62677 (Передача дискретных сообщений), страница 3

MNP7 Дальнейшее развитие протокола MNP5, применена усовершенствованная процедура сжатия данных (Enchanced Data Transmission), совместимая с процедурой MNP5, но более эффективная. Коэффициент сжатия возрастает до 2,4:1.

MNP8 Объединение метода сжатия MNP7 с алгоритмом "Fast Train" для модемов по Рекомендации V.29, это делает возможной передачу со скоростью до 30000 бит/с. Предусмотрены 2 новые процедуры: "Piggyback Acknowledgements" - интеграция пакетов обратных сообщений в пакетах передачи данных и минимизация канального заголовка: "Multiple Selektive Negative Acknowledgements" - исключение части обратной передачи путём селективного подавления блоков при наличии ошибок передачи.

MNP9 Аналогичен протоколу MNP7, но дополнительно используется процедура "Enchanced Universal Link Negotiation", что позволяет оптимизировать реальную дуплексную передачу по Рекомендации V.32bis в сочетании с усовершенствованным сжатием данных и достигнуть эффективности 300%.

MNP10 применяется в модемах фирмы Microcom (MNP1-MNP5 предоставляются Фирмой Microcom по лицензии другим производителям модемов). Это протокол предназначен для связи по сильно "зашумленным" каналам, таким, как линии сотовой связи, международные или сельские линии. Стабильность работы достигается при помощи следующих методов:

• многократного повторения попытки установить связь;

• изменения размера пакетов в соответствии с изменением уровня помех на линии;

• динамического изменения протокола соединения*****.

• В полудуплексном режиме данные передаются не одновременно в двух направлениях, как в дуплексном, а поочередно.

** Собственно, слово "синхронный" звучит несколько некорректно: модем с компьютером всегда обмениваются данными в асинхронном режиме; но при синхронном методе передачи данных из передаваемой компьютером информации удаляются старт/стопные биты, а получившийся сплошной поток данных передаётся удалённому модему уже с синхронизацией.

*** При увеличении числа ошибок размер блоков уменьшается, повышая вероятность успешного прохождения отдельных блоков.

**** Суть сжатия информации заключается в том, что символы, часто встречающиеся в передаваемом блоке, кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся. Кроме того, кодируются длинные цепочки одинаковых символов. В совокупности это позволяет сжать текстовые файлы до 35% их исходной длины. Однако следует учесть, что если данные изначально не содержали избыточной информации, или содержали, но перед пересылкой были сжаты одним из архиваторов (например, ТАR или PkZIP), то дополнительного увеличения эффективности за счёт сжатия данных модемом не происходит - даже наоборот, объём передаваемой информации может увеличиться.

***** Например, модемы связались по спецификации V.32terbo, затем, из-за ухудшения условий связи, произошёл переход на V.32, а когда помехи исчезли - на V.32bis, а потом и V.34.

V.42 - это протокол автоматической коррекции ошибок при передаче. Совместим с MNP1-MNP4, но содержит более гибкие и эффективные методы коррекции ошибок и применяет методику LAPM (Link Access Protocol for Modems). Большинство выпускаемых сейчас модемов поддерживают и MNP1-MNP5, и V.42.

V.42bis - это протокол динамического сжатия данных 'на лету' при передаче их через модем с целью повышения эффективной производительности, развитие V.42, которое отличается высокой эффективностью и иногда даёт некоторый выигрыш даже при пересылке сжатых файлов. Обеспечивается сжатие до 4-х раз. Поддерживается большинством модемов.

BTLZ Первым отличием протокола BTLZ от других является способ организации справочника, в котором хранятся более короткие коды, используемые для передачи вместо повторяющихся более длинных отрезков данных. В то время, как при других алгоритмах справочник заранее определён и хранится в ПЗУ, алгоритм BTLZ динамически формирует идентичные справочники на передающей и приёмной сторонах, и последние хранятся в ОЗУ. Поэтому достигаемая степень сжатия при этом тем больше, чем больший объём памяти занят справочником, в то время, как степень сжатия при других алгоритмах ограничена фиксированным объёмом справочника.

