МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Модемы и коммуникационные протоколы

    Модемы и коммуникационные протоколы

    Модемы и коммуникационные протоколы

    Вопреки предсказанному спаду, связанному с введением цифровых сетей, в

    последние годы значительно расширилась сфера применения и увеличился объем

    выпуска модемов, предназначенных для организации передачи данных по

    телефонным каналам. Основной причиной этого стало существенное увеличение

    скорости передачи (до 40-60 кбит/с) при высокой надежности доставки

    информации, что делает экономичным использование широко доступных

    аналоговых телефонных каналов. Новыми областями применения модемов стали

    телематические службы (телетекс, электронная почта, видеотекст, телефакс

    и др.), связь между персональными компьютерами, локальными сетями,

    Internet.

    Такой прогресс в области модемов стал возможен только благодаря тому,

    что за последнее десятилетие были разработаны новые методы модуляции и

    цифровой обработки сигналов (адаптивная коррекция, эхокомпенсация,

    сверточное кодирование и декодирование), введены в модемы коррекция ошибок

    и сжатие данных, найдены высокоэффективные способы реализации модемов

    на базе микропроцессоров (МП), цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). В

    серийном производстве были освоены специализированные БИС для модемов, а

    также высокопроизводительные ЦСП, что позволило создать более совершенные

    модемы, имеющие меньшие габариты, вес, энергопотребление, стоимость и

    лучшие потребительские характеристики.

    Модемы классифицируются, в основном, по величине скорости и типу

    канала, для которого они предназначены (выделенная или коммутируемая

    линия). Cовместимость модемов разных изготовителей обеспечивается

    соответствием их нормам международных Рекомендаций серии V

    Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии МККТТ.

    В таблице приведены основные характеристики модемов на разные скорости и

    соответствующие номера Рекомендаций, в которых изложены технические

    требования к модемам. При этом приняты следующие условные обозначения:

    ЧМ – частотная модуляция;

    ДОФМ, ТОФМ – двухкратная (4-позиционная), трехкратная (8-

    позиционная) относительная фазовая модуляция, соответственно;

    КАМ-n – "n"-позиционная квадратурная амплитудная

    модуляция;

    АФМ-n – "n"-позиционная амплитудно-фазовая модуляция;

    КК – коммутируемый телефонный канал общего

    пользования;

    КА – некоммутируемый, или арендованный телефонный

    канал;

    дупл. – дуплексный;

    п/дупл – полудуплексный;

    фикс. – фиксированный;

    автом. – автоматический

    |Скорость передачи |300 |1200 |2400 |1200 |2400 |2400 |2400 |

    |данных, бит/с | | | | | | | |

    |Вид модуляции |ЧМ |ДОФМ |КАМ |ЧМ |ДОФМ |ДОФМ |ДОФМ |

    |Тип канала связи |КК |КК |КК |КК |КА |КК |КК |

    |Режим работы |Дупл.|Дупл. |Дупл. |П/Дупл|П/ |Дупл.|Дупл.|

    | | | | |. |Дупл. | | |

    |Тип корректора |– |Автом.|Автом.|Фикс. |Фикс. |Фикс.|Автом|

    | | | | | | | |. |

    |Рекомендация МККТТ |V.21 |V.22 |V.22bi|V.23 |V.26 |V.26b|V.26t|

    | | | |s | | |is |er |

    |Скорость передачи |4800 |4800 |9600 |9600 |14400 |19200|33600|

    |данных, бит/с | | | | | | | |

    |Вид модуляции |ТОФМ |ТОФМ |КАМ-16|АФМ-16|АФМ-128|АФМ-1|АФМ-2|

    | | | | | | |60 |56 |

    |Тип канала связи |КА |КК |КК |КК |КА |КА |KK |

    |Режим работы |Дупл.|П/Дупл|Дупл. |Дупл. |Дупл. |Дупл.|Дупл.|

    | | |. | | | | | |

    |Тип корректора |Фикс |Автом.|Автом.|Автом.|Автом. |Автом|Автом|

    | | | | | | |. |. |

    |Рекомендация МККТТ |V.27 |V.27te|V.29 |V.32 |V.33 |V.33 |V.34+|

    | | |r | | | | | |

    Таблица 1

    Аналоговые каналы тональной частоты характеризуются тем, что спектр

    передаваемого по ним сигнала ограничен диапазоном от 300 Гц до 3400 Гц.

