Цифровая радиосвязь. Цифровые системы сотовой связи

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.

ПОЧЕМУ ЦИФРА?

Технология цифровой двусторонней радиосвязи призвана решить проблему перегруженности радиочастотного спектра и обеспечить эффективность его использования. В мире используются миллионы аналоговых радиостанций, и такое огромное количество пользователей в радиочастотных диапазонах существенно ухудшает качество и надежность коммуникации. В некоторых странах уже приняты законодательные акты, обязывающие производителей выпускать и продавать только цифровое оборудование радиосвязи. В результате, большинство производителей радиооборудования инвестируют в развитие новых цифровых радиотехнологий, чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на более эффективное оборудование двусторонней радиосвязи. Цифра меняет взгляд пользователей на коммуникацию и использование радиостанций.

Недостатки аналоговой радиосвязи

Аналоговые системы радиосвязи до сих пор имеют широкое применение, и их пользователям хорошо известно об их недостатках:

^^ Качество звука

Фоновые шумы и атмосферные помехи.

^^ Нестабильное функционирование

Случайные сбои при передаче или приеме вызовов.

^^ Дальность радиосвязи

Уменьшение эффективности с увеличением расстояния.

^^ Недостаточная защищенность радиосвязи

Бесконтрольность прослушивания разговоров.

^^ Перегруженность канала

Риск потери важного вызова из-за работы посторонних

радиостанций и помех.

^^ Управление вызовами

Невозможность установить прямой вызов определенному

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МЕНЯЮТ ПРЕДСТАВ ЛЕНИЯ О РАДИОСВЯЗИ

С развитием новых цифровых технологий, включающих в себя традиционный функционал аналоговых устройств с рядом дополнительных функций, пользователи получают широкий спектр возможностей радиосвязи. Устойчиво высокое качество вызовов Звук - цифровые технологии обеспечивают более эффективное подавление шумов и помех, сохраняя качество звука на большем расстоянии, и пользователи слышат, что им говорят, ясно и отчетливо. Использование вокодера AMBE+2™ помогает значительно улучшить качество передаваемого звука в помехонасыщенной среде для достижения эффективности радиочастотного спектра. Зона покрытия — цифровые технологии помогают пользователям сделать большее количество вызовов в большее количество мест. Цифровой сигнал остается мощным и чистым на протяжении всей дальности радиопередачи. Повышенная устойчивость цифрового радиосигнала обеспечивает большую дальность связи, которая была недоступна ранее.

УЛУЧШЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВЫЗОВАМИ

Контроль — обычное желание пользователей аналоговыми радиостанциями - контролировать тех, кто получает

сообщения, и избегать трансляции сообщений широкому кругу слушателей. Цифровые технологии делают это возможным при помощи уникального идентификатора, который присваивается каждой цифровой радиостанции. Пользователь может избирательно вызывать отдельную радиостанцию или группу, посылая вызовы только тем абонентам, которым необходимо передать определенную информацию.

Возможности управления вызовами

^^ Индивидуальный вызов - пользователь может напрямую вызвать другого определенного пользователя, и больше никто в канале их не услышит.

^^ Групповой вызов - пользователь может вызвать определенную группу пользователей. При этом все участники группы слышат друг друга, но их не могут услышать другие пользователи, кто не входит в данную группу, несмотря на то,что будут использовать тот же самый канал.

^^ Общий вызов - пользователь осуществляет вызов всем радиостанциям в канале.

^ ^ Поздний вход - во время активной фазы индивидуального или группового вызова, другие пользователи могут присоединиться к разговору на более поздней стадии.

Текстовые сообщения — цифровые технологии дают возможность отправлять и принимать текстовые сообщения, как запрограммированные, так и произвольные. Таким

образом, пользователь может оставаться на связи, когда голосовая связь невозможна, а также, когда нужно сохранить сообщения для последующего использования.

Защита информации — в цифровом режиме не требуется никакого дополнительного оборудования для защиты каналов связи. При включенной функции шифрования, сообщения слышат только те абоненты, которым оно адресовано, при этом отсутствует значительное снижение качества звука, присущее скремблированию в аналоговом режиме.

