Как устроен современный модем для передачи данных по телефонным линиям. Из каких основных блоков состоит передающая и приемная часть модема. Какие функции выполняют ключевые компоненты модема — скремблер, эквалайзер, модулятор/демодулятор. Как обеспечивается надежная передача цифровых данных по аналоговым телефонным каналам.

Общая структура и принцип работы модема

Модем (модулятор-демодулятор) — это устройство, которое преобразует цифровые данные компьютера в аналоговый сигнал для передачи по телефонным линиям и обратно. Основные компоненты типичного модема:

• Передатчик — преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал
• Приемник — преобразует принятый аналоговый сигнал обратно в цифровые данные
• Эхо-компенсатор — устраняет эхо-сигналы в линии
• Микропроцессор — управляет работой всех узлов модема

Рассмотрим подробнее устройство передающей и приемной части модема.

Передающая часть модема

Передатчик модема выполняет следующие основные функции по подготовке данных к передаче:

1. Скремблирование — придание случайного характера потоку данных
2. Относительное кодирование — решение проблемы неоднозначности фазы
3. Синхронизация — добавление синхросигналов
4. Предыскажения — компенсация искажений в канале связи
5. Модуляция — преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму

Ключевые блоки передатчика:

• Скремблер
• Относительный кодер
• Модулятор
• Эквалайзер (корректор предыскажений)

Приемная часть модема

Основные функции приемника модема:

1. Демодуляция — выделение цифрового сигнала из аналогового
2. Эквализация — компенсация искажений в канале
3. Декодирование
4. Дескремблирование — восстановление исходного потока данных

Ключевые блоки приемника:

• Демодулятор
• Адаптивный эквалайзер
• Относительный декодер
• Дескремблер
• Схема синхронизации

Функции основных блоков модема

Скремблер и дескремблер

Скремблер в передающей части модема выполняет «перемешивание» битов исходных данных по определенному алгоритму. Это необходимо для:

• Устранения длинных последовательностей одинаковых битов
• Облегчения выделения тактовой частоты на приемной стороне
• Равномерного распределения энергии сигнала по спектру

Дескремблер в приемнике выполняет обратное преобразование и восстанавливает исходную последовательность данных.

Эквалайзер

Эквалайзер компенсирует искажения амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик телефонного канала. Различают:

• Фиксированный эквалайзер в передатчике — вносит предыскажения
• Адаптивный эквалайзер в приемнике — подстраивается под характеристики канала

Применение эквалайзеров позволяет существенно повысить скорость и надежность передачи данных.

Модулятор и демодулятор

Модулятор преобразует цифровой сигнал в аналоговую форму, используя различные виды модуляции:

• Амплитудную (AM)
• Частотную (FM)
• Фазовую (PM)
• Квадратурно-амплитудную (QAM)

Демодулятор выполняет обратное преобразование, выделяя цифровой сигнал из принятого аналогового.

Преимущества современных модемов

Применение описанных выше методов обработки сигнала позволяет современным модемам обеспечить:

• Высокие скорости передачи данных (до 56 кбит/с)
• Надежную работу на зашумленных линиях
• Адаптацию к характеристикам конкретного канала связи
• Устойчивость к помехам и искажениям в линии

Это делает модемы эффективным средством передачи цифровых данных по обычным аналоговым телефонным каналам.

Современные тенденции в разработке модемов

Основные направления совершенствования модемов для телефонных линий:

• Повышение скорости передачи данных
• Улучшение помехоустойчивости
• Реализация новых методов модуляции и кодирования
• Интеграция функций модема в системную логику компьютеров
• Разработка программных модемов

Однако с развитием широкополосных технологий доступа роль модемов для коммутируемых телефонных линий постепенно снижается.

Заключение

Модем представляет собой сложное устройство, объединяющее методы цифровой обработки сигналов, теории информации и схемотехники. Понимание принципов работы модема важно для специалистов в области телекоммуникаций и сетевых технологий. Хотя эра dial-up модемов постепенно уходит в прошлое, заложенные в них идеи находят применение в современных системах цифровой связи.

Блок-схема передатчика синхронного модема

Передаваемые компьютером данные поступают в передатчик модема, который выполняет операции скремблирования, относительного кодирования, синхронизации и иногда вносит предискажения, частично компенсирующие нелинейность амплитудной и фазочастотной характеристик используемого телефонного канала.

