	600 Кбит/с 7	3.5 5.5
HDSL	2.048		4.0
SDSL	1.544-2.048		3.0
VDSL 1	1.6-2.3	12.96 25.82 51.84	1.5 1.0 0.3

RADSL

В 2001 года была введена спецификация адаптивной скорости передачи (Rate Adaptive Digital Subscriber Line - RADSL), в которой предусмотрена коррекция скорости передачи согласно длине и качеству местной линии. Ранее подписчики должны были располагаться в пределах 3.5 км от местной телефонной станции, чтобы можно было подключить ADSL. Для RADSL дальность расширена до 5.5 км, а шумовые допуски увеличились от 41 до 55 дБ.

HDSL

Технология HDSL симметрична, означая, что обеспечивается одна и та же полоса пропускания для выходного и входного потоков данных. Здесь используется проводка с 2-3 и более витыми парами в кабеле. Хотя типичная дальность (3 км) ниже, чем для ADSL, но могут быть установлены повторители сигнала несущей, что позволяет удлинить связь на 1 - 1.5 километра.

SDSL

Технология аналогична HDSL, но с двумя исключениями: используется единственная проводная пара и максимальная длина ограничена 3 км.

VDSL

Это самая быстрая технология цифровой абонентской линии. Скорость входного потока 13-52 Мбит/с, а выходного - 1.6-2.3 Мбит/с по единственной проводной паре. Однако максимальная дистанция связи составляет только 300-1500 м и оборудование ADSL и VDSL несовместимы, хотя и используются сходные алгоритмы сжатия и технологии модуляции.

Кабельные модемы. Кабель-модемы предлагают перспективу быстрого доступа к Интернет, используя существующие широкополосные сети кабельного телевидения. Технология соответствует, скорее, домашним, нежели офисным применениям, так как обычно жилые кварталы более охвачены кабельной связью.

Типичные устройства, изготовленные, например, такими продавцами, как Bay Networks или Motorola, - внешние модули, присоединяемые к клиентским ПЭВМ через интерфейсы Ethernet, USB или FireWire. В большинстве случаев кабельному модему пользователя назначается единственный IP адрес, но могут быть либо поставлены дополнительные адреса IP для нескольких компьютеров, либо несколько персональных компьютеров могут совместно эксплуатировать единственный адрес IP, используя proxy сервер. Кабельный модем использует один или два канала телевидения на 6 МГц.

Поскольку сеть кабельного телевидения имеет шинную топологию, каждый кабельный модем в окрестности совместно использует доступ к единственной коаксиальной кабельной магистрали.

Кабель имеет ряд практических недостатков по сравнению с хDSL: не все дома снабжены кабельным телевидением, а некоторые - не будут никогда; кроме того, для многих пользователей, которые подсоединены, все же более вероятно размещение персональных компьютеров поблизости от телефонного гнезда, нежели у телевизора или кабельного ввода. Однако для многих домашних пользователей кабель дает перспективу быстрого доступа к Интернет по доступной цене. Теоретически возможны скорости до 30 Мбит/с. Практически кабельные компании устанавливают скорости исходящего потока в 512 Кбайт/с, а входящего - 128 Кбайт/с.

Широкополосная спутниковая связь

Поскольку максимальная дистанция, поддерживаемая xDSL, - от 3.5 до 5.5 км, она оказывается недоступной для многих сельских районов. В теории спутниковая связь может достигать почти любых точек, и спутниковая широкополосная передача становится все более и более выполнимым решением для тех, для кого ADSL и кабельная связь недостижимы.

Существенным преимуществом спутниковых систем связи по сравнению с пейджинговой и сотовой является отсутствие ограничений по привязке к конкретной местности Земли. Ожидается, что в начале XXI в. площадь зон обслуживания сотовых систем приблизится к 15 % площади земной поверхности.

В обозримом будущем системы персональной спутниковой связи способны дополнить системы сотовой связи там, где она невозможна или недостаточно эффективна при передаче информации: в морских акваториях, в районах с малой плотностью населения, в местах разрывов наземной инфраструктуры коммуникаций.

Организация спутниковых систем

В соответствии с международными соглашениями для спутниковых систем связи выделены полосы частот, соответствующие установленным диапазонам.

Таблица диапазонов частот спутниковых систем связи

Современные спутники используют узкоапертурную технологию передачи VSAT (Very Small Aperure Terminals). Такие терминалы используют антенны диаметром 1 м и выходную мощность около 1 Вт. При этом канал к спутнику имеет пропускную способность 19.2 Кбит/с, а со спутника - более 512 Кбит/с. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с другом, но через телекоммуникационный спутник. Для решения этой проблемы используются промежуточные наземные антенны с большим усилением, что, правда, увеличивает задержку.