ПЕРЕХОДИТЕ НА ЦИФРУ ПРАВИЛЬНО НЕ ВСЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОДИНАКОВЫ

В отличие от аналоговых систем радиосвязи, которые, вне зависимости от марок, могут прекрасно взаимодействовать между собой,в цифровых системах используется один из двух протоколов: TDMA или FDMA. Важно отметить, что эти два протокола несовместимы, т.е. в цифровой системе радиостанция с протоколом FDMA не будут взаимодействовать с радиостанцией с протоколом TDMA. Во всем мире в более чем 74% цифровых радиостанций используется протокол TDMA, позволяющий увеличить эффективность и мощность.

Протокол TDMA предполагает использование полногоканала 12,5 кГц, который делится на два независимых слота, тем самым достигая эффективности 6,25 кГц каждый. Таким образом, пропускная способность частотного канала удваивается. Благодаря этому на базе одного канала может быть организовано два одновременных сеанса голосовой связи. В качестве альтернативы один слот может быть занят голосом, а второй использован для передачи данных - например, текстовых сообщений. При этом не возникает потребности в приобретении второй лицензии, не происходит уменьшения дальности связи и нет угрозы помех от соседних каналов. Другие преимущества TDMA: ^^ Совместимость с аналоговыми системами связи для более легкого и эффективного перехода на цифру. ^^ Меньшая стоимость оборудования - не требуется дополнительных ретрансляторов или комбайнеров, для получения двойной емкости канала. ^^ Более продолжительное время работы от батареи - протокол TDMA позволяет уменьшить вдвое время передачи, увеличивает длительность разговоров и время работы радиостанции от одной батареи без подзарядки. Меньшие затраты на дополнительное оборудование ведут к экономии затрат на электроэнергию. ^^ Большая свобода выбора - TDMA - самый распространенный в мире протокол цифровой подвижной радиосвязи. Применение TDMA позволяет пользователям получить более гибкие системы радиосвязи.

Протокол FDMA предполагает разделение полосы частот на несколько узких подканалов, но при этом пропускная способность канала 12,5 кГц используется не полностью. По мере сужения полосы возрастает угроза помех, снижается чувствительность и может уменьшиться радиус действия устройств - то есть, общее качество связи падает. Для решения этой проблемы требуются дополнительные лицензии и полосы частот, что делает систему значительно дороже. Другие недостатки протокола FDMA: ^^ Высокая стоимость оборудования - для организации каждого канала требуется отдельный ретранслятор. Кроме того, чтобы совмещать несколько частот на одной антенне базовой станции необходимо уплотняющее устройство. ^^ Высокие затраты на приобретение лицензий - для достижения необходимой пропускной способности требуются дополнительные лицензии или полосы частот. Два подканала 6,25 кГц не могут полноценно работать в канале 12,5 кГц, цифровые системы не смогут взаимодействовать с таким аналоговыми системами, так как это будет происходить на разных частотах. ^^ Ограниченный выбор - ассортимент радиостанций, работающих на основе протокола FDMA невелик - лишь небольшое количество производителей предлагают такие устройства.

НОВЫЙ ЭТАП БОЛЬШОГО ПУТИ

То, что вас устраивало раньше, не значит, что будет устраивать и впредь - Вы можете позволить себе более качественную связь.Преодоление недостатков аналоговых устройств прежних поколений и стремление к лучшему качеству звука, надежной защите и большей дальности связи - это недорогие двусторонней радиосвязи Vertex eVerge. Совместимые с другими аналоговыми устройствами, эти высокотехнологические решения предоставляют больше возможностей для наилучшего решения задач радиосвязи.

^^ выходная мощность 45 Вт VHF /

^^ 16 каналов

Цифровая связь, и предпосылки ее использования.

Современное поколение уже не удивить словами модем, выделенная линия или “коннект”. Особенно это относиться к “фидошникам” или к людям так или иначе связанным с сетью Интернет. Но часто возникают недопонимания между операторами связи и абонентами, именно из-за проблем модемной связи по коммутируемой или выделенной линии. Кроме того, постоянно в конференциях и “фидошных эхах” идут обсуждения “какие номера с какими лучше вяжутся, какие модемы лучше держат коннект, а какие хуже”. Как это не прискорбно, но такие споры и обсуждения редко рождают истину. В такой ситуации всем сильно не хватает технической поддержки местного оператора связи.