Рис. Блок-схема передатчика синхронного модема

Схема синхронизациипередатчика получает сигнал опорной частоты от внутреннего генератора или получает его от компьютера через интерфейсRS-232. В последнем случае модем должен поддерживать синхронный режим работы не только с удаленным модемом, но и по интерфейсу компьютер-модем.Скремблерпредназначен для придания свойств случайности передаваемой последовательности данных для обеспечения выделения тактовой частоты приемником удаленного модема. Рассмотрим такое понятие, как скремблирование. Двоичный сигнал на входе модема имеет произвольную статистическую структуру. Однако при синхронном способе передачи передаваемая последовательность должна соответствовать следующим требованиям:

1. частота смены символов (1 и 0) должна обеспечивать надежное выделение тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала;

2. спектральная плотность мощности передаваемого сигнала должна быть, по возможности постоянной и сосредоточенной в заданной области частот с целью снижения взаимного влияния каналов.

Эти требования должны выполняться независимо от структуры передаваемого сообщения. Поэтому в синхронных модемах исходная последовательность двоичных посылок подвергается определенной обработке. В результате статистика нулей и единиц приближается к случайной. Таким образом, скремблирование – это обратимое преобразование структуры цифрового потока без изменения скорости передачи обеспечивающее свойства случайной последовательности. Скремблирование производится на передающей стороне с помощью скремблера, реализующего логическую операцию суммирования по модулю два исходного и псевдослучайного двоичных сигналов.

Относительный кодерпри использовании сигналов с фазовой модуляцией применяет кодирование, которое позволяет решить проблему неоднозначности фазы, восстановленной на приеме несущей.Эквалайзеркомпенсирует нелинейные искажения, вносимые каналом передачи.Модулятор осуществляет перенос кодированного сигнала на несущую частоту.

Блок-схема приемника синхронного модема

Приемник типового синхронного модема содержит адаптивный эквалайзер со схемой управления, модулятор с задающим генератором, демодулятор, относительный декодер, дескремблер и схему синхронизации.

Модулятор приемника совместно с задающим генератором позволяет перенести спектр принимаемого сигнала (300-3400 Гц) в область высоких частот. Это делается для облегчения фильтрации и демодуляции. Схема синхронизации выделяет тактовую частоту из принимаемого сигнала и подает его на другие узлы приемника. Адаптивный эквалайзер приемника, как и эквалайзер передатчика, позволяет компенсировать нелинейные искажения, вносимые каналом передачи. Адаптивность эквалайзера заключается в его способности подстраиваться под изменяющиеся параметры канала в течение сеанса связи. Для этого сигнал ошибки фазы с демодулятора поступает на схему управления, которая вырабатывает управляющие сигналы для эквалайзера. Сам эквалайзер состоит из линии задержки с отводами и набора управляемых усилителей с изменяемым коэффициентом усиления.

Рис. Блок-схема приемника синхронного модема

Относительный декодер и дескремблер выполняют операции обратные выполняемым в передатчике.На приемной стороне происходит обратное преобразование – дескремблирование, выполняемое дескремблером. Дескремблер выделяет из принятой последовательности исходную информационную последовательность, которая передается в принимаемый компьютер.

studfiles.net

Устройство модема

Нет промышленных стандартов на конструктивное исполнение модемов. Не унифицированы модемные комплектующие т.е. специальные микросхемы, реализующие основные модемные функции. Поэтому существуют различные варианты исполнения модемов. В одном из вариантов исполнения модем состоит из адаптеров портов канального и компьютер-модемного (DTE-DCE) интерфейсов; универсального (PU), сигнального (DSP) и модемного процессоров; постоянного (ПЗУ, ROM), постоянного энергозависимого перепрограммируемого (ППЗУ, ERPROM), оперативного (ОЗУ, RAM) запоминающих устройств и схемы индикаторов состояния модема.

Рис. Структурная схема модема

Порт интерфейса DTE—

DCEобеспечивает взаимодействие с компьютером. Если модем внутренний можно применять интерфейс внутренней шины компьютераISA.Порт канального интерфейсаобеспечивает согласование электрических параметров сигналов с используемым каналом связи. Канал может быть как аналоговым, так и цифровым.Универсальный процессорвыполняет функции управления взаимодействием с компьютером и схемами индикации состояния модема. Он выполняет посылаемые компьютером команды и управляет режимами работы остальных составных частей модема, а также может реализовывать операции компрессии (декомпрессии) передаваемых данных. Интеллектуальные возможности модема определяются в основном типом используемого процессора (PU) и микропрограммой управления модемом, хранящейся в ПЗУ (ROM). Путем замены или перепрограммирования ПЗУ (ROM) можно существенно улучшить свойства модема, т.е. произвести его модернизацию. Модернизация обеспечит поддержку новых протоколов или сервисных функций модема. Для облегчения модернизации сейчас применяются микросхемы флэш-памяти вместо ПЗУ.