Другим преимуществом протокола BTLZ является его способность распознавать наличие последовательностей данных, близких к случайным. При обнаружении этого алгоритм выключает механизм сжатия, продолжает контроль, и включает этот механизм при пропадании случайного характера последовательности данных. Другие рассмотренные протоколы в такой ситуации снижают пропускную способность до величины меньшей, чем даже номинальная скорость модема.

В то же время, МККТТ был сделан вывод, что эффективность сжатия конкурирующих протоколов примерно одинакова.

При сжатии текстов с помощью протокола BTLZ могут быть получены отношения до 3:1, в то время, как для более регулярных данных, таких, как файлы динамических таблиц и некоторые графические файлы, коэффициент сжатия может достигать значений 4:1. Данный метод сильно чувствителен к ошибкам в потоке данных, которые приводят к изменению передающего и приёмного справочников. Поэтому он должен использоваться в сочетании с исправлением ошибок; по этой причине он введён как Рекомендация V.42.bis - добавление к предварительно принятой Рекомендации V.42.

Возможны 2 варианта реализации метода: недорогая и сложная, но зато обеспечивающая более высокую степень сжатия информации.

LAPM (Link Access Procedure for Modems) - протокол защиты от ошибок для модемов основан на стандартной процедуре HDLC (Стандарт ISO 4335) и приведён в Рекомендации V.42. Протокол имеет следующие основные характеристики:

• взаимодействие в режиме без исправления ошибок с модемами серии V., имеющими асинхронно-синхронное преобразование по Рекомендации V.14, но не реализующими функции защиты от ошибок;

• обнаружение ошибок с помощью циклического кода;

• исправление ошибок путём автоматического запроса повторения данных, принятых с ошибками (метод ARQ);

• синхроннаая передача стартстопных данных;

• процедура начального вхождения в связь

• проведение начального вхождения в связь для определения типа протокола защиты от ошибок, используемого в дальнем модеме;

• установка режима работы с защитой от ошибок или без неё в процессе вхождение в связь;

• координация согласования необходимых параметров и факультативных процедур;

• стартстопно-синхронное преобразование данных.

Устройства защиты от ошибок модемов взаимодействуют между собой при помощи кадров, состоящих из: открывающего и закрывающего флагов ("01111110"), поля адреса, поля управления, информационного поля, проверочной комбинации FCS. На передаче и приёме предусматриваются меры для исключения появления в передаваемой информации комбинации флага путем вставки двоичного нуля после пяти двоичных единиц на передачи и исключения их на приёме.

Комбинация проверки кадров FCS может иметь 16 битов или 32 бита. В первом случае используется образующий полином 16 12 5

" X + X + X + 1" (биты, вводимые для обеспечения прозрачности, не учитываются); во втором случае используется образующий полином 32 26 23 22 16 12 11 10 8 7 5 4 2

" X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + 1".

В поле управления передаются номера кадров, а также команды и ответы (например, "Готовность к приёму", "Неприём", "Разъединение", всего 12 команд и ответов). Обмен командами и ответами позволяет осуществить запрос повторной передачи, временную остановку передачи, восстановление обмена кадрами и другие необходимые рабочие процедуры.

В одном из добавлений к Рекомендации V.42 приведены возможные направления усовершенствования протокола LAPM, например путём введения дополнительных процедур:

• сжатия данных (реализовано в Рекомендации V.42bis);

• исправления ошибок без обратной связи (с помощью ошибкоисправляющего кода);

• статистического мультиплексирования;

• обмена служебной информацией между функциями управления;

• согласования скорости, формата знака;

• работы по несимметричному или полудуплексному соединению.

Рис.2.1. Модем по рекомендации V.32bis

2.

Структура современного модема (по рекомендации V.32bis).