Чаще всего все претензии абонента насчет плохих скоростей соединения модемов не принимаются, и ответ прост: изоляция в норме, постороннего нет. А причины плохой связи могут крыться в таких тонкостях, которые в голосовой связи ни когда не проявляются. Для разных типов Автоматических Телефонных Станций (АТС), такие причины могут быть разные.

Механические АТС (Координатные и Декадно-шаговые).

Это уже устаревшие типы АТС, но, тем не менее, еще используются на территории России ввиду дороговизны новых и тяжелым экономическим положением в стране. И конечно нельзя не упомянуть что кабельное хозяйство российских операторов связи на 40% 60-х годов. Именно на этих станциях обычно не используется никакого оборудования уплотнения, и качество связи зависит только от оборудования механической коммутации. Общая структура взаимодействия АТС и абонентов показана на рисунке:

В Томске на механических АТС работают номера, начинающиеся на цифры: 21, 22, 23, 25, 77, 78.

С одной стороны преимуществом является то, что, соединившиеся абоненты соединены физической двухпроводной линией. То есть рабочий диапазон такой линии от 300 Гц до 20 кГц, что теоретически позволяет при использовании широкополосных модемов получить скорости обмена до 2 Мбит, а в редких случаях и больше. Но такие оптимистические цифры в реальных соединениях невозможны из-за нескольких факторов:

Качество коммутационных контактов на АТС очень низкое.

Очень высокий “шум станции”.

Сильные перекрестные помехи в кабельных магистралях (50-100 парный кабель с малым количеством витков на метр).

Подверженность кабельных магистралей многим природным факторам и электромагнитным помехам (многие встречались с тем, что кабель, подходящий к вашему дому или офису, либо “замокает” при дожде, либо прослушивается сторонний разговор).

Несколько лет назад в Томске эта проблема была частично решена ЦСП (Цех Систем Передачи), введением развитой сети ИКМ – трактов (Импульсно-кодовая модуляция). На схеме №2 схематично показаны отличия многопарных кабельных магистралей и ИКМ – трактов:

Как видно из рисунка многопарный медный кабель из-за дороговизны обслуживания и низкого качества соединения теперь используется эффективнее. Но на смену пришла ВОЛС (Волоконно-оптический линия связи), которая передает цифровой поток со скоростью до 300Мбит/с и более(скорость передачи цифрового потока по 4-парному медному проводу 2Мбит/с). То есть теперь абонентское соединение после коммутации на механической АТС аналоговый сигнал выходит со станции и входит в оборудование ЦСП. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) превращает этот сигнал в цифровой поток 64кбит/с на передачу и 64кбит/с поток в аналоговый сигнал на прием. Потом 30+2 цифровых потока (2 управляющих) по 64кбит/с объединяются в один 2Мбит-ный поток E1 (ИКМ-тракт). В ВОЛС входит до 64 потоков E1. С другой стороны магистрали ситуация повторяется с точностью до наоборот. С ВОЛС снимаются 64 цифровых потока E1, далее каждый разбирается на 64кбит-ные потоки, и подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Получившийся аналоговый сигнал поступает на станцию, и после коммутации к абоненту.

Проанализируем, какие преимущества и недостатки дает переход на цифровое уплотнение оператору связи, а какие абоненту:

Преимущества.

Оператор связи:

ВОЛС не подвержены проникновению влаге и электромагнитным помехам, следовательно, дешевле обходиться прокладка шахт и обслуживание.

Гибкость такого решения позволяет модернизировать объемы межстанционных соединений без дополнительных работ.

Экономия на стоимости кабеля 1м 100-парного медного кабеля стоит на сегодняшний день дороже, чем 1м двухжильного оптического волокна.

Абонент:

Качество связи повышается за счет уменьшения перекрестных помех межстанционных соединений.

Расстояние между абонентами перестает влиять на качество связи (ВОЛС может передавать сигнал на десятки километров без потерь, кроме того, за счет передачи сигнала в цифровом виде можно использовать алгоритмы коррекции).

Недостатки.

Оператор связи:

Сложность и дороговизна решений с цифровой передачей.

Необходимость формирования и обучения служб монтажа и обслуживания ВОЛС.