GSM

В 1982 года Европейская конференция почтовой и электросвязи (Conference of European Posts and Telecommunications - CEPT) сформировала Рабочую группу по проблемам мобильной телефонии (Groupe Special Mobile - GSM), чтобы она разработала общеевропейский стандарт в данной области.

Было принято решение, что системы мобильной телефонии будут разрабатываться на базе цифровой связи, и «GSM» впоследствии стало акронимом для Глобальной Системы Мобильных коммуникаций. В 1989 года ответственность за спецификации GSM перешла от СЕРТ к европейскому Институту Стандартов Телесвязи (European Telecommunications Standards Institute - ETSI). Спецификации GSM (Стадия 1) были изданы в следующем году, но коммерческое использование системы не начиналось до середины 1991 года В 1995 года спецификации Стадии 2 расширили охват на сельские районы, и к концу этого же года около 120 сетей действовали приблизительно в 70 годаографических областях.

В сети GSM выделяются четыре главных компонента:

• мобильная станция (телефон, «трубка»), которой пользуется абонент;
• базовая станция, которая осуществляет радиосвязь с мобильной станцией;
• сеть и подсистема переключения, главная часть которой - центр переключения мобильных услуг, который исполняет переключение запросов между мобильным телефоном и другими стационарными или мобильными пользователями сети так же, как управление мобильными услугами типа установления аутентичности;
• система операционной поддержки, которая наблюдает за надлежащим действием и настройками сети.

Международный Союз Телесвязи (International Telecommunication Union - ITU), который (среди других функций) координирует международное распределение радиоспектра, разместил полосы 890-915 МГц для «восходящего сигнала» (мобильная станция к базе) и 935-960 МГц для «нисходящего» (база к мобильной станции) для мобильных сетей в Европе.

Метод, выбранный GSM, - комбинация FDMA и TDMA. FDMA осуществляет разделение частот полной полосы пропускания в 25 МГц на 124 несущих частоты полосы пропускания по 200 кГц. Одна или более несущих частот отводятся на каждую базовую станцию. Каждая из этих несущих частот, используя схему TDMA, после этого разделяется на восемь временных интервалов. Один интервал времени используется для передачи мобильным телефоном и другой - для приема. Они разнесены во времени так, чтобы мобильная станция не могла одновременно получать и передавать данные (что упрощает электронику).

Система GSM, используемая с переносным персональным компьютером, обеспечивает всестороннее решение проблемы коммуникации в движении. Пропускная способность факса в 9600 бод, наряду со специальными возможностями, подобными международному роумингу и Службе коротких сообщений (Short Message Service - SMS), позволяет мобильным пользователям легко и надежно соединяться при перемещении из страны в страну. Эти способности передачи данных не являются автоматическими - провайдер GSM должен поддерживать эти функциональные возможности для мобильных пользователей. Услугами передачи данных могут быть:

• исходящая передача (Mobile Originated - МО) подразумевает, что пользователи могут посылать данные, находясь в отдаленном месте, используя сеть GSM;
• входящая передача (Mobile Terminated - МТ) - пользователи могут получать данные, факсы или сообщения SMS на ноутбук, используя сеть GSM.

Системы 2G, доступные с конца 1999 года для передачи голоса или данных, занимали единственный временной интервал TDMA, предлагая скорость передачи 9.6 кбод.

Последующее введение Высокоскоростных переключаемых сетей передачи данных (High Speed Circuit Switched Data - HSCSD), которые требовали расширения стандарта GSM, чтобы ввести новый протокол радиосвязи, позволило использовать все восемь интервалов TDMA и увеличить скорость до 76.8 кбод.

WiMAX

Хотя широкополосный доступ к данным был доступен уже в течение некоторого времени, в конце 2002 года в США к нему были подсоединены только 17 процентов пользователей.

Предложенная в это время технология глобального микроволнового доступа (Worldwide Interoperability of Microwave Access - WiMAX) стандарта IEEE 802.16 представляет собой решение проблемы «последней мили» для доступа широких масс пользователей к быстрому Интернет.

Беспроводной широкополосный доступ организован наподобие сотовой связи, используя базовые станции, каждая из которых охватывает радиус в несколько километров. Антенны баз могут размещаться на высоких зданиях, либо на других сооружениях (хотя бы на водонапорных башнях). Принимающее устройство пользователя, подобное спутниковому ТВ-приемнику, через Ethernet-кабель либо через связь 802.11 посылает данные прямо на персональный компьютер, либо в локальную сеть.

Первоначальный стандарт 802.16 предусматривал использование частот 10-66 ГГц, обеспечивавших связь только в пределах прямой видимости, а по версии 802.16а (январь 2003 года), - на частотах от 2 до 11 ГГц, этого не требующих.