Схема ERPROM (ППЗУ) позволяет сохранять установки модема на время его выключения. Память RAM (ОЗУ) используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений, производимых как универсальным, так и цифровым сигнальным процессорами.

Сигнальный процессор реализует основные функции протоколов модуляции (кодирование, скремблирование и др.).

Операция модуляции/демодуляции выполняется специализированным модемным процессором.

Блок-схема синхронного модема

Большинство современных модемов для телефонных каналов ТФОП обеспечивает синхронную передачу данных по каналу. При асинхронной передаче используется 10 бит на байт (8 информационных + 1 стартовый + 1 стоповый), в то время как при синхронной – 8, что делает синхронную передачу быстрее асинхронной на 20 %.

Рассмотрим блок-схему синхронного модема. Синхронный модем содержит передатчик, приемник, компенсатор электрического эха, схему управления и источник питания. Схема управления выполняется на микропроцессоре универсального назначения (PU). Она предназначена для интеллектуального интерфейса с компьютером и управления работой приемника, передатчика и эхо-компенсатора. Эхо-компенсатор предназначен для ослабления влияния помехи в виде электрического эха (собственно отраженного сигнала) при приеме сигнала от удаленного модема.

Рис. Блок-схема синхронного модема

studfiles.net

Функциональная схема модема. Режим передачи и тип окончания канала связи. Основные параметры абонентской линии

Содержание

     Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.  Функциональная схема модема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.1.  Передающая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.  Приемная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.  Характеристики модема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.1  Скорость передачи данных и модуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.2  Режим передачи и тип окончания канала связи . . . . . . . . . . . . 9

2.3  Метод передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.  Структурная схема модема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.  Основные параметры абонентской линии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.  Расчет помехоустойчивости приема единичных элементов . . . . . . .17

6.  Расчет степени искажений сигналов в дискретных каналах . . . . . . .20

7.  Расчет параметров устройств регистрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

8.  Проектирование устройств синхронизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

9.  Расчет спектра сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

10. Индивидуальное задание.  Скремблер, дескремблер . . . . . . . . . . . 33

11. Дополнительное задание.  Характеристики модема V.26 . . . . . . . . 37

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Приложение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

ВВЕДЕНИЕ

Технические средства обмена и передачи информации    включают в себя аппаратуру передачи  данных  с  устройствами  сопряжения между оконечным оборудованием и каналами передачи данных.

На железнодорожном транспорте его распределенной  на  большие расстояния инфраструктурой  эта  техника  передачи  информации  и пользуется особенно эффективно,  способствуя  повышению  качества управления процессами перевозок на всех уровнях.

Для передачи информации между  двумя  пунктами  необходимо иметь передатчик, приемник и проводящую среду.  Для передачи сигналов передатчик должен обеспечить преобразование сигналов в форму, соответствующую среде передачи  информации.  Среда  передачи должна образовать  путь  передачи  информации  от  передатчика  к приемнику без значительного искажения.

В связи с тем, что телефонные линии первоначально проектировались для передачи аналоговых  сигналов  с  ограниченной  полосой частот, непосредственная передача цифровых сигналов по ним приводит к большим искажениям.  Для организации связи передаваемые  из терминала в другое устройство телефонным линиям дискретные сигналы, должны быть преобразованы в форм соответствующую среде  передачи.  Такое преобразование осуществляет специальное устройство – модем.

Модемом   называется электронное устройство, которое  преобразует цифровые  сигналы,  вырабатываемые  компьютером  или  терминальным устройством, аналоговые, которые передаются по телефонной сети с помощью аналоговых аппаратных средств.

Аппаратура образования каналов связи имеет  много  разновидностей, используется разнообразное оборудование  обработки  данных, различные каналы связи, поэтому  для  обеспечения  возможности совместной работы оборудования различных систем  с  оборудованием обработки данных и каналами связи имеются международные рекомендации, разрабатываемые Международным Консультативным  Комитетом  по Телефонии и Телеграфии (МККТТ).  МККТТ играет ведущую роль в стандартизации скорости передачи данных других важных параметров аппаратуры, а так же в принятии и единых технических приемов и решений.

Данный курсовой проект посвящен проектированию модема в соответствии с рекомендацией МККТТ V.33.

1. Функциональная схема модема

Большинство современных модемов для телефонных каналов коммутируемых телефонных сетей общего пользования (КТСОП) обеспечивают синхронную передачу данных по каналу.

