Geum.ru

Telecommunication technologies телекоммуникационные технологии ( 1, 19 марта 2008 года)

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Телевидение


Первые попытки передачи и воспроизведения изображения с помощью диска Нипкова (Германия) относятся к 1884 году. В 1907 году Б. Г. Розингом было предложено использовать для приема изображения электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), прототип видиконов и ортиконов. Устройство отображения на принимающей стороне также предполагало применение ЭЛТ. Электронное телевидение возникло в 30-х годах двадцатого века (усилиями В. К. Зворыкина и Ф. Франсуорта). Число элементов N в одном кадре, на которое разлагается изображение в действующем в РФ стандарте (625 строк и 25 кадров/сек) определяется по формуле:

N=4/3×S2

где S – число строк, а 4/3 – отношение ширины кадра к его высоте (для широкоформатного варианта отношение будет иным). Отсюда следует, что верхняя частота видеосигнала.

F=(N×K}/2=(2×S2×K)/3=6,5МГц

где K – число кадров в сек. Здесь следует немного добавить полосы для звукового сопровождения, передачи цвета и различных служебных целей, например, для синхронизации передатчика и приемника. Именно это определяет необходимую полосу для каждого из телевизионных каналов, число которых может достигать уже сегодня 20-60, что требует полосу при традиционной схеме более 130-390 мегагерц.

Частота строчной развертки при этом составляет 625×25=15,625 КГц. Несущая частота должна быть в раз 8-10 больше 6,5 МГц, то есть превышать 48 МГц. Реально большинство каналов работают на частотах от 100 до 900 МГц. Радиоволны в этом диапазоне не способны огибать препятствия и по этой причине гарантируют надежный прием лишь при непосредственной видимости между антеннами передатчика и приемника. Кривизна земли является естественным ограничителем максимального радиуса надежного приема телевизионного сигнала. Телевидение высокого разрешения, идущее на смену традиционному, требует еще большей полосы и частот. На подходе также и стерео телевидение. Телевидения стало основой и видео-телефонии. В городах телевизионный сигнал чаще передается по оптоволоконным кабелям.

Уже более десятилетия существует система стерео телевидения с проектированием изображения непосредственно на глазное дно человека. Эта система используется в шлемах устройств виртуальной реальности.

В последние годы в качестве приемного устройства ортиконы, суперортиконы и кремниконы вытесняются приборами с зарядовой связью (ПЗС), которые не требуют высоковольтных источников питания, во много раз более компактны и существенно дешевле. В качестве приемников помимо традиционных ЭЛТ в последнее время находят широкое применение жидкокристаллические устройства отображения, плазменные панели и различные системы проекционного телевидения.

В 50-х годах прошлого века началось развитие вычислительной техники и микроэлектроники, качественно поменявших все направления телекоммуникаций. Чтобы увеличить пропускную способность канала связи можно расширять его полосу или улучшать отношение сигнала к шуму (см. выше теорему Шеннона). Первое, что приходит в голову, это увеличение амплитуды сигнала (вспомните 40-120 вольтные сигналы в первых телеграфах). Пока в электронике царили вакуумные лампы такие и даже большие амплитуды были с технической точки зрения вполне возможны, хотя вряд ли рациональны. Но после внедрения полупроводниковых приборов такие уровни сигналов стали совершенно недопустимы. Это можно понять из вольтамперной характеристики такого прибора (см. рис. 1.5a).



Рис. 1.5а. Вольтамперная характеристика n-p перехода для кремния

Большие амплитуды нежелательны, из-за пробивного напряжения (Vпр) при обратном смещении перехода. Можно конечно увеличить толщину перехода или сделать переход многослойным, но это ухудшит быстродействие прибора. Уровни сигнала выбраны по этой причине равными ~ ±2,5 В.

Сфера телекоммуникаций всегда сильно зависела от уровня развития технологий. Начиналось все с электромеханических устройств, но современное цифровое телевидение и Интернет немыслимы без использования новейших достижений микроэлектроники.