Пока что неясно, какая из конкурирующих технологий (HSDPA и WiMAX) одержит верх в конечном счете. В ранних стадиях ожидается, что HSDPA сосредоточится на мобильной голосовой связи и передаче данных на основе платформ сотовой связи, a WiMAX - на поставке данных по широкополосной сети на предприятия и в загородные районы. В конечном счете эти технологии пересекутся, поскольку HSDPA повышает скорости передачи, a WiMAX - мобильность связи.

IEEE 802.11

Спецификации 802.11 была выпущена в 1997 году как стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN). Эта исходная версия предусматривала скорости передачи данных 1 и 2 Мбит/с и набор основных методов передачи сигналов и других услуг. Невысокие скорости передачи данных не удовлетворяли современным требованиям и осенью 1999 года был выпущен вариант IEEE 802.11b стандарта (также известный как «высокоскоростной 802.11») для передачи до 11 Мбит/с.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудования - беспроводная «станция» (обычно персональные компьютеры, оборудованный беспроводной сетевой интерфейсной платой) и «пункт доступа» (access point - АР), который действует как мост между беспроводными и проводными сетями. Пункт доступа включает приемопередатчик, сетевой интерфейс (типа IEEE 802.3) и программную часть, обеспечивающую соединение по стандарту 802.1d. Пункт доступа действует как базовая станция (база) для беспроводной сети, осуществляя доступ беспроводных станций к проводной сети. Беспроводными конечными станциями могут быть платы 802.11 PC Card, сетевые интерфейсы PCI, ISA или встроенные некомпьютерные клиенты (например, мобильный телефон, поддерживающий стандарт 802.11).

Стандарт 802.11 определяет два режима работы: инфраструктурный (infrastructure mode) и специальный (ad hoc mode). В инфраструктурном режиме беспроводная сеть состоит из одного или более пунктов доступа, связанных с проводной сетевой инфраструктурой и набором беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (Basic Service Set - BSS). Расширенный сервисный набор (Extended Service Set - ESS) - набор двух или больше BSS, образующих отдельную подсеть. Так как большинство корпоративных WLAN требуют доступа к проводной локальной сети для обслуживания (файловые серверы, принтеры, связи с Интернет), они работают в режиме инфраструктуры.

Специальный режим, также называемый одноранговым режимом (peer-to-peer mode) или независимым основным сервисным набором (Independent Basic Service Set - IBSS), - просто совокупность беспроводных станций 802.11, которые связываются непосредственно друг с другом, не используя пункт доступа или любое подключение к проводным сетям. Этот режим полезен для быстрой и легкой установки беспроводной сети там, где беспроводная инфраструктура не существует или не требуется для услуг типа гостиничного номера, центра переговоров или аэропорта, или там, где доступ к проводной сети запрещен.

Три физических уровня, первоначально определенные в 802.11, включали два метода, базирующихся на радиосвязи с разделением спектра, и нечеткую инфракрасную спецификацию. Стандарты на основе радио работают в пределах полосы ISM на 2.4 ГГц. Эти частоты признаны такими агентствами, как FCC (США), ETSI (Европа) и МКК (Япония) для нелицензируемых радиоопераций. Поэтому изделия, выполненные по 802.11, не требуют лицензирования пользователя или специального обучения. Методы разделения спектра в дополнение к удовлетворению регулирующих требований увеличивают надежность и производительность и позволяют многим независимым изделиям совместно использовать спектр без необходимости координации и с минимальными взаимными помехами.

Исходный стандарт 802.11 определяет скорости радиоволновой передачи данных 1 и 2 Мбит/с, используя два различных и взаимно несовместимых метода передачи с разделением спектра для физического уровня:

• разделение переключением частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS). Станции передачи и приема синхронно переключаются с канала на канал в предопределенной псевдослучайной последовательности. Заранее спланированная последовательность переключения известна только станциям передачи и получения. В США и Европе IEEE 802.11 определяет 79 каналов и 78 различных последовательностей переключения. Если в канале возникают ошибки или высок уровень шума, данные просто передаются повторно, когда приемопередатчик переключается на чистый канал;
• разделение в прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS). Каждый бит, который должен быть передан, кодируется в блок с избыточным кодом, называемым чипом, и закодированные биты передаются одновременно по всей частотной полосе. Код деления на чипы, используемый в передаче, известен только станциям приема и передачи, что затрудняет злонамеренное прерывание передачи или декодирование. Избыточное кодирование позволяет также восстановить поврежденные данные без повторной передачи (код с коррекцией ошибок). DSSS используется в сетях 802.11b.

IEEE 802.11a

Если 802.11b размещается в полосе 2.4 ГГц, то стандарт 802.11а был разработан, чтобы работать в диапазоне 5 ГГц «Нелицензируемая национальная информационная инфраструктура» (Unlicensed National Information Infrastructure). Кроме того, в отличие от 802.11b 802.11а использует полностью отличную схему кодирования - ортогональное мультиплексирование с разделением частот (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing - COFDM) для беспроводного использования внутри помещения.