    Именно это ограничение спектра и является основной преградой в

    использовании телефонных каналов для высокоскоростной передачи цифровой

    информации. Скорость передачи информации по каналу с ограниченным спектром

    не может превосходить ширины этого спектра, т.е. 3100 бод в нашем случае.

    Но как же тогда быть с модемами, передающими информацию со скоростями 4800,

    9600, 14400 бит/с и даже больше? В аналоговой технике передачи данных бод и

    бит/с не одно и то же. Для прояснения этого тезиса стоит рассмотреть

    внимательнее физический уровень работы модема.

    Электрический сигнал, распространяющийся по каналу, характеризуется

    тремя параметрами – амплитудой, частотой и фазой. Именно изменение одного

    из этих параметров, или даже совместно некоторой их совокупности в

    зависимости от значений информационных бит и составляет физическую сущность

    процесса модуляции. Каждому информационному элементу соответствует

    фиксированный отрезок времени, на котором электрический сигнал имеет

    определенные значения своих параметров, характеризующих значение этого

    информационного элемента. Этот отрезок времени называют бодовым интервалом.

    Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации, который может

    принимать значение 0 или 1, то на бодовом интервале параметры сигнала

    соответственно могут принимать одну из двух предопределенных совокупностей

    значений амплитуды, частоты и фазы. В этом случае модуляционная скорость

    (еще ее называют линейной или бодовой) равна информационной, т.е. 1 бод=1

    бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать не одному, а, например,

    двум битам информации. В этом случае информационная скорость будет вдвое

    превосходить бодовую, а параметры сигнала на бодовом интервале могут

    принимать одну из четырех совокупностей значений, соответствующих 00, 01,

    10 или 11.

    В общем случае, если на бодовом интервале кодируется n бит, то

    информационная скорость будет превосходить бодовую в n раз. Но количество

    возможных состояний сигнала в трехмерном (в общем случае) пространстве –

    амплитуда, частота, фаза – будет равно 2n. Это значит, что демодулятор

    модема, получив на бодовом интервале некий сигнал, должен будет сравнить

    его с 2n эталонными сигналами и безошибочно выбрать один из них для

    декодирования искомых n бит. Таким образом, с увеличением емкости

    кодирования и ростом информационной скорости относительно бодовой,

    расстояние в сигнальном пространстве между двумя соседними точками

    сокращается в степенной прогрессии. А это, в свою очередь, накладывает все

    более жесткие требования к "чистоте" канала передачи. Теоретически

    возможная скорость в реальном канале определяется известной формулой

    Шеннона:

    V = Flog (1+S/N), где F – ширина полосы пропускания канала, S/N –

    отношение сигнал/шум.

    Второй сомножитель и определяет возможности канала с точки зрения его

    зашумленности по достоверной передаче сигнала, кодирующего не один бит

    информации в бодовом интервале. Так, например, если отношение сигнал/шум

    соответствует 20 dB, т.е. мощность сигнала, доходящего до удаленного

    модема, в 100 раз превосходит мощность шума, и используется полная полоса

    канала тональной частоты (3100 Гц), максимальная граница по Шеннону равна

    20640 бит/с.

    Основной задачей модема является преобразование исходной цифровой

    информации в вид, пригодный для передачи по каналу связи, и обратное

    преобразование на приеме. Вид модуляции и метод построения модема в

    значительной степени определяют скорость передачи данных и эффективность

    использования канала связи. Применительно к передаче данных по телефонным

    каналам, виды модуляции, используемые в модемах, регламентируются МККТТ. В

    Рекомендациях МККТТ определены основные технические характеристики

    модема, такие, как форма спектра передаваемого сигнала, структура

    настроечной комбинации, образующий полином скремблера (дескремблера) и

    другие параметры, обеспечивающие совместимость модемов, выпускаемых

    разными изготовителями.