Абонент:

Проблемы, обусловленные прохождением через АЦП/ЦАП и оборудование уплотнения: диапазон рабочих частот 300-3300Гц, “джиттер” (дрожание фазы) и временные задержки (в голосовой связи незаметные).

Перекрестные помехи на магистралях распределительных шкафов, попадание влаги в шахты магистралей (проблема последней мили).

Так как механическая коммутация происходит с аналоговым сигналом, шумы станции попадают в линию, как и прежде без применения ИКМ-трактов.

Преимущества оператора связи очевидны, так же как и абонента. А вот недостатки вызывают сомнение, повышает ли введение ИКМ-трактов качество обслуживание. Уменьшение рабочего диапазона частот делает невозможным использование широкополосых модемов, а “джиттер” должен отрицательно повлиять на скорость соединения.(алгоритм АЦП!!) В то же время перекрестные помехи не исчезнут совсем, так как от станции до распределительного шкафа магистраль проведена медным кабелем. И в завершении “шум станции”, который не уменьшился и не увеличился, наводит на мысли что переход на цифровые ИКМ-тракты в межстанционных магистралях на механических станциях, не дают преимуществ для модемной связи абонента.

Выделенные линии (прямые линии).

Часто для объединения локальных сетей двух удаленных офисов применяют постоянное модемное соединение. Но для максимальной эффективности такого решения применяют не обычную коммутируемую линию, имеющую ряд вышеперечисленных недостатков, а прямую (выделенную) линию. По определению прямая линия – это выделенная только для нужд абонента некоммутируемая физическая линия (см. рис.).

Как видно из рисунка, предоставление абонентам прямой линии требует выделение свободной пары во всех магистралях по пути ее установки. На станцию пара не заходит, а соединяется с парой из следующей магистрали в кроссе . И важным свойством прямой линии является то, что она не заходит ни в ИКМ-тракт или другое оборудование уплотнения, а, следовательно, рабочий диапазон частот не ограничен 3,3кГц и нет потерь из-за временных задержек и дрожания фазы. И последним важным фактором является полная длина прямой (чем больше длина, тем хуже параметры линии), и уже имея этот параметр, можно взяться за выбор модели модемов. В таких случаях рекомендуют либо модемы short-range модемы (модемы “последней мили”), либо широкополосные xDSL модемы с пропускной способностью 2Мбит/с и более.

Short-range модемы или модемы "последней мили" - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных, на сравнительно коротких расстояниях. Например: внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Но в последнее время в связи с вытеснением межстанционных медных магистралей ИКМ-трактами, возможность провести прямую линию абоненту в разных районах города (разные АТС) становиться проблемой. Иногда это решается проведением магистралей между распределительными шкафами, а иногда ни каких вариантов кроме ввода в ИКМ-тракт нет. Это наталкивает операторов связи на внедрение современных технологий цифровых сетей.

Электронные АТС.

В представлении абонента электронные или цифровые АТС - это что-то такое ультрасовременное и недоступное. Хотя в Томске уже более 100000 абонентов обслуживаются именно электронными АТС. Ключевое отличие электронных станций от механических в методе и среде коммутации абонентов.

Механические АТС коммутируют аналоговые линии контактными площадками, управляемыми электромагнитным приводом, в то время как электронные коммутируют пространственно-временными манипуляциями цифровых потоков.

Как видно из рисунка аналоговый сигнал от абонента приходит в абонентский комплект, где объединяется с входным потоком и после эхокомпенсации преобразуется с помощью АЦП в цифровой поток 64 кбит/с. Входной поток аналогично преобразовывается и поступает абоненту (см. рис.).

Важно заметить, что при коммутации теперь происходит не механическое соединение-разъединение, а манипуляция цифровым потоком во внутриканальном пространстве и распределение этого потока в выделенные интервалы передачи. За счет этого электронные АТС имеют идеальное качество “контакта” и благодаря использованию цифровых технологий “шум станции” на линию не проходит. Однако есть и обратная сторона медали: “шум квантования”.

