...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь
Шрифт:
С этой целью создан межгосударственный орган - Международный союз электросвязи (МСЭ), работающий в Женеве (Швейцария). Он рекомендует строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу.
Иерархия (от греческих слов o - священный и o - власть) - порядок подчинения нижестоящих органов и должностных лиц вышестоящим по строго определенным ступеням (иерархическая лестница). Это - одна общепринятая трактовка. Согласно другой, иерархия - расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему. И в природе, и в обществе мы часто сталкиваемся с различными иерархиями.
Планета Земля вместе с еще восемью планетами входит в Солнечную систему. В свою очередь, наша Солнечная система - это маленькая частица громадной звездной системы, которую называют Галактикой. Подсчитано,
Если наша Галактика - это звездный город или звездный остров в безбрежном океане Вселенной, то иные галактики - это другие звездные города, другие острова Вселенной. Так же как острова в океане, галактики образуют местами архипелаги - скопления десятков, а иногда и тысяч галактик. Это - Сверхгалактика. Ее диаметр составляет около 100 млн световых лет, а общая масса равна примерно квадриллиону солнечных масс.
Известно много других скоплений галактик. Все доступные для наблюдений области Вселенной входят в состав системы еще более грандиозной, чем Сверхгалактика. Эту систему называют Метагалактикой, но до ее границ ученые еще не добрались.
Другим примером иерархического построения системы является календарь. Да-да, обычный календарь, которым мы так привыкли пользоваться, что даже и не вполне отдаем себе отчет в том, как велика в нашей жизни и во всем нашем мышлении роль упорядоченного счета времени.
Считают, что само слово "календарь" произошло от одного из латинских слов calco - "провозглашать" или calcodarium - "долговая книга". Первое из них напоминает о том, что в Древнем Риме начало каждого месяца, в отличие от прочих дней, провозглашалось особо, а второе - о том, что первого числа месяца необходимо было платить долги. Календарем принято называть определенную систему счета продолжительных промежутков времени с подразделением их на отдельные, более короткие периоды - годы, месяцы, недели, дни.
Потребность в измерении времени возникла у людей уже в глубокой древности, и простейшие системы счета времени - первые календари - появились много тысячелетий назад, на заре человеческой цивилизации. Люди измеряли промежутки времени, сопоставляя их с явлениями, которые повторяются периодически. Это прежде всего смена дня и ночи, она дала людям естественную единицу времени - сутки, смена фаз Луны, происходящая в течение месяца, и смена времен года. Вначале счет времени был весьма примитивным. Но в дальнейшем, по мере развития человеческой культуры и возрастания практических потребностей людей, календари совершенствовались, и в конце концов был создан привычный для нас календарь, названный григорианским в честь папы Григория XIII, осуществившего в 1582 г. реформу действовавшего до этого юлианского календаря.
Иерархия календаря состоит в следующем. За единицу измерения выбраны сутки. Семь суток объединяются в неделю. Из четырех или четырех с половиной недель образуется месяц. Три месяца составляют квартал. Четыре квартала - год. Годы складываются в десятилетия и века, а века в тысячелетия. При необходимости эту иерархию можно продолжить и "вниз" от суток: сутки состоят из 24 ч, час - из 60 мин и т.д.
Иерархия, рекомендованная для цифровых систем передачи, чем-то похожа на иерархию календаря. Прежде всего необходимо было выбрать некоторую единицу измерения - "элементарную" скорость цифрового потока, - единую для всех стран и предприятий, выпускающих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость суммарных цифровых потоков. Такой "единичной" скоростью во всем мире принята скорость передачи цифровой речи, равная, как вы помните, 64 кбит/с. Выбор этой величины в качестве единицы объединения цифровых потоков определяется, скорее, традициями, нежели какими-то другими соображениями. Дело в том, что
Еще немного о терминологии. Пусть необходимо объединить в один цифровой поток для передачи его по линиям связи два потока, скорость передачи цифр в каждом из которых равна 64 кбит/с. Это можно сделать с помощью мультиплексора (помните, устройства с поочередно открывающимися "дверями"?).
Скорость цифрового потока на его выходе будет, естественно, равна 128 кбит/с. Таким образом будет создана цифровая система передачи с двумя каналами. Если объединить, скажем, пять таких "стандартных" цифровых потоков, то речь пойдет о пятиканальной цифровой системе передачи со скоростью потока на ее выходе 64х5 = 320 кбит/с. С помощью этой аппаратуры по одной паре проводов (одному оптическому волокну, одному радиостволу) смогут разговаривать одновременно, не мешая друг другу, пять пар абонентов.
Канал, в котором биты "бегут" со скоростью 64000 цифр/с, получил название основного цифрового канала. Возможности любой цифровой системы передачи оцениваются числом организованных с ее помощью именно таких стандартных каналов.
На какое же число каналов рассчитаны современные системы передачи? Прежде чем ответить на вопрос, обратимся к истокам развития систем цифровой связи. Успешное внедрение телеграфной системы Бодо стало сильнейшим стимулом для поиска путей "оцифрования" всех видов информации и в первую очередь телефонных сообщений. Однако только в середине 30-х годов XX в. были сформулированы теоретические основы для создания универсального метода превращения аналоговых, или непрерывных, сигналов в цифровые. Замену непрерывного тока кодированной комбинацией импульсов инженеры назвали импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В сущности, вы с ней подробно знакомились в первой части книги на примере работы аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Поэтому цифровые системы передачи во всем мире называют еще системами передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ-системами).
Разработка техники ИКМ началась в европейских странах, но разразившаяся в 1939 г. вторая мировая война прервала этот процесс и центр научных исследований переместился в Америку. В 1947 г. фирма "Bell" опубликовала первые сообщения о полностью работоспособной системе с ИКМ. Однако до широкого внедрения цифровых систем передачи оставалось еще почти 15 лет. Такая задержка объясняется тем, что не была готова соответствующая элементная база, в частности отсутствовал подходящий маломощный переключающий прибор. В принципе, в то время в качестве переключающих элементов могли использоваться электронные лампы, но они отличались большими габаритами, малой надежностью, большой потребляемой мощностью. В результате аппаратура с ИКМ на основе технологии 1947 г. была громоздкой, ненадежной, сильно нагревалась.
В действительности ключевое изобретение, изменившее данное положение, было сделано в тех же исследовательских лабораториях приблизительно в то же время, когда была создана первая ИКМ-система. Это было изобретение транзистора. Для его разработки потребовалось еще 10 лет. К 1957 г. был получен почти идеальный коммутирующий прибор: небольшой, быстродействующий, надежный и потребляющий незначительную энергию. Через пять лет после этого, в 1962 г., появилась первая коммерческая система передачи ИКМ-24, основная конструкция которой была очень похожа на первоначальную, предложенную 15 лет назад. Система оказалась очень удачной и нашла широкое применение. Цифра 24 указывает на число каналов в ней. После объединения 24 исходных потоков скорость цифрового потока па выходе системы составляла 1,544 Мбит/с.