...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Ну так вот, а в это время из-за меньшей скорости работы мотора щетка на передающей станции только-только вступает на такой же сегмент. Заметьте, цепь электромагнита тормозного устройства замкнулась. В результате мотор приемного распределителя притормозился и его щетка застыла на месте. Она останется неподвижной до тех пор, пока щетка передатчика не совершит весь свой путь по 21-му сегменту. Миг довольно краткий, но его хватает, чтобы выровнять положение щеток и начать их движение и на приеме, и на передаче с одной и той же позиции, а именно с самого первого в распределителях сегмента. Как видите, синхронность начала движения щеток (еще говорят: их синфазность) достигается в системе Бодо за счет притормаживания приемного распределителя и установки его тем самым в начальное положение. Если один оборот щеток считать за один цикл передачи информации от всех телеграфных аппаратов, то можно сказать, что каждый новый цикл щетки обоих распределителей начинают одновременно. Такой вид синхронизации уместно назвать синхронизацией по циклам.

Взглянем на устройство синхронизации, предложенное Ж. Бодо, с более общих позиций. Когда щетка передающего распределителя скользит по сегменту, соединенному с батареей, в линию посылается "отрезок" постоянного тока, т. е. импульс. Этот импульс является ничем иным, как синхросигналом, дающим приемнику указание "начинаем новый цикл!", и приемник исполняет эту директиву, притормаживая распределитель с тем, чтобы сразу же после окончания синхросигнала начать новый цикл. Таким образом, один цикл работы системы Бодо включает в себя передачу в линию сначала сигнала синхронизации, а затем поочередно укороченных символов от каждого телеграфного аппарата (см. рисунок на с. 206). Длится такой цикл по современным понятиям невероятно долго - около 200 мс. Это и понятно, ведь мотору приходится совершать около 5 об/с (300 об/мин), а для небольших моторов это и сейчас едва ли не предел.

Схему, предложенную Бодо, можно считать прямой предшественницей схем цикловой синхронизации, применяемых в современных цифровых системах передачи, поскольку и во всех современных системах, перед тем как объединять цифровые потоки различных каналов, в приемник посылается сигнал о начале цикла. Приемное устройство "знает": поступил такой синхронизирующий сигнал - распахивай "двери" демультиплексора для цифрового потока первого канала. Затем под "руководством" тактовых импульсов открываются следующие "двери" для цифровых потоков остальных каналов. С приходом нового синхросигнала начинается все сначала, опять с первых "дверей".

– Каким образом на приемной станции узнают, что был передан именно синхросигнал, а не какой-либо другой?
– может возникнуть вопрос у читателя.

В самом деле, нужно как-то отличать его от других принятых комбинаций. Для этого ему присваивают вполне определенную комбинацию 0 и 1. Например, в разработанной нашими специалистами системе передачи ИКМ-30 для синхросигнала принята следующая комбинация: 0011011. Но где гарантия, спросите вы, что подобная комбинация импульсов не встретится и в цифровом потоке какого-либо канала? Конечно, такое может произойти, но вероятность данного события чрезвычайно мала. А вот синхросигнал такой структуры встречается с завидной регулярностью - через каждые 125 мкс. Это его свойство - повторяемость - используется для "узнавания". Необходимо каждую принятую кодовую комбинацию (заметьте - каждую!) сравнивать с комбинацией синхросигнала, которая на приеме известна и хранится в ячейке памяти. Сравнение выполняется с помощью устройств, выполненных, конечно же, на микросхемах. Как только обнаружено совпадение... Однако не спешите - возможно, выловлен не синхросигнал, а случайно совпавшая с ним комбинация импульсов цифрового потока. Приходится усложнять приемник. Специальное устройство следит за тем, регулярно ли появляется такая комбинация. Если через каждые 125 мкс, то все в порядке - мы имеем дело с синхросигналом. Решение принимается обычно после нескольких его повторений.

Как всегда, трудно принять решение в первый раз. Этот ответственный момент специалисты называют "вхождением в синхронизм". Затем все проще: достаточно только подтверждать принятое решение. Все варианты существующих в мире систем синхронизации используют одни и те же "приметы" синхросигнала - его структуру и регулярность повторения.

Вы обратили внимание, что все кодовые комбинации в объединяемых цифровых потоках имеют по восемь разрядов, а синхросигнал - только семь. Значит, комбинацию синхросигнала нужно дополнять до "стандартного" числа разрядов, т. е. до восьми, передавая в "пустом" (на рисунке - черном) промежутке времени биты, например, от компьютеров. Скорость передачи таких данных достигает при этом 8 кбит/с.