В самом общем виде синхронный модем содержит приемник, передатчик, компенсатор электрического эха, схему управления и, возможно, источник питания (рис. 1). Схема управления, как правило, выполняется в виде микропроцессора универсального назначения и предназначена для обеспечения интеллектуального интерфейса с оборудованием обработки данных (ООД) и управления работой приемника, передатчика и эхо-компенсатора.

Эхо-компенсатор предназначен для ослабления вредного влияния помехи в виде электрического эха  (собственного отраженного сигнала) на прием сигнала от удаленного модема.

 

Рис.1.  Схема синхронного модема

1.1 Передающая часть

Передаваемые ООД данные  поступают в передатчик модема, который выполняет операции скремблирования, относительного кодирования, синхронизации и иногда вносит предыскажения, частично компенсирующие нелинейность амплитудной и фазочастотной характеристик (АЧХ и ФЧХ) используемого телефонного канала. Схема передатчика приведена на рис. 2.

Схема синхронизации передатчика получает сигнал опорной частоты от внутреннего генератора или получает его от ООД, например, через 24-контатный разъем DB-25 интерфейса RS-232. В последнем случае модем обязан поддерживать синхронный режим работы не только по каналу с удаленным модемом, но и по интерфейсу ООД –  аппаратура канала данных (АКД). Скремблер предназначен для придания свойств случайности (рандомизации) передаваемой последовательности данных с целью облегчения выделения тактовой частоты приемником удаленного модема. При использовании сигналов ФМ и производных о них, применение относительного кодирования позволяет решить проблему неоднозначности фазы, восстановленной на приеме несущей.

 

Рис. 2.  Схема передатчика синхронного модема

1.2 Приемная часть

Приемник типового синхронного модема в свою очередь содержит адаптивный эквалайзер со схемой управления, модулятор с задающим генератором, демодулятор, относительный декодер, дескремблер и схему синхронизации (рис 3). 

 

Рис. 3.  Схема приемника синхронного модема

Модулятор приемника совместно с задающим генератором позволяют перенести спектр принимаемого сигнала (300-3400 Гц) в область более высоких частот. Это делается для облегчения операций фильтрации и демодуляции. Относительный  декодер и дескремблер выполняют операции, обратные выполняемым в передатчике. Дескремблер выделяет из принятой последовательности исходную информационную последовательность. Схема синхронизации выделяет тактовую частоту из принимаемого сигнала и подает ее на другие узлы приемника.

Адаптивный эквалайзер приемника, как и эквалайзер передатчика, позволяет компенсировать нелинейные искажения, вносимые каналом передачи. Адаптивность эквалайзера заключается в его способности подстраиваться под изменяющиеся параметры канала в течении сеанса связи.

ООД передает и принимает данные посредством использования аппаратуры

vunivere.ru

Лекция 13. Модемы. Устройство. Классификация Глава 4 Модемы. Классификация и основные принципы работы

4.1. Устройство современного модема

Главной функцией модема является функция преобразования сигналов. По этой причине первые модемы, не обладавшие возможностями современных, часто называли просто УПС. В современном понимании понятие модема значительно шире, чем совокупность модулятора и демодулятора. В настоящее время модемы являются интеллектуальными устройствами, позволяющими помимо своей основной функции, реализовать множество других функций, предоставляя дополнительные удобства пользователю.

Интеллектуальные возможности модемов реализуются благодаря наличию в них схемы управления, выполненной на основе использования микропроцессоров. Обобщенную архитектуру современного модема можно представить в виде следующей схемы (рис. 4.1).

В этой схеме универсальный процессор выполняет функции управления взаимодействием с компьютером и схемами индикации состояния модема. Он реализует посылаемые компьютером команды и управляет режимами работы остальных частей модема. Он же может реализовать различные алгоритмы сжатия и восстановления передаваемых данных.

Рисунок 4.1. Обобщенная структура современного модема

Микропрограммы управления модемом хранятся в ПЗУ. Путем замены ПЗУ иногда можно добиться существенного улучшения свойств модема, т.е. произвести его модернизацию с целью обеспечения поддержки новых протоколов или сервисных функций. Для облегчения такой модернизации в последнее время вместо ROM стали широко применяться микросхемы флеш-ROM.

Схема ППЗУ позволяет сохранить установки модема на время его выключения.

ОЗУ используется для временного хранения данных при промежуточных вычислениях как универсальным процессором, так и цифровым сигнальным процессором.

На ЦСП возлагаются задачи по реализации основных функций кодирования как корректирующим, так и линейным кодом, скремблирование и другие функции, за исключением собственно операций модуляции и демодуляции.

Эти операции обычно выполняются специализированным модемным процессором.

Рассмотренная схема не является структурной схемой какого-либо конкретного модема, а представляет собой обобщенную функциональную организацию современного модема. В каждой конкретной модели описанные функции могут быть реализованы различными способами.