    Качество работы модема определяется способностью противодействовать

    мешающим факторам, а, именно:

    . Гауссовскому шуму;

    . межсимвольной интерференции, вызванной неидеальностью передаточной

    функции канала связи;

    . флуктуациям фазы несущей частоты, обусловленным низкочастотной

    паразитной модуляцией в генераторном оборудовании систем передачи с

    частотным разделением каналов.

    Поэтому для повышения качества работы модема требуется применение

    оптимальных (либо близких к ним) алгоритмов обработки сигналов, позволяющих

    уменьшить влияние мешающих факторов.

    Повышение эффективности использования канала связи, т.е. удельной

    скорости передачи (числа передаваемых бит на единицу полосы пропускания

    канала связи), требует применения в модеме следующих систем:

    1. адаптивного корректора сигнала для уменьшения межсимвольной

    интерференции в принимаемом сигнале;

    2. дискретного (или цифрового) формирователя спектра сигнала на передаче

    (в качестве его дополнительной функции может быть введение

    предыскажений с целью компенсации межсимвольной интерференции);

    3. скремблера (на передаче) и дескремблера (на приеме) для преобразования

    исходной последовательности данных в псевдослучайную и обратного

    преобразования на приеме;

    4. системы компенсации флуктуаций фазы несущей частоты,

    Дуплексный режим передачи данных

    Под дуплексным режимом работы модема понимается возможность передавать и

    принимать информацию одновременно. Проблема для модема заключается не в

    способности канала передавать дуплексную информацию, т.к. обычный

    телефоныый канал – дуплексный, а в возможности демодулятора модема

    распознать входной сигнал на фоне отраженного от аппаратуры АТС

    собственного выходного сигнала. При этом его мощность может быть не только

    сравнима, но в большинстве случаев значительно превосходить мощность

    принимаемого полезного сигнала (так как обьединение и разделение

    передачи и приема производится с помощью дифсистем, которые невозможно

    идеально настроить на полное подавление сигнала передатчика местного

    модема). Поэтому, могут ли модемы передавать информацию одновременно в обе

    стороны определяется возможностями протокола физического уровня.

    Соединение абонента передачи данных с телефонным каналом может

    осуществляться с помощью четырехпроводного окончания (главным образом с

    арендованными каналами) и/или двухпроводным окончанием (в основном с

    коммутируемыми каналами). При четырехпроводном окончании передача и

    прием осуществляются независимо друг от друга. В этом случае каждая пара

    используется для передачи информации только в одном направлении и проблемы

    разделения входного сигала и отраженного выходного не существует.

    Передача данных по телефонным каналам с двухпроводным окончанием

    организуется с использованием одного из следующих методов:

    5. поочередой передачи в каждом из направлений (полудуплексный режим);

    6. частотного разделения направлений передачи (дуплексный режим:

    симметричный или ассимметричный – в зависимости от равенства или

    неравенства скоростей передачи в разных направлениях);

    7. одновременной передачи в обоих направлениях с подавлением на приеме

    отраженного сигнала собственного передатчика (дуплексный режим с

    эхокомпенсацией).

    Наиболее простым в реализации и наименее эффективным по использованию

    канала связи является метод поочередной передачи (полудуплексный), т.к.

    передача ведется только в одном направлении, и имеют место потери времени

    на смену направлений передачи. Ввиду отсутствия проблем с взаимным

    проникновением подканалов передачи, а также с эхо-отражением,

    полудуплексные протоколы в общем случае характеризуются большей

    помехоустойчивостью и возможностью использования всей ширины полосы

    пропускания канала. Этот метод применяется при малых скоростях передачи

    (см.табл.1). Все протоколы, предназначенные для факсимильной связи –

    полудуплексные. С освоением более высоких скоростей появилась

    возможность организации на базе этого метода псевдодуплексной передачи

    (дуплексный режим оконечного оборудования данных при полудуплексной

    передаче в канале) – т.н. метод "ping-pong".

    На начальном этапе применения одновременной передачи использовался

    метод частотного разделения (стандарты Bell 103 и Bell 212A, Рекомендация

    V.22). Вся полоса пропускания канала разделяется на два частотных

    подканала, по каждому из которых производится передача в одном направлении.

