Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

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 скорость передачи информации. С другой стороны, необходимая для этого вида модуляции ширина спектра сигнала может быть значительно уже всей полосы канала. Отсюда вытекает область применения ЧМ – низкоскоростные, но высоконадежные стандарты, позволяющие осуществлять связь на каналах с большими искажениями амплитудно-частотной характеристики, или даже с усеченной полосой пропускания.

При фазоразностной модуляции (ДОФМ, ТОФМ, DPSK – Differential Phase Shift Keying) изменяемым в зависимости от значения информационного элемента параметром является фаза сигнала при неизменных амплитуде и частоте. При этом каждому информационному элементу ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения. Если информационный элемент есть дибит, то в зависимости от его значения (00, 01, 10 или 11) фаза сигнала может измениться на 90, 180, 270 градусов или не измениться вовсе. Из теории информации известно, что фазовая модуляция наиболее информативна, однако увеличение числа кодируемых бит выше трех (8 позиций поворота фазы) приводит к резкому снижению помехоустойчивости. Поэтому на высоких скоростях применяются комбинированные амплитудно-фазовые методы модуляции.

Миогопозиционную амплитудно-фазовую модуляцию называют еще квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ-n, QAM – Quadrature Amplitude Modulation). Здесь помимо изменения фазы сигнала используется манипуляция его амплитудой, что позволяет увеличивать число кодируемых бит. В настоящее время используются модуляции, в которых количество кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8, а, соответственно, число позиций сигнала а сигнальном пространстве – до 256. Однако, применение многоточечной QAM в чистом виде сталкивается с серьезными проблемами, связанными с недостаточной помехоустойчивостью кодирования. Поэтому во всех современных высокоскоростных протоколах используется разновидность этого вида модуляции, т.н. модуляция с решетчатым кодированием или треллис-кодированием (ТСМ, Trellis Coded Modulation), которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации – снизить требования к отношению сигнал/шум в канале на величину от 3 до 6 дБ. Суть этого кодирования заключается в введении избыточности. Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к информационным битам еще одного, который образуется посредством сверточного кодирования над частью информационных бит и введения элементов запаздывания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции. В процессе демодуляции принятого сигнала производится его декодирование по весьма изощренному алгоритму Виттерби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предистории выбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального пространства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения информационных бит.

В модемах с высокой удельной скоростью передачи для коррекции межсимвольной интерференции используются адаптивные корректоры межсимвольных искажений (АКМИ). На практике наиболее широкое применение нашли АКМИ, реализованные на базе нерекурсивного фильтра (трансверсальный фильтр). Причем в качестве алгоритма адаптации весовых коэффициентов фильтра используются алгоритмы стохастической аппроксимации, минимизирующие величину среднего квадрата ошибки недокоррекции. Коррекция осуществляется либо в полосовой области (в диапазоне частот передаваемого сигнала), либо в области низких частот, используя двумерное представление сигнала данных. Следует отметить, что применение АКМИ обеспечивает оптимальную поэлементную обработку принимаемого сигнала при межсимвольных интерференции из-за фазовых искажений передаточной функции канала связи.

В передатчике модема выполняются следующие операции:

1. посредством скремблера формируется псевдослучайная информационная последовательность, которая в преобразователе кода отображается в последовательность двумерных сигналов данных (x/n/);

2. цифровой формирователь спектра осуществляет формирование спектра единичного элемента сигналов, который в ряде случаев выполняет функцию блока предыскажения, компенсирующего детерминированную часть межсимвольной интерференции, вносимой каналом связи;

3. модулятор переносит спектр сигнала в заданную область частот.

На приеме сигнал данных подвергается обратным преобразованиям. Линейные блоки приемника осуществляют согласование по уровню с принимаемым сигналом (АРУ), расщепление сигнала на квадратурные компоненты и выборку отсчетов двумерного сигнала данных ( x`/n/, y`/n/) путем дискретизации во времени в АЦП.

При коррекции в области нижних частот расщепление принимаемого сигнала на квадратурные составляющие осуществляется в демодуляторе (при аналоговой реализации входных блоков приемника) или в преобразователе Гильберта – при цифровой реализации.

Задача компенсации межсимвольной интерференции обеспечивается, если линейный тракт передачи удовлетворяет условию селективности сквозной импульсной реакции (при этом сквозная передаточная функция тракта удовлетворяет критерию Найквиста). На практике получило распространение формирование сквозных передаточных функций с косинус-квадратичным скруглением (иногда такой вид скругления называют "приподнятым косинусом"). Причем обычно для предотвращения снижения помехоустойчивости по отношению к флуктуационному шуму передаточную функцию модема разделяют поровну между коэффициентами передачи формирователя спектра на передачи и фильтром входного блока приемника.

В случае, когда канал связи вносит амплитудно-частотные искажения, линейные методы коррекции не обеспечивают оптимальную обработку сигнала. Поэтому прибегают к нелинейным методам коррекции (корректор с решающей обратной связью) и/или – к нелинейной процедуре оценивания принимаемой информационной последовательности, используя алгоритм Витерби, либо его модификации.

Помехоустойчивость модема с высокой удельной скоростью в значительной мере определяется независимыми ошибками за счет воздействия Гауссовского шума и недокоррекции межсимвольной интерференции. Традиционным методом повышения помехоустойчивости является применение кодирования передаваемой информации путем введения избыточности. При независимых ошибках использование сверточного кодирования позволяет существенно улучшить помехоустойчивость модема. Поэтому в Рекомендациях МККТТ V.32 и V.33 регламентируется совместное использование квадратурной АМ и сверточного кодирования – решетчатого кодирования.