4.2. Классификация модемов

Строгой классификации модемов не существует по причине их большого разнообразия. Тем не менее, выделяется ряд признаков, по которым можно произвести условную классификацию.

К этим признакам можно отнести:

— поддерживаемый модемом протокол взаимодействия;

— метод передачи;

— область применения;

— используемый тип модуляции;

— используемый метод исправления ошибок и сжатия данных;

— интеллектуальные возможности.

Функции современных модемов относятся к наиболее далеким от пользователя уровням – физическому и канальному.

Физический уровень определяет интерфейсы системы с каналом связи, а именно, механические, электрические, функциональные и процедурные параметры соединения. Физический уровень выполняет три основные функции: установление и разъединение соединений; преобразование сигналов; реализация интерфейса.

Типовой профиль протоколов при использовании модема, поддерживающего только функции физического уровня, выглядит следующим образом (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Типовой профиль протоколов физического уровня

При этом считается, что ООД (компьютер) соединен с модемом посредством интерфейса RS-232, а модем для подключения к каналу тональной частоты КТСОП использует протокол модуляции в соответствии с рекомендациями V.21.

Возможный профиль протоколов для модема, поддерживающего функции физического и канального уровней выглядит следующим образом (рис. 4.3).

В этой схеме компьютер соединяется с модемом посредством интерфейса RS-232, а модем реализует протокол модуляцииV.34 и аппаратную коррекцию ошибок согласно рекомендациямV.42.

С функциональной точки зрения модемные протоколы могут быть разделены на следующие группы:

1. Протоколы, определяющие нормы взаимодействия модема с каналом связи – V.2,V.25.

2. Протоколы, регламентирующие соединение и алгоритмы взаимодействия модема и ООД – V.10,V.11,V.24,V.25,V.25bis,V.28.

Рисунок 4.3. Типовой профиль протоколов физического и канального уровней

3. Протоколы модуляции, определяющие основные характеристики модемов, предназначенных для коммутируемых и выделенных телефонных каналов – V.17,V.21,V.22,V.23,V.26,V.32,V.33,V.34 и другие.

4. Протоколы защиты от ошибок – V.41,V.42.

5. Протоколы сжатия передаваемых данных – V.42bisи другие.

6. Протоколы согласования параметров связи на этапе их установления – V.8.

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Следует напомнить, что говоря о синхронном, либо асинхронном методе передачи обычно подразумевают передачу по каналу связи между модемами. Однако передача данных по интерфейсу «компьютер — модем» тоже может быть синхронной и асинхронной. Модем может работать с компьютером в асинхронном режиме и одновременно с удаленным модемом – в синхронном режиме и наоборот. В таком случае говорят, что модем работает в синхронно-асинхронном режиме.

studfiles.net

Иллюстрированный самоучитель по локальным сетям › Подключение к глобальным сетям с помощью модемов › Структура модема [страница — 139] | Самоучители по операционным системам

Структура модема

Одна из возможных структурных схем модема показана на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Структурная схема модема

Она содержит типовые функциональные узлы обработки и преобразования сигналов, из числа которых намеренно исключены некоторые второстепенные узлы, предназначенные для организации синхронизации и обработки служебных сигналов. Далее узлы, осуществляющие прямое и обратное преобразования в передающей и приемной части модема, рассматриваются попарно.

Кодер/декодер предназначены для защиты от ошибок и «сжатия» данных. Защита от ошибок предполагает включение в пакеты передаваемых данных избыточного циклического кода (CRC), как и в локальных компьютерных сетях. При этом в качестве стандартных протоколов, более подробно описывающих форматы данных (в том числе число бит в коде CRC – 16 или 32), используются протоколы серии MNP (Microcom Networking Protocol от фирмы Microcom) или V.42 (международный стандарт ITU-T).

Протокол V.42bis представляет собой протокол сжатия данных. Если нельзя увеличить пропускную способность линии передачи из-за ограничения, накладываемого теоремой Шеннона, то можно уменьшить избыточность передаваемой текстовой информации, используя свойство повторяемости цепочек символов в словах. Для этого на передающем и приемном конце линии модемы (точнее, их кодеры и декодеры) организуют и поддерживают идентичные динамические словари в виде структур типа дерева с отдельными символами в качестве узлов (см. рис. 12.5).

Достаточно передавать не сами слова, а, фактически, специальным образом описанные (в виде чисел) части словарей (пути в дереве), содержащие требуемые последовательности символов. Так, часть словаря на рис. 12.5 позволяет описать строки символов А, В, ВА, BAG, BAR, BI, BIN, C, D, DE, DO и DOG относительно соответствующих корневых узлов.