Выход передатчика и вход приемника соединены с дифсистемой, которая осуществляет частичное разделение сигналов встречных направлений и обеспечивает двухпроводный интерфейс с телефонной линией. Кроме того на рисунке изображен эхокомпенсатор, который обеспечивает дуплексную работу модема и представляет собой адаптивный трансверсальный фильтр имитирующий тракт прохождения эхосигнала.

Структура передатчика. С выхода терминального оборудования данных (обычно - компьютер) на вход передатчика поступает последовательный поток дискретных данных, который обрабатывается скремблером. Скремблер производит над сигналом обратимое преобразование, обеспечивающее случайный характер выходного потока. Передача сигналов имеющих неслучайный характер, например длинная последовательность "0" или "1", может отрицательно сказаться на работе приемника. Однако производитель модема не может накладывать какие-либо ограничения на входной сигнал, и модем должен передавать информацию любого вида. Поэтому используют скремблер, сигнал на выходе которого носит случайный характер даже при подаче на вход длинной последовательности "0" или "1".

С выхода скремблера сигнал поступает на вход преобразователя “последовательный в параллельный”, который обеспечивает разбиение последовательности входных бит на группы, в зависимости от выбранной скорости передачи. Далее старшие биты каждой битовой группы подвергаются сверточному кодированию и вместе с младшими незакодированными битами обрабатываются КАМ-кодером, который осуществляет отображение входных битовых групп на сигнальную плоскость. На выходе КАМ- кодера мы получаем амплитуды косинусной (синфазной) и синусной (квадратурной) несущих, которые на плоскости сигнального созвездия соответствуют абциссе и ординате декартовой системы координат.

Обе эти составляющие обрабатываются фильтрами низких частот (ФНЧ) и модулируют несущую частоту 1800 Гц. Использование ФНЧ необходимо для устранения необратимых искажений при модуляции, вызванных наложением спектров. Сама же модуляция, как это видно из рисунка производится простым умножением синфазной и квадратурной составляющих сигнала на гармонические функции косинуса и синуса.

Все эти операции, хотя и отмечены на рисунке блоками, не подразумевают в современном модеме физических устройств, а реализуются программно на цифровом сигнальном процессоре.

После модуляции сигнал через выходной порт сигнального процессора подается на микросхему ЦАП, которая осуществляет преобразование сигнала из цифрового вида в аналоговый. После этого сигнал с выхода передатчика через дифсистему передается по телефонному каналу к удаленному модему. Так как модемы работают в дуплексном режиме, в то же самое время передатчик удаленного модема, выполнив преобразования, аналогичные рассмотренным выше, осуществляет передачу сигнала, который также пройдя через телефонный канал и дифсистему поступает на вход приемника модема, изображенного на рисунке.

В приемнике модема входной аналоговый сигнал преобразуется к цифровому виду микросхемой АЦП и подается во входной порт сигнального процессора реализующего алгоритмы функционирования приемника.

Первым делом в приемнике выполняется эхокомпенсация. Из-за несовершенства дифсистемы, на вход приемника попадает сигнал с выхода собственного передатчика. Этот сигнал называется эхосигналом и препятствует нормальному приему. Эхосигнал в приемнике воспринимается просто как паразитный шум, поэтому параллельно тракту прохождения эхосигнала включают адаптивный эхокомпенсатор, который синтезирует на своем выходе точную копию эхосигнала.

Как видно из рисунка, компенсация эхо-сигнала производится вычитанием выходного сигнала эхокомпенсатора из входного сигнала приемника. Действительно, сигнал на входе приемника содержит две составляющие: искаженный сигнал, пришедший от удаленного передатчика и эхосигнал. Если из этой смеси двух сигналов вычесть точную копию эхо-сигнала, то можно добиться полной эхокомпенсации , а значит и обеспечения качественного разделения сигналов встречных направлений. После эхокомпенсации сигнал поступает в блок преобразования тактовой частоты. АЦП на входе приемника производит аналого-цифровое преобразование с той же тактовой частотой что и ЦАП передатчика (АЦП и ЦАП тактируются от одного и того же генератора). Это необходимо для нормальной работы эхокомпенсатора, ведь источником эхосигнала является сигнал передатчика. Теперь, когда произведена эхокомпенсация и необходимо произвести обработку сигнала удаленного передатчика, эта обработка должна осуществляться в цифровом виде с той же тактовой частотой, что и в удаленном передатчике. Однако, очевидно, что тактовые частоты двух удаленных от друга модемов могут отличаться из-за различных кварцевых задающих генераторов, и хотя это отличие достаточно мало, оно препятствует нормальному приему сигнала. Поэтому специальный алгоритм производит оценку расхождения тактовых частот ближнего приемника и удаленного передатчика и компенсацию этого расхождения в блоке преобразователя тактовой частоты.