    Из-за уменьшения практически в 2 раза полосы частот, выделяемой для

    передачи сигналов в каждом из направлений, при этом методе применяются

    более многопозиционные т.е. менее помехоустойчивые методы модуляции. Этот

    метод не позволяет использовать возможности канала в полном объеме ввиду

    значительного сужения полосы пропускания. Тем более, что для исключения

    проникновения боковых гармоник в соседний подканал, разносить их приходится

    со значительным "зазором", в результате чего частотные подканалы занимают

    отнюдь не половину полного спектра. Поэтому данный метод разделения

    направлений передачи получил распространение для скоростей передачи до 2400

    бит/с, а Рекомендация V.22bis стала фактическим стандартом на скорость

    передачи 2400 бит/с.

    Нашла также применение разновидность данного метода – асимметричный

    дуплекс (напр., в Рекомендации V.23 – комбинация скоростей 1200/75

    бит/с). Дело в том, что ряд протоколов обеспечивают и более скоростную

    связь, но в одном направлении, в то время как обратный канал – значительно

    медленнее. Разделение частот в этом случае осуществляется на неравные по

    ширине полосы пропускания подканалы. Эта разновидность дуплексной связи

    называется асимметричной.

    Наиболее эффективным, но и самым сложным в реализации, является метод

    одновременной передачи с помощью эхо-компенсации. В данном варианте

    используется вся полоса частот канала связи и наиболее помехоустойчивые

    для данной скорости методы модуляции. Модемы, обладая информацией о

    собственном выходном сигнале, могут использовать это знание для фильтрации

    собственного "рукотворного" шума из принимаемого сигнала. На этапе

    вхождения в связь каждый модем, посылая некий зондирующий сигнал,

    определяет параметры эхо-отражения: время запаздывания и мощность

    отраженного сигнала. А в процессе сеанса связи эхо-компенсатор модема

    "вычитает" из принимаемого входного сигнала свой собственный выходной

    сигнал, скорректированный в соответствии с полученными параметрами эхо-

    отражения. Эта технология позволяет использовать для дуплексной передачи

    информации всю ширину полосы пропускания канала, однако требует при

    реализации весьма серьезных вычислительных ресурсов на сигнальную

    обработку. Этот метод применен в модеме по Рекомендациям V.26ter (2400

    бит/с), V.32 (9600 бит/с). Первые модемы, соответствующие Рекомендации

    V.32, были созданы в 1985г. Модемы по Рекомендации V.26ter не получили

    широкого распространения, на начальном этапе это было вызвано конкуренцией

    с более простыми и дешевыми модемами по Рекомендации V.22bis. В

    настоящее время модемы по Рекомендации V.26ter, имеющие более высокую

    помехоустойчивость (в них используется метод ДОФМ), могут быть

    реализованы более экономично, но их не выпускают из-за несовместимости с

    распространенными типами модемов.

    Следует отметить, что модемы для коммутируемых каналов, наряду с

    выполнением основных функций модуляции-демодуляции, аналогичных

    реализуемым в модемах для арендованных каналов, решают ряд дополнительных

    сложных задач, обусловленных особенностями коммутируемых телефонных

    каналов. Кроме разделения сигналов, передаваемых в противоположных

    направлениях по одной паре проводов, к этим задачам относятся: сопряжение

    с коммутируемым каналом (создание шлейфа по постоянному току,

    формирование и передача сигналов набора и автоответа, прием вызова и

    других служебных тональных сигналов); обеспечение высокой достоверности

    передачи информации по каналам пониженного по сравнению с арендованными

    каналами качества.

    Модуляция

    В современных модемах используются три основных типа модуляции:

    При частотной модуляции (ЧМ, FSK–Frequency Shift Keying) значениям 0 и 1

    информационного бита соответствуют свои частоты физического сигнала при

    неизменной его амплитуде. Частотная модуляция весьма помехоустойчива,

    поскольку искажению при помехах подвергается в основном амплитуда сигнала,

    а не частота. При этом достоверность демодуляции, а значит и

    помехоустойчивость тем выше, чем больше периодов сигнала попадает в бодовый

    интервал. Но увеличение бодового интервала по понятным причинам снижает

    Страницы: 1, 2


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.