Рис. 12.5. Пример представления части словаря при работе протокола сжатия V.42bis

Скремблер/дескремблер производят такое преобразование передаваемого и принятого сигналов, которое исключает влияние длинных цепочек из логический нулей или единиц, а также коротких повторяющихся последовательностей на надежность синхронизации в приемной части модема. Скремблер при необходимости «прореживает» такие последовательности за счет вставляемых принудительно логических нулей или единиц, делая преобразованные данные псевдослучайными, а дескремблер удаляет лишние биты, восстанавливая исходный вид данных.

samoychiteli.ru

PSK-модем

RX3AKT, Сергей Макаркин Москва. E-mail: sa_rx3akt (at) mtu-net.ru (замените (at) на @) Московский радиолюбитель RX3AKT, Сергей Макаркин, ведет разработку приемопередатчика с типом модуляции BPSK31. Среди радиолюбителей — коротковолновиков получил большую популярность новый цифровой вид передачи информации: — узкополосная двухпозиционная фазовая модуляция со скоростью 31,25 бит в секунду (BPSK31). В отличии от традиционных видов передачи бинарной информации, таких, как телетайп (RTTY), для декодирования принятого сигнала BPSK31 применяются статистические методы, компенсирующие шумы. Это свойство и узкая полоса излучения — всего 31 Герц, обеспечивают стабильную работу информационного канала при гораздо большем соотношении сигнал — шум. Другими словами — значительно повышает дальность связи при заданной мощности. Для работы данным видом модуляции сейчас используется дорогостоящий аппаратный комплекс, состоящий из персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением и высокостабильного приемопередатчика — трансивера. Автором предпринята попытка создания устройства, обеспечивающего связь BPSK31 без применения компьютера и трансивера, но с максимальным сохранением свойств последних. В настоящее время закончена разработка передающего модуля и производятся его испытания. Устройство представляет собой рабочий макет — плату, размером 30 на 90 мм со следующими параметрами: Параметры модема : Напряжение питания +5 … +15 Вольт Ток потребления 0,1 Ампер Выходная мощность 0,1 Ватт Рабочие частоты 3,58 МГц, 7,037 МГц, 14,070 МГц. Радиус действия не ограничен. Ввод информации встроенный СОМ – порт (1200 б/с), РС – клавиатура, сообщение в режиме маяка. Рис.1. Принципиальная схема устройства (щелкните мышью для получения большого изображения) Ввод фиксированного сообщения производится через встроенный последовательный интерфейс – СОМ порт. Сообщение запоминается во флэш – памяти устройства. Можно обновлять записанную информацию до 100000 раз. Длина сообщения — от 109 до 4000 знаков. Программируемый интервал между включениями маяка – от 0 до 255 секунд. Сейчас результаты разработки уже могут быть использованы на практике для широкого круга задач, где необходима беспроводная передача цифровых сообщений на многие сотни километров. Например, для передачи данных с необслуживаемых метеорологических станций, телеметрии нефтепроводов и газопроводов, непрерывной передачи координат местоположения подвижных объектов, в качестве маяков и для связи в чрезвычайных ситуациях, для обмена информацией между различными устройствами (компьютерами) имеющими СОМ — порты. Подобные устройства позволяют значительно сократить расходы на оборудование, и на оплату канала связи – в одном арендованном канале можно без взаимных помех, одновременно, передавать до ста независимых сообщений. Плата рабочего макета, содержит всего три микросхемы: однокристальный микропроцессор фирмы ATMEL — ATtiny 26 L , операционный усилитель - AD 8532 и коммутатор аналоговых сигналов — ADG 774. Передаваемая информация подается непосредственно на ножки процессора от стандартной PC — клавиатуры в виде скан-кодов, или в виде ASCCI — кодов от компьютера через встроенный последовательный COM — порт, с использованием любой терминальной программы. Микропроцессор по программе преобразует полученную информацию в косинусоидальный, фазоманипулированный по правилам B PSK 31, сигнал с частотой 15,625 Герц. Операционный усилитель умощняет, полученный от процессора НЧ сигнал и подает его на первый вход ключевого балансного смесителя на микросхеме ADG 774. На второй вход смесителя подается сигнал несущей от кварцевого генератора процессора. С выхода смесителя DSB сигнал с полосой 31,25 Герц, который, по сути, и является сформированным на рабочей частоте сигналом B PSK 31, подводится непосредственно к антенному разъему. Выходная мощность на нагрузке 50 Ом пока только 100 милливатт, но, используя поразительные свойства данного вида модуляции, на диапазонах 80, 40 и 20 метров уже проведены первые успешные связи, например с RA3LW — (22.09.2002 40 M 5 mW ), UU4JO - (Крым, 7.10.2002 20 M 15 mW ), RV6AHJ — (Краснодарский край, 12.10.2002 20 M 15 mW ), EW1EA — (Белоруссия, 5.11.2002 80M 30mW), UA9CC – (6.12.2002 20M 50mW 595!). Прием велся привычным способом — с применением трансивера и компьютера. В дальнейшем в приемной части разработки предполагается использовать принцип прямого преобразования с захватом принятого НЧ сигнала петлей ФАПЧ, микропроцессорная обработка информации с выводом на ЖКИ дисплей в виде бегущей строки. Таким образом, без компьютера и передатчика, с минимальной энергетикой, на устройство из пяти, семи недорогих микросхем, скоро будут возможны связи без ограничения дальности! Будут вопросы, пожелания, предложения — пишите. Макаркин Сергей — sa_rx3akt (at) mtu-net.ru