COFDM расщепляет одну высокоскоростную несущую частоту на несколько поднесущих более малого быстродействия, которые передаются параллельно. Высокоскоростная несущая шириной 20 МГц разделена на 52 подканала, каждый приблизительно по 300 кГц. COFDM использует 48 из этих подканалов для данных, а остающиеся четыре - для исправления ошибок. COFDM поставляет более высокие скорости передачи данных и высокую степень восстановления благодаря схеме кодирования и исправлению ошибки. Метод обеспечивает скорости передачи в 5.12 и 24 Мбит/с.

Беспроводные локальные сети (WLAN) общего доступа (Public Wi-Fi access). Несмотря на то что протокол IEEE 802.11b был рассчитан на то, чтобы поддерживать Ethernet-подобные беспроводные сети в рамках помещения (здания), в начале 2000 года было обнаружено, что если установить приемопередатчик (точку доступа, Access Point - АР) на высокой мачте (от 15 до 50 м) и использовать специальные наружные маршрутизаторы и мосты протокола 802.11b, то можно расширить беспроводную сеть от здания к зданию и таким образом расширить охват (до 500-1000 м).

США взяли на себя инициативу в создании сетей WLAN общего доступа (известных как «Wi-Fi hot spots», или «Wi-Fi»), и к 2001 года их было в США уже больше 5000, или приблизительно 80 % мирового общего количества. Первыми пользователями являлись университеты, компании типа Starbucks (сеть кофейных лавок, которая снабдила в США 650 кафе доступом Wi-Fi) и множество гостиниц. В 2002 года количество Wi-Fi возросло, охватывая такие объекты, как аэропорты, отели и офисные здания.

Успех Wi-Fi представляет проблему для индустрии мобильной телефонии. Многие провайдеры сотовой связи сделали огромные в ЗG-технологии GSM, предполагая, что это будет технология, которая навсегда решит проблемы доступа к Интернет для мобильных пользователей. Однако поскольку WLAN имеет полосу пропускания, достаточно хорошую для видеотелевизионного качества, что может помешать провайдеру мобильных услуг, не отягощенному обязательствами перед 3G, перейти на эту технологию?

Позиция, занятая европейскими компаниями, разрабатывающими беспроводные технологии и инфраструктуру, проста - технологии 3G и WLAN дополняют друг друга: изготовители сотового телефона включают доступ по Wi-Fi в новые модели и разрабатывают модули, которые без затруднений переключают обычный телефон GSM к Wi-Fi в зависимости от того, какой канал связи обеспечивает лучший сигнал.

IEEE 802.11n

Потребность в беспроводных LAN испытала феноменальный рост после ратификации IEEEa 802.11а летом 1999 года Появилось множество пользователей, подключающих ноутбуки к сетям на работе и к Интернет дома так же, как и в магазинах, кафе, аэропортах, гостиницах и других местах, обеспеченных доступом к Wi-Fi. Тем временем, однако, выпуск единиц Wi-Fi оборудования существенно вырос - до 100 млн модулей в 2005 году, сравнительно с менее чем 10 млн в 2001 году Поэтому существующие сетевые инфраструктуры Wi-Fi начали испытывать перегрузку.

Эта ситуация предвиделась, и IEEE (2003 года) принял предложения рабочей группы 802.11 TGn о поправках к стандартам 802.11, предполагающих приблизительно 4-кратное повышение производительности WLAN по сравнению с потоком 802.11a/g.

Спецификация проекта 802.11n отличается от предшественников тем, что предусматривает разнообразие дополнительных режимов и конфигураций для различных скоростей передачи данных. Это дает возможность стандарту обеспечить базовые параметры для всех 802.11n-устройств, разрешая изготовителям охватывать широкий спектр различных приложений и цен на оборудование. Максимальная скорость, допускаемая 802.11n, - до 600 Мбит/с, однако, если аппаратные средства WLAN не поддерживают каждую опцию, они могут быть совместимы со стандартом.

Один из наиболее широко известных компонентов спецификации известен как многократный вход-выход (Multiple Input Multiple Output - MIMO). MIMO использует методику, известную как пространственное мультиплексирование (space-division multiplexing). Передающее устройство WLAN фактически разбивает поток данных на части, названные пространственными потоками, и передает каждый из них через отдельные антенны к соответствующим антеннам-приемникам. Стандарт 802.11n предусматривает до четырех пространственных потоков, даже при том, что совместимые аппаратные средства не обязаны это поддерживать.

Удвоение числа пространственных потоков фактически удваивает скорость данных. Другой дополнительный режим в 802.11n также увеличивает скорость, удваивая ширину канала связи WLAN от 20 до 40 МГц.