В передатчике мы имели дело с сигналом, имеющим две составляющие - косинусную (синфазную) и синусную (квадратурную). Поэтому после преобразования тактовой частоты сигнал в блоке “фазовый расщепитель” подвергается разделению на две составляющие. Синфазная составляющая является копией входного сигнала, а квадратурная получается в результате изменения фаз всех спектральных составляющих входного сигнала на 90 градусов .

На схеме входной сигнал фазового расщепителя изображен одной стрелкой, а выходной - двумя, так как выходной сигнал имеет две составляющие (синфазную и квадратурную). Для удобства описания такого сигнала используют комплексные числа ( комплексное число также имеет две части: вещественную и мнимую). Говорят, что фазовый расщепитель осуществляет переход к комплексному аналитическому сигналу. При этом подразумевают, что синфазная составляющая - это вещественная, а квадратурная - мнимая части комплексного аналитического сигнала.

Проходя через телефонный канал, сигнал передатчика удаленного модема подвергается сильным искажениям. Основной составляющей этих искажений являются линейные искажения, которые в спектральной области проявляются в виде неравномерного затухания и задержки различных частотных составляющих передаваемого сигнала, а во временной области проявляются как межсимвольная интерференция, т.е. влияние соседних передаваемых символов друг на друга. Это влияние настолько велико, что без компенсации линейных искажений невозможен прием сигнала даже на самых низких скоростях. Поэтому с целью компенсации линейных искажений сигнала в приемнике модема по рекомендации V.32bis ставится адаптивный корректор. По своей структуре он очень похож на эхокомпенсатор и также является адаптивным трансверсальным фильтром, содержащим линию задержки и набор весовых коэффициентов. Во время приема сигнала адаптивный корректор постоянно подстраивается, отслеживая медленные изменения характеристик телефонного канала.

После компенсации линейных искажений сигнал с выхода адаптивного корректора поступает на вход демодулятора, который осуществляет операцию, обратную модулятору передатчика. Как видно из рисунка, работой демодулятора управляет блок оценки частоты несущей. Мы уже говорили, что частота несущей в модемах по рекомендации V.32bis равна 1800 Гц. Тогда возникает вопрос: зачем оценивать частоту несущей, которая и так известна? Проблема в том, что, хотя передатчик удаленного модема действительно использует частоту 1800 Гц при модуляции, сигнал, проходя через телефонный канал, подвергается действию факторов, приводящих к смещению несущей частоты. И хотя это изменение достаточно мало (порядка 0,3 %), необходимо его компенсировать. К примеру, если в телефонном канале произошло смещение частоты на 5 Гц, то частота демодулятора должна быть уже не 1800 Гц, а 1795 Гц. Смещение частоты для различных каналов ТЧ имеет разную величину и может меняться в процессе передачи данных. Поэтому во время процедуры начального соединения каждый из модемов оценивает частоту несущей и продолжает ее подстраивать в процессе передачи .

С выхода демодулятора на вход декодера поступает комплексный сигнал, каждый отсчет которого соответствует какому-либо положению на плоскости сигнального созвездия. На сигнальном созвездии присутствуют так называемые разрешенные значения, т.е. те значения, которые могут передаваться передатчиком. Задача декодера состоит в том, чтобы по входному демодулированному комплексному отсчету выбрать одно из разрешенных значений на сигнальном созвездии.