www.amapro.cz & David Bazala [Digitální technika]

Otevře webové stránky AmaPro


Otevře hlavní stránku společnosti AmaPro
Internetové stránky určené pro studenty středních a vysokých odborných škol.


amapro.cz/odkazy Projekt eliminuje vyhledávání klíčových slov na komerčních stránkách a v e-schopech.



Nový projekt AmaPro Vícenásobný přenos hovorů

Dnešní informačně obsáhlí svět nutí konstruktéry přenosových médií přenášet velké množství dat po malém počtu vedení. Je přirozené, že zvyšování počtu vedení spolu nese nemalé finanční problémy. V oblasti telekomunikací se jedná především o přenos telefoních hovorů. Značně vytíženy jsou spoje mezi uzlovými a tranzitními ústřednami. Dříve se tato problematika řešila pomocí FDM (frekvenční modulace). Ta pracovala na principu modulace hovorového pásma 0,3-3,4 kHz na nosné vyšší frekvence. Tehdejší kvalita filtrů a propustí si vyžádala větší šířky frekv. pásem a větší odstupy. Ačkoliv se dalo touto formou přenášet poměrně mnoho telefonních hovorů, vše se projevilo na úkor kvality hovoru. Nemusím připomínat závislost frekvence na útlum, která se projevovala při zesilování. Přenos po koaxiálním kabelu sice zabrání indukcím cizích signálů, ale projeví se kapacita na vedení. Kapacita je opět zásislá na frekvenci.

Hlavnímy problémy pro přenosové médium se začaly jevit kvalita a počet možných hovorů. Jak tedy přenášet po jednom vedení co nejvíce hovorů v dobré kvalitě?. Pro kvalitní přenos a reprodukci hovoru se použila digitalizace. Ta spočívá ve vysekávání vzorků z hovoru, převod na binární kód atd. Celý proces digitalizace má ještě jeden pozitivní efekt. Mezi dvěma vzorky jednoho hovoru vzniká volný čas. Současná technologie IO dovede zpracovávat mnohem kratší obdélníkové průběhy. Na otázku co s volným časem, nám odpoví potřeba přenášet více hovoru po jednom vedení. Základní myšlenka spočívá v sunutí jiných vzorků do vziklé mezery "volný čas" (obr 1).

Obr 1: Volný čas mezi dvěma posobě jdoucími vzorky A,B jednoho hovoru

Abychom dobře pochopili princip paralelního (současného) přenosu více hovorů v sériovém toku dat, zdemonstrujem si situaci dle obr 2. Obázek nám přiblíží přenos čtyř telefonních hovoru po jednom vedení. Je zatím zcela jedno je-li signál analogový nebo digitální. Zjednodušeně lze situaci vysvětlit na dvojici krokových přepínačů, jejichž aktivní kontakt se točí v poli kontaktů jednotlivých telefonů.

Obr 2: Zjednodušená konstrukce přerušovaného přenosu hovoru

Existuje-li předpoklad o kvalitě hovoru, není problém určit jak často je třeba vysekávat vzorky jednoho hovoru. Obecně platí čím větší mezera mezi vzorky, tím horší kvalita reprodukce hovoru (obr 3). Z těchto parametrů určíme (bylo již standatrně určeno) délku mezery mezi dvěma vzorky (např. 0,125ms). Zatím v našem případě to znamená, že otočný kontakt přepínače musí být u každého telefonu v poli za 0,125 ms. Uvažujme, že spojení hovorů bude 1-1´ až 4-4´. Jak ale zajistíme to, že se nám budou přepínače točit stejně? Dostáváme se k velice důležitým vedlejším procesům při vícenásobnem přenosu, a to je synchronizace. Aby skutečně došlo k propojení telefonu1 s telefonem1´ , musí být oba přepínače v poloze jako na obr1.

