Ji°φ Peterka: Co je Φφm ... v poΦφtaΦov²ch sφtφch (15)

PCM a spoje T

P°enos dat p°φmo v jejich ΦφslicovΘm (digitßlnφm) tvaru, tedy digitßlnφ p°enos, mß oproti p°enosu analogovΘmu ΦetnΘ v²hody. Digitßlnφ p°enosovΘ cesty dnes umo₧≥ujφ dosahovat mnohem vyÜÜφch p°enosov²ch rychlostφ, digitßlnφ signßl se mnohem snßze zpracovßvß ne₧ signßl analogov² a p°φzniv∞jÜφ jsou i ekonomickΘ ukazatele. Nenφ proto divu, ₧e tΘm∞° vÜude se p°echßzφ na digitßlnφ p°enos, a to nap°φklad i v oblasti ve°ejn²ch telefonnφch sφtφ. Modernφ telefonnφ ·st°edny jsou dnes ji₧ v²hradn∞ digitßlnφ a jsou navzßjem propojovßny pomocφ digitßlnφch p°enosov²ch cest.

Jak ale p°enßÜet analogov² signßl, nap°. telefonnφ hovor, po digitßlnφch p°enosov²ch cestßch? Za°φzenφ, kterΘ p°evßdφ analogov² telefonnφ signßl do ΦφslicovΘho tvaru, se oznaΦuje jako codec, co₧ je zkratka do COder/DECoder. Jde v podstat∞ o opak modemu, kter² na zßklad∞ posloupnosti Φφslicov²ch dat generuje spojit² analogov² signßl. Codec naopak na zßklad∞ analogovΘho signßlu generuje posloupnost Φφslicov²ch dat. D∞lß to tak, ₧e pravideln∞ vzorkuje stav analogovΘho signßlu a jeho okam₧itou hodnotu aproximuje jednou ze 128 resp. 256 ·rovnφ, kterΘ rozeznßvß - viz obr. 15.1 - a kterou pak vyjßd°φ jako jedno 7-bitovΘ resp. 8-bitovΘ Φφslo. Analogov² telefonnφ signßl se p°itom pova₧uje za signßl o Üφ°ce pßsma 4000 Hz, z Φeho₧ plyne, ₧e jej staΦφ vzorkovat 8000-krßt za sekundu (tj. ka₧d²ch 125 mikrosekund). Codec tedy generuje celkem 8000 x 7 bit∙, tj. 56 kbit∙ za sekundu, resp. 8000 x 8 bit∙, tj. 64 kbit∙ za sekundu. Pro p°enos jednoho telefonnφho hovoru v digitßlnφ form∞ je pak nutnß p°enosovß rychlost 56 resp. 64 kbit/sekundu.

Prßv∞ popsanß technika p°evodu analogovΘho signßlu do ΦφslicovΘho (digitßlnφho) tvaru se oznaΦuje jako impulsovß k≤dovß modulace (Pulse Code Modulation), zkratkou PCM. Je velmi roÜφ°enou, nikoli vÜak jedinou mo₧nou technikou digitalizace - existujφ dalÜφ, jako nap°. adaptivnφ diferencißlnφ impulsovß k≤dovß modulace (Adaptive Differential Pulse Code Modulation, ADCPM) nebo tzv. delta modulace, kterΘ pro p°enos hlasovΘho kanßlu v digitßlnφ form∞ vystaΦφ s menÜφ p°enosovou rychlostφ.

Obr. 15.1.: P°edstava impulsovΘ k≤dovΘ modulace (PCM)

V dob∞, kdy se digitßlnφ p°enos analogov²ch signßl∙ zaΦal stßvat reßln∞ pou₧itelnou technologiφ, byl nejvyÜÜφ Φas vypracovat pro ni jednotn² standard. ╚lenovΘ mezinßrodnφ organizace CCITT, kterß je k tomu p°φsluÜnß, vÜak nebyli schopni se vΦas dohodnout, a tak vzniklo n∞kolik navzßjem nekompatibilnφch standard∙.

V USA se digitßlnφ p°enosovΘ cesty pou₧φvaly ji₧ od Üedesßt²ch let. SpoleΦnost AT&T, kterß v tΘ dob∞ dφky svΘmu monopolnφmu postavenφ provozovala p°es 90% vÜech telefonnφch sφtφ v USA, je pou₧φvala k propojovßnφ sv²ch telefonnφch ·st°eden. Pozd∞ji vÜak zaΦala tyto spoje, oznaΦovanΘ jako spoje T (T Circuits), pronajφmat takΘ jin²m organizacφm.

Tabulka 15.2.: Spoje T

T spoj	PoΦet hlasov²ch kanßl∙ (p°i k≤dovßnφ PCM)	P°enosovß rychlost (bit∙/sekundu)
T1	24	1544000
T1C	48	3152000
T2	96	6312000
T3	672	44736000
T4	4032	274176000

V dneÜnφ dob∞ existuje celß hierarchie t∞chto spoj∙, odstup≥ovan²ch podle p°enosov²ch rychlostφ - viz tabulka 15.2. Jednß se o dvoubodovΘ digitßlnφ p°enosovΘ cesty, kterΘ lze pou₧φvat bu∩ jako jedin² digitßlnφ kanßl, nebo je rozd∞lit na n∞kolik podkanßl∙. Typicky se pou₧φvajφ pro p°enos telefonnφch hovor∙ v digitßlnφ form∞. V takovΘmto p°φpad∞ jsou rozd∞leny na podkanßly s p°enosovou rychlostφ 64 kbit/sekundu, a analogov² telefonnφ signßl je pro pot°eby p°enosu k≤dovßn pomocφ impulsovΘ k≤dovΘ modulace. PoΦet telefonnφch hovor∙, kterΘ lze po jednotliv²ch variantßch T spoj∙ p°enßÜet, uvßdφ tabulka 15.2.