Вообще говоря, 802.11n предусматривает 576 возможных конфигураций потока данных. Для сравнения, 802.11g обеспечивает 12 возможных потоков данных, а 802.11а и 802.11b определяют восемь и четыре, соответственно. Таблица демонстрирует характеристики различных версий спецификации 802.11.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Цифровая связь - область техники , связанная с передачей цифровых данных на расстояние.

В настоящее время цифровая связь повсеместно используется также и для передачи аналоговых (непрерывных по уровню и времени, например речь, изображение) сигналов, которые для этой цели оцифровываются (дискретизируются). Такое преобразование всегда связано с потерями, т.е. аналоговый сигнал представляется в цифровом виде с некоторой неточностью.

Современные системы цифровой связи используют кабельные (в том числе волоконно-оптические), спутниковые, радиорелейные и другие линии и каналы связи, в том числе и аналоговые.

Линия связи «точка-точка»

Оборудование, осуществляющее формирование данных из пользовательской информации, а также представление данных в виде, понятном пользователю, называется терминальным оборудованием (ООД, оконечное оборудование данных) . Оборудование, преобразующее данные в форму пригодную для передачи по линии связи и осуществляющее обратное преобразование, называется оконечным оборудованием линии связи (АКД, аппаратура канала данных) . Терминальным оборудованием может служить компьютер , оконечным оборудованием обычно служит модем .

Передача сигнала осуществляется символами . Каждый символ представляет собой определённое состояние сигнала в линии, множество таких состояний конечно. Таким образом, символ передаёт некоторое количество информации, обычно один или несколько бит.

Число передаваемых символов в единицу времени называется скоростью манипуляции или символьной скоростью (baud rate). Она измеряется в бодах (1 бод = 1 символ в секунду). Количество информации, передаваемое в единицу времени, называется скоростью передачи информации и измеряется в битах в секунду . Существует распространённое заблуждение, что бит в секунду и бод - это одно и то же, но это верно, только если каждый символ передаёт только один бит, что бывает не очень часто.

Преобразование данных в форму пригодную для передачи по линии/каналу связи называется модуляцией .

Технологии цифровой связи

Следующие технологии находят применение в цифровой связи:

Кодирование источника информации

Кодирование источника связано с задачей создания эффективного описания исходной информации. Эффективное описание допускает снижение требований к памяти или полосе частот, связанных с хранением или передачей дискретных реализаций исходных данных. Для дискретных источников способность к созданию описаний данных со сниженной скоростью передачи зависит от информационного содержимого и статистической корреляции исходных символов. Для аналоговых источников способность к созданию описаний данных со сниженной скоростью передачи (согласно принятому критерию точности) зависит от распределения амплитуд и временной корреляции сигнала источника. Целью кодирования источника является получение описания исходной информации с хорошей точностью при данной номинальной скорости передачи битов или допуск низкой скорости передачи битов, чтобы получить описание источника с заданной точностью.

Сжатие данных

Шифрование данных

Помехоустойчивое кодирование

Любая система связи подвержена воздействию шумов и особенностей линий и каналов связи (и как следствие возникновению искажений), которые могут привести к неправильному приёму сигнала. Для борьбы с возникающими при этом ошибками в сигнал вводится специальным образом сконструированная избыточность, что позволяет принимающей стороне обнаружить, а в некоторых случаях и исправить определённое число ошибок. Существует большое количество помехоустойчивых (ПУ) кодов, различающихся избыточностью, обнаруживающей и исправляющей способностью.

Основные классы помехоустойчивых кодов:

• Блочные коды , преобразующие фиксированные блоки информации длиной k символов (эти символы могут отличаться от используемых при модуляции) в блоки длиной n символов. При этом декодирование каждого блока производится отдельно и независимо от других. Примеры блочных кодов: коды Хемминга , коды БЧХ , коды Рида-Соломона .

• Свёрточные коды работают с непрерывным потоком данных, кодируя их при помощи регистров сдвига с линейной обратной связью. Декодирование свёрточных кодов производится, как правило, с помощью алгоритма Витерби .

Модуляция

Модуля́ция (лат. modulatio - размеренность, ритмичность ) - процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала(сообщения).

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим(модулируемым). Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую с целью получения нового, модулированного сигнала.

В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот. Это позволяет при организации вещания настроить функционирование всех приёмо-передающих устройств на разных частотах с тем, чтобы они «не мешали» друг другу.

В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания. В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания изменяется, различают вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.). Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией или манипуляцией.

См. также

Напишите отзыв о статье "Цифровая связь"

Литература

• Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. - М .: «Вильямс» , 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7 .
• Прокис, Дж. Цифровая связь = Digital Communications / Кловский Д. Д.. - М .: Радио и связь, 2000. - 800 с. - ISBN 5-256-01434-X .
• Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра = Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications. - М .: Радио и связь, 2000. - 552 с. - ISBN 5-256-01444-7 .
• Василенко Г.О., Милютин Е.Р. Расчет показателей качества и готовности цифровых линий связи. - СПб.: Изд-во "Линк", 2007. - 192 с.