Situace na obr 2 je pouze čistě teoretická, neboť rychlost přepínače s jedním protočením o rychlosti 0,125 ms je konstrukčně nezvládutelná. To je důsledek další známé otázky "proč hovor digitalizovat?". Je nutno přiznat, že nejde jen o dodržení kvality hovoru pro účastníka, ale také o to, že s digitálním signálem se mnohem lépe pracuje, přenáší a kontroluje. Známe-li kvalitu hovoru, kterou účastníci požadují, známe také časovou vzdálenost mezi dvěma vzorky jednoho hovoru. Další hodnoty, které nám pomou komlexně určit výkonnost vícenásobného přenosu hovoru, jsou časové parametry použitých logických obvodů. Obecně platí: čím kratší budou přístupové doby IO, tím více můžeme vložit jiných vzorků do volného času mezi dvěma vzorky jednoho hovoru.

Obr 3: Pokles kvality s rostoucím volným časem

Na obr4. je znázorněná situace základních signálních vodičů, které je potřeba pro udržení správného chodu systému. Nelze jen přenášet hovorová data a informace o nich (DATA). Přenos obdélníkového průběhu sebou nese spoustu problémů. Víme, že o začátku, či konci bitu nás informují sestupné a vzestupné hrany. Co se ale stane, když posloupnost sériových dat bude nabívat jen jednu logickou úroveň? V sériovém toku dat se ztratí taktovací kmitočet. Proti ztrátě taktu se vedle sériového kanálu objeví jeho pomocný vodič SYNCHRO. Tento pomocný vodič má velmi jednoduchý průběh, a to obdélníkový. Jedná se zpravidla o střídání logické 1 a nuly o stejných časových délkách. Časové délky jsou odvozeny od bitového taktu sériového kanálu. SYNCHRO je svou vlastnosti "neztrácení taktu" užitečný i pro mnohé jiné obvody v systému.

Další důležitou věcí sériového toku dat je orientace se v organizaci dat. Přenášíme-li sériová data z jednoho registru do druhého, musíme umět rozpoznat začátek a konec přenášené slabiky (nejčast. bajt). Opět i zde si vytváříme další pomocný vodič SIGNAL. Ten nás informuje logickou 1 vždy na počátku vysílání 1 bitu nové slabiky. Signální vodič může skýtat více forem, jak je to na obr 4. Do sériového toku dat se přirozeně vkládají i interní informace systému. Ty jsou k tomu, aby se "na konci" vědělo co s přenášenými hovory. V našem případě systém rozpozná blok DATA v seriovém toku tak, že za bitem "bit info hovor" nebude log 0, ale log 1.

Obr 4: Tři základní vodiče pro seriový kanál

Nyní máme tři důležité vodiče, které nám dokáží rozpoznávat bity a slabiky v sériovém kanálu. Jedná se ale o fyzické vodiče, které musí sériový kanál doprovázet. My jsme si říkali, že přenosové systémy vyžadují co nejméně vodičů. Jak tedy zajistit správný přenos po jednom vedení? Dostáváme se k dálší velice důležité problematice a to ke kódování logických dat před sériovým kanálem (optikou).

Obr 5a: Blokové schéma řadící a výsílací časti sériového kanálu

Obr 5b: Blokové schéma přijímací části

Na obr 5a,b je blokové schéma přenosového systému (vysílač, přijímač). Také zde vidíme tři základní vodiče, o kterých jsme již mluvili. HOVOR, SYNCHRO, SIGNAL. Nyní máme problém, jak spojit tyto vodiče do jednoho, tak abychom neztratili takt a orientaci v datech? Z obr 5a, kde je blokové schéma vysílací části, je patrné, že všechny tři vodiče vedou do jednotky MUX. Tato jednotka má za úkol seskládat tyto signální vodiče, tak aby jednotka DEMUX v přijímací obr 5b části mohla opětovně vše rozdělit.