Введение решетчатого кодирования для скорости 14400 бит/с (добавление одного проверочного бита в каждую исходную последовательность из 6 бит информации) позволяет повысить помехоустойчивость на 3,8 дБ. При этом число позиций сигнала данных равно 128 (т.е. 2 в степени 6+1 ). Следует отметить, что применение решетчатого кодирования для скорости 19200 бит/с приводит к повышению помехоустойчивости на 5.4 дБ. Широкое распространение решетчатого кодирования связано с возможностью использования на приеме эффективной процедуры декодирования по максимуму правдоподобия на базе алгоритма Витерби.

В Рекомендациях V.32 и V.33 метод построения модема с использованием решетчатого кодирования указан как предпочтительный. Однако, в этих Рекомендациях оговаривается возможность применения и других методов модуляции. Например, в одной из работ приводится описание и результаты испытаний цифрового модема на скорость 14400 бит/с с использованием амплитудно-фазовой модуляции с одной боковой полосой.

Модемные протоколы (краткий обзор)

V.21 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и частотной модуляцией. На нижнем канале (его обычно использует для передачи вызывающий модем) "1" передается частотой 980 Гц, а "0" – 1180 Гц. На верхнем канале (передает отвечающий) "1" передается частотой 1650 Гц, а "0" – 1850 Гц. Модуляционная и информационная скорости равны – 300 бод, 300 бит/с. Несмотря на невысокую скорость, данный протокол находит применение прежде всего в качестве "аварийного", при невозможности вследствие высокого уровня помех использовать другие протоколы физического уровня. Кроме того, ввиду своей неприхотливости и помехоустойчивости, он используется в специальных высокоуровневых приложениях, требующих высокой надежности передачи. Например, при установке соединения между модемами по новой Рекомендации V.8, или для передачи управляющих команд при факсимильной связи (верхний канал).

V.22 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией DPSK. Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) – 1200 Гц, верхнего (передает отвечающий) – 2400 Гц. Модуляционная скорость – 600 бод. Имеет режимы двухпозиционной (кодируется бит) и четырехпозиционной (дибит) фазоразностной модуляции с фазовым расстоянием между точками, соответственно, в 180 и 90 град. Соответственно, информационная скорость может быть 600 или 1200 бит/с. Этот протокол фактически поглощен протоколом V.22bis.

V.22bis Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией QAM. Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) – 1200 Гц, верхнего – 2400 Гц. Модуляционная скорость – 600 бод. Имеет режимы четырехпозиционной (кодируется дибит) и шестнадцатипозиционной (кодируется квадробит) квадратурной амплитудной модуляции. Соответственно, информационная скорость может быть 1200 или 2400 бит/с. Режим 1200 бит/с полностью совместим с V.22, несмотря на другой тип модуляции. Дело в том, что первые два бита в режиме 16-QAM (квадро-бит) определяют изменение фазового квадранта относительно предыдущего сигнального элемента и потому за амплитуду не отвечают, а последние два бита определяют положение сигнального элемента внутри квадранта с вариацией амплитуды. Таким образом, DPSK можно рассматривать как частный случай QAM, где два последних бита не меняют своих значений. В результате из шестнадцати позиций выбираются четыре в разных квадрантах, но с одинаковым положением внутри квадранта, в том числе и с одинаковой амплитудой. Протокол V.22bis является стандартом де-факто для всех среднескоростных модемов.

V.32 Это дуплексный протокол с эхо-подавлением и квадратурной амплитудной модуляцией или модуляцией с решетчатым кодированием. Частота несущего сигнала – 1800 Гц, модуляционная скорость – 2400 бод. Таким образом, используется спектр шириной от 600 до 3000 Гц. Имеет режимы двухпозиционной (бит), четырехпозиционной (дибит) и шестнадцатипозиционной (квадробит) QAM. Соответственно, информационная скорость может быть 2400, 4800 и 9600 бит/с. Кроме того, для скорости 9600 бит/с имеет место альтернативная модуляция – 32-позиционная ТСМ.

V.32bis Это дуплексный протокол с эхо-подавлением и модуляцией ТСМ. Используются те же, что в V.32, частота несущего сигнала – 1800 Гц, и модуляционная скорость – 2400 бод. Имеет режимы 16-ТСМ, 32-ТСМ, 64-ТСМ и 128-ТСМ. Соответственно, информационная скорость может быть 7200, 9600, 12000 и 14400 бит/с. Режим 32-ТСМ полностью совместим с соответствующим режимом V.32.

Что такое K56flex?

K56flex – это совместно разработанный компаниями Lucent и Rockwell протокол модемной связи, позволяющий загружать данные из Internet по стандартным телефонным линиям со скоростью до 56 кбит/с. Эта технология, которая служит своего роста мостом между существующими методами передачи данных по аналоговым линиям и цифровым сетям, например, ISDN. Однако он обеспечивает повышенную скорость обмена данными, не требуя в отличие от ISDN дополнительных капиталовложений в цифровые линии связи.

На сегодняшний день K56flex практически полностью вытеснен протоколом x2 с рынка коммуникационного оборудования. По сути, K56flex и х2 – близнецы-братья, просто за х2 стоит более крупный производитель – US Robotics, точнее – корпорация 3Com.

Характеристики

Список файлов реферата