Отрывок, характеризующий Цифровая связь

«Имел поучительный и длинный разговор наедине с братом В., который советовал мне держаться брата А. Многое, хотя и недостойному, мне было открыто. Адонаи есть имя сотворившего мир. Элоим есть имя правящего всем. Третье имя, имя поизрекаемое, имеющее значение Всего. Беседы с братом В. подкрепляют, освежают и утверждают меня на пути добродетели. При нем нет места сомнению. Мне ясно различие бедного учения наук общественных с нашим святым, всё обнимающим учением. Науки человеческие всё подразделяют – чтобы понять, всё убивают – чтобы рассмотреть. В святой науке Ордена всё едино, всё познается в своей совокупности и жизни. Троица – три начала вещей – сера, меркурий и соль. Сера елейного и огненного свойства; она в соединении с солью, огненностью своей возбуждает в ней алкание, посредством которого притягивает меркурий, схватывает его, удерживает и совокупно производит отдельные тела. Меркурий есть жидкая и летучая духовная сущность – Христос, Дух Святой, Он».
«3 го декабря.
«Проснулся поздно, читал Св. Писание, но был бесчувствен. После вышел и ходил по зале. Хотел размышлять, но вместо того воображение представило одно происшествие, бывшее четыре года тому назад. Господин Долохов, после моей дуэли встретясь со мной в Москве, сказал мне, что он надеется, что я пользуюсь теперь полным душевным спокойствием, несмотря на отсутствие моей супруги. Я тогда ничего не отвечал. Теперь я припомнил все подробности этого свидания и в душе своей говорил ему самые злобные слова и колкие ответы. Опомнился и бросил эту мысль только тогда, когда увидал себя в распалении гнева; но недостаточно раскаялся в этом. После пришел Борис Друбецкой и стал рассказывать разные приключения; я же с самого его прихода сделался недоволен его посещением и сказал ему что то противное. Он возразил. Я вспыхнул и наговорил ему множество неприятного и даже грубого. Он замолчал и я спохватился только тогда, когда было уже поздно. Боже мой, я совсем не умею с ним обходиться. Этому причиной мое самолюбие. Я ставлю себя выше его и потому делаюсь гораздо его хуже, ибо он снисходителен к моим грубостям, а я напротив того питаю к нему презрение. Боже мой, даруй мне в присутствии его видеть больше мою мерзость и поступать так, чтобы и ему это было полезно. После обеда заснул и в то время как засыпал, услыхал явственно голос, сказавший мне в левое ухо: – „Твой день“.
«Я видел во сне, что иду я в темноте, и вдруг окружен собаками, но иду без страха; вдруг одна небольшая схватила меня за левое стегно зубами и не выпускает. Я стал давить ее руками. И только что я оторвал ее, как другая, еще большая, стала грызть меня. Я стал поднимать ее и чем больше поднимал, тем она становилась больше и тяжеле. И вдруг идет брат А. и взяв меня под руку, повел с собою и привел к зданию, для входа в которое надо было пройти по узкой доске. Я ступил на нее и доска отогнулась и упала, и я стал лезть на забор, до которого едва достигал руками. После больших усилий я перетащил свое тело так, что ноги висели на одной, а туловище на другой стороне. Я оглянулся и увидал, что брат А. стоит на заборе и указывает мне на большую аллею и сад, и в саду большое и прекрасное здание. Я проснулся. Господи, Великий Архитектон природы! помоги мне оторвать от себя собак – страстей моих и последнюю из них, совокупляющую в себе силы всех прежних, и помоги мне вступить в тот храм добродетели, коего лицезрения я во сне достигнул».
«7 го декабря.
«Видел сон, будто Иосиф Алексеевич в моем доме сидит, я рад очень, и желаю угостить его. Будто я с посторонними неумолчно болтаю и вдруг вспомнил, что это ему не может нравиться, и желаю к нему приблизиться и его обнять. Но только что приблизился, вижу, что лицо его преобразилось, стало молодое, и он мне тихо что то говорит из ученья Ордена, так тихо, что я не могу расслышать. Потом, будто, вышли мы все из комнаты, и что то тут случилось мудреное. Мы сидели или лежали на полу. Он мне что то говорил. А мне будто захотелось показать ему свою чувствительность и я, не вслушиваясь в его речи, стал себе воображать состояние своего внутреннего человека и осенившую меня милость Божию. И появились у меня слезы на глазах, и я был доволен, что он это приметил. Но он взглянул на меня с досадой и вскочил, пресекши свой разговор. Я обробел и спросил, не ко мне ли сказанное относилось; но он ничего не отвечал, показал мне ласковый вид, и после вдруг очутились мы в спальне моей, где стоит двойная кровать. Он лег на нее на край, и я будто пылал к нему желанием ласкаться и прилечь тут же. И он будто у меня спрашивает: „Скажите по правде, какое вы имеете главное пристрастие? Узнали ли вы его? Я думаю, что вы уже его узнали“. Я, смутившись сим вопросом, отвечал, что лень мое главное пристрастие. Он недоверчиво покачал головой. И я ему, еще более смутившись, отвечал, что я, хотя и живу с женою, по его совету, но не как муж жены своей. На это он возразил, что не должно жену лишать своей ласки, дал чувствовать, что в этом была моя обязанность. Но я отвечал, что я стыжусь этого, и вдруг всё скрылось. И я проснулся, и нашел в мыслях своих текст Св. Писания: Живот бе свет человеком, и свет во тме светит и тма его не объят. Лицо у Иосифа Алексеевича было моложавое и светлое. В этот день получил письмо от благодетеля, в котором он пишет об обязанностях супружества».
«9 го декабря.
«Видел сон, от которого проснулся с трепещущимся сердцем. Видел, будто я в Москве, в своем доме, в большой диванной, и из гостиной выходит Иосиф Алексеевич. Будто я тотчас узнал, что с ним уже совершился процесс возрождения, и бросился ему на встречу. Я будто его целую, и руки его, а он говорит: „Приметил ли ты, что у меня лицо другое?“ Я посмотрел на него, продолжая держать его в своих объятиях, и будто вижу, что лицо его молодое, но волос на голове нет, и черты совершенно другие. И будто я ему говорю: „Я бы вас узнал, ежели бы случайно с вами встретился“, и думаю между тем: „Правду ли я сказал?“ И вдруг вижу, что он лежит как труп мертвый; потом понемногу пришел в себя и вошел со мной в большой кабинет, держа большую книгу, писанную, в александрийский лист. И будто я говорю: „это я написал“. И он ответил мне наклонением головы. Я открыл книгу, и в книге этой на всех страницах прекрасно нарисовано. И я будто знаю, что эти картины представляют любовные похождения души с ее возлюбленным. И на страницах будто я вижу прекрасное изображение девицы в прозрачной одежде и с прозрачным телом, возлетающей к облакам. И будто я знаю, что эта девица есть ничто иное, как изображение Песни песней. И будто я, глядя на эти рисунки, чувствую, что я делаю дурно, и не могу оторваться от них. Господи, помоги мне! Боже мой, если это оставление Тобою меня есть действие Твое, то да будет воля Твоя; но ежели же я сам причинил сие, то научи меня, что мне делать. Я погибну от своей развратности, буде Ты меня вовсе оставишь».