Jednotka MUX a DEMUX

Jednotka MUX je kombinace softwaru a hartwaru. V současné době záčíná v této záležitosti přebírat hlavní úlohu software. Obecně lze řící, že použití čistého hartwaru je rychlejší, ale kombinace softwaru přináší přesnost a větší integritu. Proč se tedy aplikuje software? Dát dohromady tři logické úrovně a přitom nepřijít o takt je poměrně složité. Dále je nutno zajistit 100% bezchybový přenos. U přenosu digitálního hovoru se % chyba nedimenzuje na 100%, neboť malá chyba se v hovoru dá ignorovat. Ale v přenosu dat jsou kritéria přísnější. Je nutno uvážit jaká kontrola bude použita. Základní kontrola je paritou. Slabika je logicky sečtana a do sériového toku dat je vložen nadbytečný bit. Ten je opětovně vyjmut a po sečtení v přijímací části porovnán s výsledkem. Shoda signalizuje platnost přijatých dat. Ovšem platnost není 100%. Nastane-li náhodná zdvojená chyba ve slabice, nemusí parita chybu zaregistrovat. Parita je hardwarová, rychlá ale ne 100%. Jak tedy zajistit opravdu přesný přenos? Zde nám pomáhá softwa Jenotky MUX a DEMUX tvoří závislou dvojici, kterou spojuje použití přenosového média. Při použití metalického vedení lze totiž použít třetího stavu (záporné polarity), což značně zjednoduší způsob kódování třech zálkadních sign. vodičů. U optiky (svití/nesvítí) třetí stav vytvořit nelze, ale software a rychlý přenos zajistí větší výkonnost než u metalického vedení.

Rozhraní spojovacího a přenosového systému

V článku AR2/97 "Proč digitál?" jsme si řekli, že spojovací a přenosová technika není již na sobě plně závislá. Teď si můžeme přiblížit jejich vzájemnou komunikaci. Na obr 5a,b je jak v přijímací, tak ve vysílací části registr. Tento registr pracuje na principu jednosměrné I/O brány a tvoří základ fyzického rozhraní mezi oběma systémy. Jeho základním úkolem je tvořit datový most mezi pamětí DSP (dig. spoj. pole) a P/S (even. S/P). Předpokládejme, že spojovací a přenosový systém pracují s jinými taktovacímy kmitočty. Pohyb dat na sběrnici ze strany DSP je mnohem rychlejší něž je řazení slabiky do sériového kanalu (i s přenosem a rozbalením). V době kdy P/S řadí slabiku do sériového kanálu, probíhá na sběrnici DSP mnoho jiných operací. Úkolem registru je dočasně držet data, než se P/S vyprázní (S/P naplní), a přitom časově neblokovat DSP sběrnici. P/S informuje registr o počtu vyslaných bitů ze slabiky. V případě vypráznění P/S registr zažadá procesor DSP sběrnice o rutině naadresování adresové sběrnice, přeno Hlavním kritériem četnosti přerušení DSP sběrnice je rychlost řazení dat do sériového kanálu. Čím rychleji se budou řadit data do sériového kanálu, tím častěji bude registr přerušovat činnost sběrnice. Je nutno podotknout, že nelze přenášet větší bloky paměti a tím zmenšit počet přerušení, jedná se totiš o přenos hovoru v reálném čase.

Operační paměť v rámci DSP

DSP tvoří I/O brány s podobnou strukturou adresování jako paměť v počítači. Protože dělíme DSP na více úrovní, mluvíme o operační paměti v tom smyslu, že ji adresujeme v rámci stanovených bloků. Znamená to, že z centrální sběrnice je náš blok dat aktivní jen při určité kombinaci vyšších bitů. Nižší bity obstarávají adresaci v rámci bloku. Touto metodou lze rychle adresovat větší počet bloků. Při stejné alokaci bloků, lze jednoduchou změnou bitu skákat mezi bloky.