Шум вызван квантованием аналоговых сигналов, необходимый для преобразования аналогового сигнала в цифру перед отправкой по телефонной сети. Входящий аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается как Пульсовый Код Модуляции (Pulse Code Modulation - PCM). Cэмплирующая система использует 256 дискретных 8-битных PCM кодов. Так как аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой код - дискретен, цифровой поток, передаваемый по телефонной сети, воссоздаются на другом конце в приблизительно соответствующий им аналоговый исходный сигнал. Разница между оригинальным сигналом и воссозданным - есть шум квантования , который ограничивает скорость модемов. Шум квантования ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c (по теореме Шенона). Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом.

Нам повезло, мы живем во время великих открытий, быстро развивающихся инноваций. Все чаще при покупке техники мы отдаем предпочтение моделям, использующим цифровые технологии: фото и видеокамеры, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты, MP3-плееры и многое другое.

Однако выбор устройства всегда сложен. Когда мы заходим в магазин, очень трудно бывает определиться, поэтому так удобно делать покупки через интернет магазин, где каждая позиция снабжена подробным описанием, перечислены основные характеристики, размещены фотографии, отзывы.
Сидя дома в уютном любимом кресле, вы изучаете информацию, сравниваете и выбираете товар, наиболее полно отвечающий вашим требованиям. Цифровая техника очень сложна, поэтому при возникновении вопросов, вы всегда можете обратиться к помощи наших опытных менеджеров, которые проконсультируют по возникшим вопросам, расскажут о преимуществах того или иного варианта.

Мобильные (сотовые) телефоны

Например, большое количество различных моделей от ведущих производителей представлено в категории мобильные (сотовые) телефоны. Появившись на рынке относительно недавно, они прочно вошли в нашу жизнь. Сейчас уже трудно представить, что когда-то мы жили без них.
У нас в каталоге вы найдете новинки и телефоны, завоевавшие популярность у потребителей в прошлые годы. Это и дорогие телефоны и более дешевые, яркие, стильные. Но есть и то, что их объединяет: они имеют прекрасные отзывы пользователей. Предлагаемые нами модели от мировых производителей (Самсунг, Нокиа, Элджи, Сони) имеют все необходимые сертификаты, гарантирующие качество, надежность и безопасность.

Новинки сотовых телефонов

Всегда хочется заранее знать, что ждет нас впереди. Представляем вашему вниманию несколько новинок 2014 года, занимающих высокие места в рейтинге мобильных телефонов.
Самсунг
Компания Samsung предлагает нам несколько новинок: Galaxy S5, GalaxyF и Galaxy Note 4. Модель S5 позиционируется как аппарат с мощным процессором, дисплеем на 5”, фотокамерой на 16 Мп, оригинальным дизайном. GalaxyF – это смартфон с последней версией Андроида, фотокамерой и алюминиевым корпусом. Galaxy Note 4 имеет самое современное программное и аппаратное обеспечение, обновленную камеру, дисплей, процессор, дизайн.
Сони
Модель Xperia Z2 будет иметь чипсет Snapdragon 800 и 3Гб оперативной памяти. Дисплей 5,2”, фотокамеру на 20,7 Мп.

В этой книге мы представляем основные принципы, которые лежат в основе анализа и синтеза систем цифровой связи. Предмет цифровой связи включает в себя передачу информации в цифровой форме от источника, который создаёт информацию для одного или многих мест назначения. Особенно важным для анализа и синтеза систем связи являются характеристики физических каналов, через которые передаётся информация. Характеристики канала обычно влияют на синтез базовых составных блоков системы связи. Ниже мы опишем элементы системы связи и их функции.

1.1. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ

Функциональную схему и основные элементы цифровой системы связи поясняет рис. 1.1.1. Выход источника может быть либо аналоговым сигналом, как звуковой или видеосигнал, либо цифровым сигналом, как выход печатающей машины, - он дискретен во времени и имеет конечное число выходных значений. В системе цифровой связи сообщения, выданные источником, преобразуются в последовательность двоичных символов. В идеале мы можем представить выход источника сообщения небольшим числом двоичных символов (насколько это возможно). Другими словами, мы ищем эффективное представление выхода источника, которое приводит к источнику с наименьшей избыточностью или с полным её отсутствием. Процесс эффективного преобразования выхода источника - как аналогового, так и цифрового - в последовательность двоичных символов называют кодированием источника или сжатием данных .