подвижная цифровая связь

Итак, для начала рассмотрим, как осуществляется звонок по мобильному телефону. Лишь только пользователь набирает номер, телефонная трубка (HS - Hand Set) начинает поиск ближайшей базовой станции (BS - Base Station) - приемопередающее, управляющее и коммуникационное оборудование, составляющее сеть. В ее состав входят контроллер базовой станции (BSC - Base Station Controller) и несколько ретрансляторов (BTS - Base Transceiver Station). Базовые станции управляются мобильным коммутирующим центром (MSC - Mobile Service Center). Благодаря сотовой структуре, ретрансляторы покрывают местность зоной уверенного приема в одном или нескольких радиоканалах с дополнительным служебным каналом, по которому происходит синхронизация. Точнее происходит согласование протокола обмена аппарата и базовой станции по аналогии с процедурой модемной синхронизации (handshacking), в процессе которого устройства договариваются о скорости передачи, канале и т.д. Когда мобильный аппарат находит базовую станцию и происходит синхронизация, контроллер базовой станции формирует полнодуплексный канал на мобильный коммутирующий центр через фиксированную сеть. Центр передает информацию о мобильном терминале в четыре регистра: посетительский регистр подвижных абонентов или "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашний" регистр местных подвижных абонентов (HRL - Home Register Layer), регистр подписчика или аутентификации (AUC - AUthentiCator) и регистр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Register). Эта информация уникальна и находится в пластиковой абонентской микроэлектронной телекарточке или модуле (SIM - Subscriber Identity Module), по которому производятся проверка правомочности абонента и тарификация. В отличие от стационарных телефонов, за пользование которыми плата взимается в зависимости от нагрузки (числа занятых каналов), поступающей по фиксированной абонентской линии, плата за пользование подвижной связью взимается не с используемого телефонного аппарата, а с SIM-карты, которую можно вставить в любой аппарат.