Nás zajímá obsah bloku. Alokace bloku dat je velmi důležitá. Zpravidla se jedná o adresy, do kterých jsou vkládána data z vlastního DSP. Dalo by se to přirovnat k odložišti dat. To umožňuje opět nesynchronní práci vlastního DSP a jeho řídících obvodů (procesoru). Hlavní část bloku zaujímají položky pro data digitálního hovoru. Dle velikosti slabiky vzorku je určená potřebná velikost v adresovatelné paměti. Softwarový proces řazení hovorů do sériového kanálu pracuje tak, že neustále načítá postupně všechny položky HOVOR1 až HOVORn dokola. Obsah adres přenáší do registru, odkut si je P/S bere a řadí do kanálu. Dle rychlosti taktovacích kmitočtů jsou určeny další parametry jako je HOVORn. Přenášet lze jen tolik hovorů, aby se cyklus pro každý hovor opakoval v stanovených intervalech pro kvalitu hovoru (0,125 ms).

Celý proces se opakuje jak ve vysílači, tak i synchronně v přijímači. V přijímači jsou data opět přenášena z registru pomocí adresovatelné sběrnice na příslušná místa v paměti.

Přenášení telefonního hovoru není jen přenos jeho obsahu, ale i mnohých pomocných informací. Žádný přenos dat by nebyl možný bez signálních vodičů HOVOR, SIGNAL a SYNCHRO. Přirozeně přenos dat lze provádět i paralelně. Potom není třeba datový kanál zatěžovat kódováním. Přenos bude rychlejší, ale správná činnost bude vyžadovat více přenosových médií. U optického kabelu lze použít jedno vlákno pro přenos taktu.



Abecední seznam všech článků Vyhledání pojmů ve článcích




Katalog polovodičů
Analogové integrované obvody
obsah_katalog_tesla.php
Elektronické firmy
Seznam firem zabývající se výrobou elektroniky či komponent
katalogy/firmy/elektro_www.php
Řazení typů součástek
Abecední katalog součástek
katalog_abc_soucastky.php
Weby o digitální technice
Seznam velkých internetových portálů o Digitální technice.
odkazy/digital/odkazy.php
Analogové součástky
Využití klasických elektronických součástek v obvodech
ar/konstrukce_ar_1/rejstrik.php
Přehled číslicových systémů
Popisuje logická hradla, jejich funkce a pravdivostní tabulky.
knihy/cislicove_systemy
Číslicová technika v telekomu
Publikace seznamuje s využitím základních sekvenčních obvodů v praktickém použití v telekomunikační technice.
knihy/cislicova_technika_telekom/
Procesory a mikroprocesory
Obecný úvod do základů mikroprocesorové techniky, architektury počítačů
knihy/mikroprocesory/obsah_mikro2.php
Elektronická schémata
Velký seznam elektronických konstrukcí pro amatéry
katalogy/katalog_schemat.php
Otevře stránky Fulltextové vyhledávání na celém serveru
Digitalizované odborné knihy
Velká encyklopedie pojmů a zkratek
Česko - anglicko - německý technický slovník
Klasický katalog firem, služeb a stránek
OnLine překladač  vět a textů (nepoužívá Google)
Stránky pro chvíle oddechu od studia, relaxace
Katalog českých firem dle technologií
Internetový odkazník
Otevře hlavní stranu pro oddíl digitálních technologií




 Wikipedie   Seznam stránek   Kapitoly témat   Významné servery   Klíčová slova 








Otevře hlavní stranu společnosti AmaPro

Všechna práva vyhrazena. Určeno jen pro osobní využití. Bez předchozího písemného souhlasu správce www.amapro.cz je zakázána jakákoli další publikace, přetištění nebo distribuce jakéhokoli materiálu nebo části materiálu zveřejněného na www.amapro.cz a to včetně šíření prostřednictvím elektronické pošty. Články, jejichž přímým autorem není amapro.cz lze publikovat pouze se souhlasem jejich majitelů či administrátoru příslušného webu.