www.qrz.ru

12. Современные модемы. Классификация. Функции модемов. Рекомендации мкктт.

Модем–устройство прямого ( модулятор ) и обратного ( демодулятор ) преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи. Но в современном понимании понятие модема значительно шире, чем просто совокупность модулятора и демодулятора. В настоящее время модемы являются интеллектуальными устройствами, которые позволяют реализовать помимо основных, множество дополнительных функций.

Подразделяются:

• На аналоговые ( самые распространенные сейчас модемы )

• На цифровые ( или сетевые адаптеры ). В них нет классической модуляции и демодуляции. Входные и выходные сигналы у таких модемов импульсные. Для них не разработаны общепринятые стандарты и они выпускаются для работы в конкретных цифровых технологиях: ISDN, HDSL, ADSL и т.д.

По классу подразделяются:

• Модемы 1 класса. Выполняют основную работу по приему и передаче сообщений компьютером с программой поддержки факсимильной связи.

• Модемы 2 класса. Реализуют все процедуры приема и передачи факсов средствами самого модема.

По исполнению:

• Внутренние.

• Внешние.

По интерфейсу с каналом связи:

По назначению:

• Для телефонных каналов ( стандарт V ).

• Для телеграфных каналов.

• Факс модемы.

• Сотовые модемы.

• Оптоволоконные модемы.

• Спутниковые радиомодемы.

По скорости передачи:

По принципу работы линии:

• Асинхронные. В этом режиме каждый переданный байт дополняется стартовым битом и 2 стоповыми битами. Иногда дополняется битом четности.

• Синхронные. В данном режиме данные передаются одним потоком байт за байтом. Стартовые и стоповые биты отсутствуют.

• Синхронно-ассинхронные.

По реализации протоколов:

Порт интерфейса ООД-АПД ( ПК – модем ) обеспечивает взаимодействие с ООД ( ПК ). Если модем внутренний, то вместо этого интерфейса используется внутренняя компьютерная шина PCI или ISA.

Порт канального интерфейса обеспечивает согласование электрических параметров с используемым каналом связи. Канал может быть аналоговым или цифровым с 2-х или 4-х проводным окончание.

Универсальный процессор выполняет функции управления взаимодействием с ООД и схемами индикации состояния модема. Именно он выполняет, посылаемые с ПК , АТ-команды и управляет режимами работы остальных составных частей модема. Может реализовывать операции компрессии и декомпрессии передаваемых данных.

Интеллектуальные возможности модема определяются в основном типом используемого универсального процессора и микропрограммой управления модемом, хранящейся в ПЗУ. Путем замены или перепрограммирования ПЗУ можно существенно улучшить свойства модема, т.е. произвести его модернизацию. Это может обеспечить поддержку новых протоколов и сервисных функций.

Схема ППЗУ позволяет сохранять установки модема в профилях ( профайлах ) на время его выключения. Параметры конфигурации модема хранятся в ППЗУ ( активный профиль), ПЗУ ( заводская ), в ОЗУ ( текущая конфигурация ). Выбор любого профиля производится по командам от ПК. Память ОЗУ интенсивно используется и для временного хранения данных и промежуточных вычислений, производимых как универсальным, так и цифровым сигнальным процессорами.

На сигнальный процессор возлагаются задачи по реализации основных функций протоколов модуляции ( линейное кодирование, скремблирование и т.д. ) за исключением собственно операций модуляции и демодуляции. Они выполняются модемным процессором.

Основные функции:

• Осуществляет преобразование последовательных цифровых сигналов в аналоговый и наоборот.

• Защита от ошибок.