Резкое увеличение передаваемых объемов информации в локальных и региональных сетях привело к исчерпанию имеющихся ресурсов, а реальные прогнозы потребностей указывают на продолжение роста потоков в десятки и сотни раз. Единственной технологией, которая способна удовлетворить эти потребности, являются оптоволоконные сети (Sonet, SDH, ATM, FDDI, Fiber Channel). Каналы этих сетей уже сегодня способны обеспечить пропускную способность 155-622 Мбит/с, ведутся разработки и испытания каналов с пропускной способностью в 2-20 раз больше, например, гигабитного ethernet. Осваивается техника мультиплексирования частот в оптоволокне (WDM), что позволяет поднять его широкополосность в 32 раза и в перспективе довести быстродействие каналов до 80 Гбит/с и более. По мере роста пропускной способности возрастают проблемы управления, синхронизации и надежности. Практически все сети строятся сегодня с использованием последовательных каналов. Это связано прежде всего со стоимостью кабелей, хотя и здесь существуют исключения (например, HIPPI). Разные сетевые услуги предъявляют разные требования к широкополосности канала. На рис. 1.6 представлены частотные диапазоны для основных видов телекоммуникационных услуг. В Интернет практически все перечисленные услуги доступны уже сегодня (кроме ТВ высокого разрешения). Стремительно развиваются распределенные системы вычислений (например, проект GREED), управления и информационного обслуживания. Современная технология микропроцессоров предполагает достижение быстродействия в 5 Гбит/с к 2003-4 годам (технология с характеристическим размером объектов на кристалле 80-130 нм).

Объем информации, хранящейся в Интернет, лавинообразно растет. Увеличение составляет примерно 30% в год и к настоящему времени суммарный объем превысил 8 миллиардов страниц текстов и рисунков.



Рис. 1.6. Требования к пропускной способности канала для различных видов сервиса.

Рассмотрев диаграмму, можно сделать определенные прогнозы на ближайшее будущее сетей. Через несколько лет можно ожидать слияния функций телевизора и ЭВМ, а это потребует пропускных способностей от магистральных каналов на уровне 0,1-10 Гбит/с. Широкополосность каналов, приходящих в каждый семейный дом составит 1-10 Мбит/с, что позволит реализовать видео-телефонию, цифровое телевидение высокого разрешения, доступ к централизованным информационным службам и многое другое. Уже существующие оптоволоконные системы обеспечивают и в 10 раз большую пропускную способность. Можно предположить и появление локальных сетей внутри жилища. Такие сети способны взять под контроль кондиционирование воздуха, безопасность дома в самом широком смысле этого слова, например, оповещение о нежелательном вторжении, пожаре или возможном землетрясении (в сейсмически опасных районах), появление вредных примесей в воздухе. Такая система разбудит хозяина в указанное время, подогреет завтрак, напомнит о предстоящих делах на день, запросит и предоставит хозяину свежий прогноз погоды и справку о состоянии дорог, своевременно сделает заказ на авиабилет и т.д. Все это технологически возможно уже сегодня, пока относительно дорого, но цены весьма быстро падают. Примером может служить сеть CAN, разработанная для сбора данных и управления автомобилем. Стремительное расширение сети Интернет не имеет аналогов в истории, так что любой самый фантастический прогноз в этой области может сбыться.

Может возникнуть вопрос, зачем так много сетевых технологий? Почему не выбрать наилучшуюю сетевую технологию, наилучшую ОС и не использовать их повсеместно? Ведь такая унификация может дать существенный экономический выигрыш.

Если какой-либо упорный чиновник добьется тотальной унификации (а в России такое вполне возможно). То спустя какое-то время все сети и серверы рухнут под воздействием первого же червя или вируса. Таких катостроф пока не было, так как у нас использовалось широкое многообразие ОС и приложений.


Протоколы Интернет (TCP/IP) существуют уже около 30 лет. Требования к телекоммуникационным каналам и услугам выросли, и этот набор протоколов не удовлетворяет современным требованиям. Появляются новые протоколы Delta-t (для управления соединением), NetBLT (для передачи больших объемов данных), VMTP (для транзакций; RFC-1045) и XTP для повышения эффективности передачи данных (замена TCP), блоки протоколов для работы с мультимедиа (RTP, RSVP, PIM, ST-II и пр.), но, безусловно, наиболее революционные преобразования вызовет внедрение IPv6.

С 1990 года емкости жестких дисков возрали в 10000 раз, быстродействие процессора увеличилось более чем в 250 раз, при этом стоимости этих приборов упали почти в 10 раз. Появились принципиально новые устройства CD, DVD, флэш-память и т.д.


За последние несколько десятилетий плотность компонентов интегральной схемы удваивалась каждые 18 месяцев. Этот темп роста плотности компонентов, известный как закон Мура, лежал в основе тенденции развития полупроводниковой промышленности. Предполагается, что ближайшие 5-10 лет действие этого эмпирического закона сохранится.