Карточка представляет собой не что иное, как обычный флэш-чип, выполненный по смарт-технологии (SmartVoltage) и имеющий необходимый внешний интерфейс. Его можно использовать в любых аппаратах, и главное - чтобы совпадало рабочее напряжение: ранние версии использовали 5.5В интерфейс, а у современных карт обычно 3.3В. Информация хранится в стандарте уникального международного идентификатора абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), благодаря чему исключается возможность появления "двойников" - даже если код карты будет случайно подобран, система автоматически исключит фальшивый SIM, и не придется в последствии оплачивать чужие разговоры. При разработке стандарта протокола сотовой связи этот момент был изначально учтен, и теперь каждый абонент имеет свой уникальный и единственный в мире идентификационный номер, кодирующийся при передаче 64бит ключом. Кроме этого, по аналогии со скремблерами, предназначенными для шифрования/дешифрования разговора в аналоговой телефонии, в сотовой связи применяется 56бит кодирование.

На основании этих данных формируется представление системы о мобильном пользователе (его местоположение, статус в сети и т. д.) и происходит соединение. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого, или даже между зонами действия разных контроллеров, связь не обрывается и не ухудшается, поскольку система автоматически выбирает ту базовую станцию, с которой связь лучше. В зависимости от загруженности каналов телефон выбирает между сетью 900 и 1800 МГц, причем переключение возможно даже во время разговора абсолютно незаметно для говорящего.

Звонок из обычной телефонной сети мобильному пользователю осуществляется в обратной последовательности: сначала определяются местоположение и статус абонента на основании постоянно обновляющихся данных в регистрах, а затем происходят соединение и поддержание связи.

Максимальная мощность излучения подвижного аппарата в зависимости от его назначения (автомобильный постоянный или переносный, носимый или карманный) может изменяться в пределах 0.8-20 Вт (соответственно 29-43 дБм). В качестве примера в таблице приводятся классы станций и абонентских устройств по применяемой мощности, принятые в системе GSM-900.

Указание мощности в децибелах более удобно для расчета бюджета радиолинии, когда значения усиления и затухания в различных звеньях тракта передачи просто суммируются с соответствующими знаками. Как и финансовый бюджет, бюджет радиолинии определяет достаточность выделяемых средств для решения поставленной задачи - в данном случае для получения требуемого качества связи. При анализе такого бюджета необходимо учитывать как факторы, добавляющие децибелы (например, мощность передатчика, коэффициент усиления антенны), так и факторы, уменьшающие децибелы (например, замирания). Обычно приемник требует определенного уровня сигнала в децибелах плюс некоторый запас на замирания, обеспечивающий гарантированное качество связи. В отличие от аналоговых систем, в которых качество связи характеризуется влиянием внутренних и внешних помех, при рассмотрении цифровых каналов все виды помех сводятся к единственному их проявлению - появлению ошибок в отдельных передаваемых символах. Поэтому качество цифровых каналов передачи характеризуется просто частотой ошибок.

Системы подвижной радиосвязи строятся по схеме "точка-многоточие" (point-multipoint), поскольку абонент может находиться в любой точке соты, контролируемой базовой станцией. В простейшем случае круговой передачи мощность радиосигнала в свободном пространстве теоретически уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Однако на практике сигнал затухает гораздо быстрее - в лучшем случае пропорционально кубу расстояния, поскольку энергия сигнала может поглощаться или уменьшаться на различных физических препятствиях, и характер таких процессов сильно зависит от частоты передачи. Например, передача на частоте 1ГГц почти не зависит от осадков или влияния атмосферы, а при частоте 10ГГц эта зависимость может оказаться достаточно сильной. С другой стороны, чем ниже частота, тем меньше затухание и меньше требуемая мощность передачи. Достаточно вспомнить, что во многих странах для телевизионной передачи в диапазоне 50-90 МГц мощность передатчика ограничивается значением 100кВт, тогда как в диапазоне 500-800 МГц можно встретить телевизионные передатчики до 5000кВт.

Однако, из этого не следует, что и у передатчиков сотовой связи мощность повышается с увеличением частоты. Наоборот, в версии системы GSM, работающей в диапазоне 1800МГц, мощности передачи на порядок ниже, чем в системе GSM-900. Если взять за основу приведенную ранее таблицу, то мощность абонентского аппарата системы GSM-1800 находится в пределах от 1Вт (вместо 8Вт в GSM-900, класс 2) до 0.25Вт (класс 5), а мощность базовой станции от 20Вт (класс 1) до 2Вт (класс 4), что объясняется размером сот. Однако на текущий момент для подвижных аппаратов системы GSM-900 мощность составляет максимум до 1Вт, реально же еще меньше. Поэтому цифры, приводимые в таблице ранее, на данный момент уже не актуальны, но приводятся для наглядности характеристики зависимости мощностей аппарата и базовой станции. Система GSM-900 рассчитана на соты радиусом в несколько десятков километров (приблизительно до 35км), а система GSM-1800 - на соты радиусом в несколько километров. Таким образом, при уменьшении мощности на порядок охватываемая площадь соты уменьшается на два порядка.