• Сжатие данных, что позволило радикально увеличить скорость передачи и достоверность ( код Хафмена, метод Шеннона-Фано ). Сжатие данных выполняется путем обнаружения и частичного устранения избыточности информации во входном потоке передающего модема, после чего закодированные блоки данных уменьшенного размера направляются принимающему модему, который восстанавливает их исходный вид.

• Адаптивная коррекция.

• Эхо-компенсация. На телефонных каналах присутствуют участки перехода с 2-х проводной части канала на 4-х проводную и наоборот. Переход идет через дифференциальную систему, которая не является идеальной. Поэтому присутствуют токи обратной связи и как следствие эхо-сигналы, поступающие на вход модема. Для борьбы с этим явлением модемы используют функцию эхо-компенсации.

• Сверточное кодирование и декодирование.

• Полное самотестирование модема.

• Распознавание идентификатора звонящего.

• Автоматический дозвон.

• Процесс передачи информации с одновременным наблюдением за целостностью коммутируемого канала.

• Автоматическая инициализация модема.

Помимо основных функций в современных модемах реализованы дополнительно интеллектуальные возможности, которые рассмотрены далее в ответе на вопрос 46.

По рекомендациям МККТТ, передача данных и их преобразования в модемах выполняются в соответствии принятыми протоколами.

Протокол передачи данных – это совокупность правил, регламентирующих формат данных и процедуры их передачи в канале связи.

Протоколы передачи по телефонным каналам связи:

V 21 — асинхронный режим, частотная модуляция, максимальная скорость 300 бит/с. Предназначен для факсимильной передачи данных.

V 22 – дуплексный , асинхронно-синхронный режим, относительная фазовая модуляция, максимальная скорость 1200 бит/с, есть скремблирование.

V 22bis – дуплексный , используется квадратурно-амплитудная модуляция, максимальная скорость 2400 бит/с.

V 32 – асинхронно-синхроннй режим, квадратурно – амплитудная модуляция, максимальная скорость 9600 бит/с, наличие скремблирования и эхо-компенсации.

V 32 bis — асинхронно-синхроннй режим, квадратурно – амплитудная модуляция, максимальная скорость 14400 бит/с, наличие скремблирования и эхо-компенсации, автоматическая подстройка скорости передачи.

V 34,V 34bis — максимальная скорость 28800, 33600 бит/с, 256 кратная квадратурно – амплитудная модуляция. Имеет новые методы коррекции ошибок, кодирование данных, управление уровнем сигнала и т.д.

V 90 – протокол 1998 года. «Полуцифровой» скоростной протол. Квадратурно – амплитудная модуляция, максимальная скорость 56000 бит/с.

Протоколы факсмодемов:

V17 – 2х провдный, максимальная скорость 14400 бит/с, подстройка с меньшей скорости, м128 кратная фазовая модуляция, решетчатое кодирование или кодирование со сверточным кодом.

V27bis – для выделенных телефонных и факсимильных каналов, максимальная скорость 4800 бит/с.

V29 – для 4х проводного канала, максимальная скорость 9600 бит/с, синхронный режим.

Протоколы широкополосных модемов:

V 35 – для передачи газетных полос по фототелеграфу. Максимальная скорость передачи 48000 бит/с, ширина канала 60-108 кГц.

V36 — Максимальная скорость передачи 72000 бит/с, ширина канала 60-108 кГц.

V37 — Максимальная скорость передачи более 72000 бит/с, ширина канала 60-108 кГц.

Протоколы коррекции ошибок и сжатия данных:

Практически все протоколы коррекции ошибок основаны на повторении передачи ошибочного блока по запросу от принимающего модема. Каждый блок снабжается контрольной суммой, которая проверяется на приеме и блок не отдается потребителю до тех пор, пока не будет принят в правильном виде. Наиболее распространены протоколы MNP – аппаратные протоколы коррекции ошибок и сжатия данных. Из них MNP 4 включая более поздний V42. Для сжатия данных наиболее распространены протоколы MNP5 и V 42bis. Сжатие данных в 2-4 раза.

Протоколы передачи данных:

ASCIT – без коррекции ошибок, поэтому используется на коротких линиях.

X—MODEM – наиболее распространен. Имеет 3 варианта. В последнем варианте если передача идет без ошибок, то размер пакета автоматически увеличивается до 1024 байт. При увеличении числа ошибок размер пакета уменьшается.

Y—MODEM – для использования с модемами, которые автоматически осуществляют коррекцию ошибок на аппаратном уровне.

Z—MODEM – это быстрый протокол передачи данных. Не требует писать полный путь передаваемого файла. Имеется автоматическая постройка размеров пакета.

studfiles.net