Лабораторна робота n 6

Зв'язне устаткування передачі дискретних даних по аналогових лініях

зв'язки методом модуляції.

по курсу "Передача повідомлень дискретними сигналами"

Мета роботи: Вивчити способи передачі дискретних даних по аналоговому каналу за допомогою модему, і організувати термінальний доступ через аналоговий канал зв'язку.

1) вивчити спосіб організації комутованого телефонного модемного з'єднання між двома терміналами, встановленими в лабораторії;

2) вивчити модемне устаткування і спосіб його підключення;

3) вивчити команди управління модемом;

4) вивчити режими роботи модему при різних параметрах зв'язку;

5) вивчити можливості термінального матзабезпечення;

6) вивчити можливості і отримати практичні навики використання телетайпного і файлового режимів обміну даними при модемному з'єднанні;

7) навчитися практично користуватися модемом для передачі даних на великі відстані.

8) навчитися працювати за видаленим терміналом як оператор (користувача);

9) навчитися аналізувати отримані експериментальні статистичні дані і характеристики каналу зв'язку і пояснювати їх теоретично.

1. Підготовка до виконання лабораторної роботи

1.1. Повторити теоретичний матеріал по темах

"Принципи побудови, структура і основні параметри системи передачі дискретних сигналів" і "Кодування повідомлень в дискретних системах передачі даних".

1.2. Виконати вказівки, приведені в п.2 розділу "Загальні методичні вказівки", -

1.3. Підготуватися до відповіді на наступні питання:

- принципи побудови систем передачі дискретних повідомлень;

- призначення і функції модемного устаткування;

- види модуляції, використовувані в модемах;

- основні команди hayes-совместимого модему;

- основні характеристики модемів;

- принципи побудови термінального зв'язку;

- пристрій інтерфейсу зв'язку RS-232C. Готовність до лабораторної роботи припускає наявність заготовленого протоколу і розрахункових даних із стовпця 5 табл. 1.

2. Склад робочого місця:

2.1. Устаткування: Персональний комп'ютер, сумісний з IBM РС, hayes-совместимый модему, комутований телефонний канал.

2.2. Мат. забезпечення: Telix.

3. Короткі теоретичні відомості.

У даній лабораторній роботі вивчається зв'язне устаткування, що дозволяє передавати дискретну інформацію по аналогових каналах зв'язку і сполучати їх з термінальним устаткуванням. Термінальне устаткування, наприклад комп'ютер, може посилати і (або) приймати дані по послідовному інтерфейсу. Воно як би закінчує (terminate) послідовну лінію зв'язку. Зв'язне ж устаткування, приймаються як пристрої, здатні спростити послідовну передачу даних спільно з термінальним устаткуванням. Наочним прикладом зв'язного устаткування служить модем (модулятор-демодулятор). Він служить сполучною ланкою в послідовному ланцюжку між комп'ютером і телефонною лінією.

Використовуваний як термінал персональний IBM РС сумісним комп'ютером є універсальний комплекс програмно-технічних засобів, що дозволяє вирішувати технічні, інтелектуальні і інші завдання широкого спектру призначення. До складу апаратного забезпечення входять засоби введення-виводу, обробки і зберігання інформації. Сукупність вищеперелічених функціональних засобів дозволяє за допомогою пристроїв введення-виводу зберегти дані на пристроях зберігання з подальшим використанням їх як інструкції центральному процесору і управління комплексом. Таким чином можна забезпечити виконання різних, передбачених у вигляді даних програм завдань. Типовими завданнями є математичні обчислення і редагування інформації і представлення її в зручному для подальшого використання або виводу у вигляді.