– Получается, что с вводом сигнала синхронизации в цифровой системе передачи, по сути, организован еще один "стандартный" канал, в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных данных) оказывается равной, если подсчитать, 64 кбит/с и который, следовательно, ничем не отличается от основных, или информационных, каналов, - воскликнет наблюдательный и пытливый читатель.

Да, это так. Помните, в конце предыдущей главы неожиданно "всплыли" два таинственных канала, которых вроде бы и не должно быть, судя по названию системы передачи - ИКМ-30, но без которых скорость цифрового потока никак не хотела совпадать со "стандартной"? Теперь завеса таинственности над одним из каналов, а именно синхронизации, приподнята. Он не относится к информационным каналам, а является служебным и создан для обслуживания самой системы передачи. Цифра же 30 в названии системы указывает на количество только информационных каналов. Существует еще один служебный канал, 32-й (по счету, но не по расположению его среди других), который тоже является стандартным со скоростью 64 кбит/с. Правда, предназначен он уже медля обслуживания цифровой системы передачи. По нему передают различные служебные сигналы, без которых невозможно установление связи, например: импульсы от номеронабирателя, сигнал о том, что абонент занят (короткие гудки), и многие другие, используемые на телефонных станциях для управления ее приборами.

Сейчас самое время вспомнить, что цифровые системы передачи строятся по иерархическому принципу. Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется каналов и тем мощнее цифровой поток или, другими словами, тем выше его скорость.

Наш рассказ о синхронизации относился, строго говоря, к системам передачи, стоящим в самом низу иерархической лестницы. В качестве примера вы назовете аппаратуру ИКМ-30. У подобных систем передачи сравнительно невысокая скорость цифрового потока (около 2 Мбит/с), что делает их пригодными для организации связи между АТС по обычным городским и сельским кабелям связи, образующим довольно обширную сеть подземных магистралей. Объединение цифровых потоков в этих системах осуществляется, как мы видели, по принципу "чередования кодовых комбинаций". Введение в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало дополнительных каналов и привело к тому, что скорость объединенного цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяемых потоков. Вот таковы кратко особенности систем передачи первого уровня иерархии.

Надо сказать, что принципы синхронизации остаются неизменными и для систем передачи всех остальных ступеней иерархии, сколько бы их еще не было: точно так же выделяются из цифрового потока тактовые импульсы и точно так же для обеспечения синхронной (а, если точнее, синфазной) работы "дверей" мультиплексоров и демультиплексоров посылаются в линию комбинации импульсов цикловой синхронизации. Правда, некоторые отличия все же есть. О них и пойдет речь дальше.

Дело в том, что в системах передачи, начиная со второй ступени иерархии (это аппаратура ИКМ-120,480, 1920 и т.д.), объединение потоков выполняется совсем по другому принципу - путем чередования битов (об этом уже упоминалось). Таких потоков четыре, и скорость каждого из них 2,048 Мбит/с. Четыре "двери" мультиплексора передающей станции поочередно открываются и пропускают в линию по одному биту из каждого цифрового потока. Разумеется, что они должны успеть это сделать за то время, пока данные биты не сменились следующими. Затем все снова повторяется. Подобную картину мы уже наблюдали, когда впервые знакомились с изобретением Бодо.

Известно, что "скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается". В нашем случае как раз все наоборот: эти строки вы читали несоизмеримо дольше, чем происходил описанный выше процесс. Судите сами, очередные четыре бита были "выпущены" всего за две миллионные доли секунды, т. е. почти молниеносно!

Понятно, что объединение потоков становится возможным только за счет укорочения в 4 раза длительности передаваемых импульсов, т. е. фактически за счет уменьшения в 4 раза времени передачи каждого из них. Но как же в этом случае ввести в цифровой поток сигнал цикловой синхронизации, ведь места-то для него нет? Вероятно, путь только один - укоротить информационные импульсы еще чуть-чуть. Пусть они немного потеснятся, тогда в цикле передачи появятся "пустые" временные интервалы, в которые и можно будет вставлять синхросигнал.

Вот как это делается практически. Приходящие на вход системы передачи биты из четырех информационных потоков записываются в ячейки памяти ЗУ, а затем считываются с них и направляются в линию. Зачем так делать? Казалось бы, ничего не изменилось, только аппаратура усложнилась. Но это не так. Поскольку шины записи и считывания ЗУ независимы друг от друга (загляните в главу "Волшебный шкафчик"), становится возможным записывать биты с одной скоростью, а считывать (т. е. распахивать "двери" для импульсов данного потока) - с другой скоростью, чуть чаще. "Прочитали" содержимое ячеек памяти быстрее - вот и появилась во времени "дырка" для вставки синхроимпульсов.