Firma AT&T vytvo°ila takΘ celou hierarchii standard∙, oznaΦovan²ch jako North American Digital Hierarchy, kterΘ definujφ zp∙sob p°enosu hlasov²ch kanßl∙ po jednotliv²ch variantßch spoj∙ T - viz tabulka 15.3.

Tabulka 15.3.: North American Digital Hierarchy

Formßt	PoΦet hlasov²ch kanßl∙	Ekvivalentnφ poΦet spoj∙ T1	P°enosovß rychlost (bit∙/sekundu)
DS-0	1	-	64000
DS-1	24	1	154400
DS-1C	48	2	3152000
DS-2	96	4	6312000
DS-3	672	28	44736000
DS-3C	1344	56	90631000
DS-4E	2016	84	139264000
DS-4	4032	168	274176000

Uka₧me si podrobn∞ji, jak to vypadß v p°φpad∞ spoj∙ T1, kterΘ jsou stßle jeÜt∞ nejrozÜφ°en∞jÜφ. Formßt p°enßÜen²ch dat definuje pro tento typ spoj∙ T standard DS-1. P°edpoklßdß, ₧e 24 hlasov²ch kanßl∙ je st°φdav∞ p°epφnßno (multiplexovßno) na vstup jedinΘho za°φzenφ codec, kterΘ vzorkuje hodnotu analogovΘho signßlu a vyjad°uje ji jako 7-bitovΘ Φφslo. K t∞mto sedmi datov²m bit∙m se pak p°idßvß jeÜt∞ jeden °φdφcφ bit, tak₧e ka₧d² hlasov² kanßl p°ispφvß p°i ka₧dΘm svΘm vzorkovßnφ do p°enßÜen²ch dat celkem osmi bity. Vzhledem k pravidelnΘmu p°epφnßnφ mezi jednotliv²mi hlasov²mi kanßly jsou tyto 8-bitovΘ polo₧ky od jednotliv²ch kanßl∙ °azeny za sebe - 24 osmibitov²ch polo₧ek od jednotliv²ch hlasov²ch kanßl∙, dopln∞n²ch jeÜt∞ jednφm °φdφcφm bitem, pak tvo°φ tzv. rßmec (frame). Ten mß celkem (24 * 8) + 1 = 193 bit∙, viz obr. 15.4. JednotlivΘ hlasovΘ kanßly se vzorkujφ 8000-krßt za sekundu, co₧ odpovφdß 8000 rßmc∙ za sekundu. Mß-li ka₧d² rßmec 193 bit∙, je zapot°ebφ p°enosovß rychlost 8000 * 193 = 1544000 resp. 1,544 Mbit∙ za sekundu, co₧ je prßv∞ p°enosovß rychlost spoj∙ T1.

Obr. 15.4.: P°enosov² rßmec spoj∙ T1

U₧ivatelΘ v USA si dnes mohou pronajφmat spoje T v takovΘ variant∞, kterß odpovφdß jejich pot°ebßm p°enosov²ch rychlostφ. Ne v₧dy vÜak dokß₧φ pln∞ vyu₧φt mo₧nostφ i tΘ "nejpomalejÜφ" varianty, spoj∙ T1. ProvozovatelΘ spoj∙ T1 je dnes proto pronajφmajφ ji₧ takΘ po jednotliv²ch podkanßlech (jako tzv. fractional T1), nejΦast∞ji pro 384, 512 nebo 768 kilobit∙ za sekundu, p°iΦem₧ sami zajiÜ¥ujφ pot°ebnΘ d∞lenφ p°enosovΘho pßsma (multiplexing).

Kdy₧ organizace CCITT koneΦn∞ dosp∞la k jednotnΘmu standardu pro p°enos hlasov²ch kanßl∙ po digitßlnφch p°enosov²ch cestßch, zdßlo se jφ, ₧e jeden °φdφcφ bit na ka₧d²ch sedm datov²ch bit∙ - jako je tomu u spoj∙ T1 Φi p°esn∞ji u standardu DS-1 - je p°φliÜ velkou re₧iφ. Standard CCITT proto p°edpoklßdß k≤dovßnφ okam₧itΘ hodnoty analogovΘho signßlu do 8 bit∙, mφsto do 7 bit∙ jako v p°φpad∞ standardu DS-1. Mφsto 24 kanßl∙ jich p°edpoklßdß celkem 32, z toho 30 hlasov²ch, a dva pomocnΘ °φdφcφ. Vzorkovßnφ se provßdφ op∞t 8000-krßt za sekundu, pot°ebnß p°enosovß rychlost tudφ₧ vychßzφ: 8000 x 32 x 8 = 2048000, tj. 2,048 Mbit∙ za sekundu. P°φsluÜn² standard CCITT se sprßvn∞ jmenuje G703/732, ale Φasto se oznaΦuje takΘ jako evropsk² T1 spoj nebo tΘ₧ jako spoj E1. Existujφ takΘ analogickß doporuΦenφ CCITT pro spoje s p°enosov²mi rychlostmi 8,848, 34,304, 139,264 a 565,148 Mbit∙/sekundu.