У разі використання персонального комп'ютера як термінал, окрім звичайних пристроїв введення-виводу (дисплей, клавіатура, контроллер дискової пам'яті), для організації каналу передачі дискретних повідомлень використовується інтерфейс передачі даних стандарту RS232, що є стандартним комунікаційним портом, що забезпечує підключення до зв'язного устаткування -модему. Комунікаційним портом є окремий функціональний вузол системи, що виконує функції сполучення термінального пристрою з каналом передачі даних. Термінальне програмне забезпечення, надає операторові набір сервісних функцій для організації різних режимів обміну інформацією по відкритому каналу зв'язку між двома терміналами. У даній лабораторній роботі як термінальне математичне забезпечення використовується програмний пакет Telix. Термінальне матзабезпечення працює по управлінням операційного середовища MSDOS і запускається із запрошення командного інтерпретатора командою telix. Telix запускається в основному режимі, з якого доступні різні функції обміну даними і встановлення параметрів зв'язку. Параметри зв'язку відображаються статусним рядком, що знаходиться в нижній частині екрану. Для отримання короткої довідки про режими і функції програми необхідно на клавіатурі одночасно натиснути клавіші ALT-Z. Коротка довідка вкаже комбінації клавіш, що натискаються, для виконання різних функцій і режимів. Так наприклад для установки характеристик асинхронного порту необхідно натиснути комбінацію клавіш ALT-P, і потім в режимі меню, керованим ключовими клавішами (яскравішими) встановити необхідні характеристики. Для переходу в режим телетайпу необхідно або включити локальну луну (ALT-E), або включити режим CHAT (ALT-Y). Включення режиму меню прийому/передачі здійснюється натисненням комбінацій клавіш ALT-R і jAlt-S відповідно. Фактична швидкість передачі файлів зазвичай вимірюється .Величиной CPS (Char per second) - кількості переданих символів в секунду.

1) Модеми, функціональне призначення і принцип дії.

При побудові телекомунікаційних систем часто необхідно забезпечити передачу дискретні сигналів на великі відстані по існуючих аналогових лініях зв'язку (телефонним, радіо каналам). Для організації передачі дискретних сигналів по аналогових лініях зв'язку застосовують модеми. Модеми здійснюють дві важливі функції - модуляція і демодуляція (звідки і відбувається назва "модем").

Усередині модем складається з 3-х частин:

• ланцюгу, пов'язаному з передачею (модуляція);

• ланцюгу, пов'язаному з прийомом (демодуляція);

• ланцюги для синхронізації і подачі живлення, тобто 'службові функції по відношенню до перших двом.

Телефонний канал забезпечує модуляцію частот в діапазоні 300-3400 Гц, але не забезпечує передачу частот нижче 300 Гц. Сигнали даних містять низькочастотні компоненти нижче 300 Гц, і тоді для перенесення таких сигналів через телефонні ланцюги необхідна модуляція їх при передачі і демодуляція при прийомі.

2) Види модуляції.

Існує три параметри такою, що несе, які можна змінювати: амплітуда, частота і фаза.

2.1) Амплітудна модуляція.

У системах з амплітудною модуляцією (AM) дискретний сигнал змінює амплітуду високої частоти сигналу, що несе. Частоту тієї, що несе вибирають для того, щоб дати якнайкращі умови транспортування. Демодуляція сигналу AM досягається шляхом виділення і фільтрації конкретної частоти, що несе.

Імпульсна амплітудна модуляція - має місце у випадку якщо модулюючий сигнал є цифровим і дає засоби кодування більш ніж одного біта на бод, шляхом кодування бінарного сигналу даних в сигнал з більш ніж двома рівнями.

2.2) Частотна модуляція.

У системах частотної модуляції FM частота несе змінюється відповідно до форми модулюючого сигналу. Системи, де модулюючим сигналом є бінарний сигнал і, отже, та, що несе перемикається сигналами з однієї частоти на іншу, називають системами FSK. (FSK - freguency shift keying - з ключиванием частоти). Смуга частот, необхідна для FM сигналу більш ніж в два рази перевищує смугу AM сигналу. Частотна модуляція перевершує амплітудну відносно стійкості до деяких випадкових дій в лінії зв'язку. FSK є асинхронною технікою модуляції, для неї не вимагається синхроімпульсів в модемі.

2.3) Фазо-амплитудная модуляція (квадратурна модуляція - дат).

Для подальшого зростання числа битий на бод можна скомбінувати фазову і амплітудну модуляцію. Можливі варіанти стрибків фази при одному з видів 4-фазної системи дирования два битий на бод. Якщо дозволити тепер амплітуді що несе приймати два значення рівня для кожного з цих сигналів фази, то ми отримаємо 8 можливих багатств, які може приймати що несе на кожен період бода. Це дозволить переносити 3 бита на бод.