Последовательность двоичных символов от кодера источника, который мы назовём источником информации , поступает на кодер канала . Цель кодера канала состоит в том, чтобы ввести управляемым способом некоторую избыточность в информационную двоичную последовательность, которая может использоваться в приёмнике, чтобы преодолеть влияние шума и интерференции, с которой сталкиваются при передачи сигнала через канал. Таким образом, добавленная избыточность служит для увеличения надёжности принятых данных и улучшает верность воспроизведения принятого сигнала. Фактически избыточность в информационной последовательности помогает приёмнику в декодировании переданной информационной последовательности. Например, тривиальной формой кодирования исходной двоичной последовательности является простое повторение каждого двоичного символа раз, где - некоторое целое положительное число. Более сложное (нетривиальное) кодирование сводится к преобразованию блока из информационных символ в уникальную последовательность из символов, называемую кодовым словом . Значение избыточности, вводимой при кодировании данных таким способом, измеряется отношением . Обратная величина этого отношения, а именно , названа скоростью кода .

Рис. 1.1.1 Основные элементы цифровой системы связи

Двоичная последовательность на выходе кодера канала поступает на цифровой модулятор, который служит интерфейсом к каналу связи. Так как почти все каналы связи, с которыми сталкиваются на практике, способны к передаче электрических сигналов (волновых процессов), основная цель цифрового модулятора сводится к отображению информационной двоичной последовательности в соответствующий сигнал. Чтобы разобраться с этим вопросом, предположим, что кодированная информационная последовательность должна передать один бит за определённое время с постоянной скоростью бит/с. Цифровой модулятор может просто отображать двоичный символ в сигнал , а двоичный символ - в сигнал . Таким способом каждый бит кодера передаётся отдельно. Мы называем это двоичной модуляцией. В качестве альтернативы модулятор может передавать кодированных информационных битов одновременно, используя различные сигналы , один сигнал для каждого из возможных -битовых последовательностей. Мы назовём это -позиционной модуляцией . Заметим, что информационная последовательность с битами поступает на вход модулятора каждые секунд. Следовательно, когда канальная скорость передачи данных фиксирована, для передачи одного из сигналов, соответствующих информационной последовательности из бит, отведён в раз больший интервал времени, чем при двоичной модуляции.

Канал связи – это физическая среда, которая используется для передачи сигнала от передатчика к приёмнику. При беспроволочной связи каналом может быть атмосфера (свободное пространство). С другой стороны, телефонные каналы обычно используют ряд физических сред, включая линии проводной связи, волоконно-оптические кабели и беспроволочные линии (например, микроволновую радиолинию). Для любой физической среды, используемой для передачи информации, существенно, что передаваемый сигнал подвержен случайным искажениям через такие механизмы, как воздействие аддитивного теплового шума, генерируемого электронными устройствами, воздействие промышленных помех (например, автомобильные помехи от системы зажигания), воздействие атмосферных помех (электрические разряды молнии во время грозы) и т.п.

На приёмной стороне системы цифровой связи цифровой демодуляторобрабатывает искажённый каналом передаваемый сигнал и преобразует его в последовательность чисел, которые представляют оценки переданных данных (двоичных или -позиционных). Эта последовательность чисел поступает на канальный декодер, который пытается восстановить первоначальную информационную последовательность, используя знание канального кода и избыточности, содержащейся в принятых данных.

Мера качества работы демодулятора и декодера – это частота, с которой возникают ошибки декодируемой последовательности. Более точно, средняя вероятность ошибки на бит для выходных символов декодера является удобной характеристикой качества демодулятора-декодера. Вообще говоря, вероятность ошибки является функцией от характеристик кода, форм сигналов, используемых для передачи информации по каналу, мощности передатчика, характеристик канала, а именно уровня шума, природы интерференции и т.д., и методов демодуляции и декодирования. Эти обстоятельства и их влияние на характеристики качества системы связи будут обсуждаться подробно в последующих главах.

На заключительной стадии, когда рассматривается аналоговый выход, декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применённого на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника. Ошибки декодирования и возможные искажения в кодере и декодере источника приводят к тому, что сигнал на выходе декодера источника является аппроксимацией исходного сигнала источника. Разность или некоторая функция разности между исходным и восстановленным сигналом является мерой искажения, внесённого цифровой системой связи.