2.4) Амплитудно-фазова модуляція з декількома що несуть.

Один з сучасних методів амплитудно-фазової модуляції заснований на одночасній передачі безлічі несущих- Наприклад, в одному конкретному застосуванні, використовують ті, що 48 несуть, розділених смугою в 45 Гц. Шляхом комбінування фазової і амплітудної модуляції, та, що кожна несе може мати до 32 дискретних станів на кожен період бода, дозволяючи переносити 5 битий на бод. Ті, що таким чином 48 несуть можуть переносити: 5х48=240 битий на бод. Для роботи із швидкістю 9600 біт/сек швидкість модуляції вимагає тільки 40 бод (9600:240); така низька швидкість вельми терпима до фазових і амплітудних скачок, які властиві телефонній мережі. Реально використовувана смуга - 2240 Гц. Модуляція і демодуляція йдуть в цифровому вигляді в мікропроцесорі.

3) Стандартні модеми.

CCITT ( Comite Consultatie International Telegraphigue et Telephonigue - МККТТ -Международный Комітет з Телеграфії і Телефонії) є частиною Міжнародного Союзу Електрозв'язку (ITU - International Telecommunication Union), який у свою чергу є спеціальним агенством ООН.

CCITT це стандартизуюча організація для адміністрацій зв'язку і організацій, що представляють сервіс загального користування; у нього також входять представники від організацій, що займаються виробництвом устаткування електрозв'язку.

3.1) Низькошвидкісні модеми.

3.1.1) 200-х бодный модем CCITT V.21 (1964) ( BELL 103.113 )

Модеми V.21 використовують частотну модуляцію FSK і забезпечують повний дуплекс (передача одночасно в обидві сторони) при роботі через PSTN до 300 Бод. FSK - це асинхронна техніка модуляції; приймальний модем не виділяє синхроімпульси з вхідного сигналу для демодуляції даних. Модем фактично абсолютно прозорий, може приймати дані в будь-якому коді (5,7,8 Битий на знак) аж до максимальної швидкості. Це робить його вельми привабливим для низькошвидкісних терміналів, що працюють з різними кодами і швидкостями. Використовувані частоти:

Про, пропуск(5расе) 1,метка(тагк) канал 1 1180 980 Гц канал 2 1850 1650 Гц

Зазвичай, при встановленні зв'язку, модем, який приймає вхідний виклик, передає на частоті каналу-2, хоча це можна змінити якщо потрібний.

Модеми Bell використовують інші частоти (канал! - 1070 Гц = 0 і 1270 Гц = 1;

канал2 - 2025 Гц = 0 і 2225 Гц =1).

3.1.2) МОДЕМ 600/1200 Бод CCITT V.23 (1964) ( US BELL 202 )

Використовується частотна модуляція FSK, але інші частоти в порівнянні з 200 бодным модемом. Передача на 1200 Бод може бути дуплексною при роботі на 4-х проводний орендований канал і напівдуплексною при 2-х дротяному з'єднанні. (Напівдуплекс припускає передачу в будь-якому напрямі, але не в обох одночасно).

Стандартні частоти обміну:

0, пропуск (sрасе) 1, влучна (mark)

передача до 600 Бод 1700 1300 Гц

передача до 1200 Бод 2100 1300 Гц

У нижній частині спектру залишається деякий запас смуги, який можна використовувати для організації низькошвидкісного 75-ти бідного вторинного каналу, що використовує теж FSK. Для нього частоти будуть:

0 1

450 Гц 390 Гц

Цей канал працює в напрямі зворотному головному каналу і одночасно з ним. Роботу з використанням вторинного зворотного каналу часто називають асиметричним дуплексом. Коли цей канал не використовують для даних користувача, його забирають для цілей діагностики.

Техніка модуляції V.23 за своєю природою асинхронна, але модем можна використовувати і для синхронної передачі якщо це необхідно, тому модем може видавати синхроімпульси для терміналу.

Модем Bell 202 не сумісний V.23 модемом із-за використання різних частот (2200 Гц = 0; 1200 Гц = 1). Він також видає тільки один сигнал по зворотному каналу, сигнал управління потоком даних (flow control) - ON/OFF тоном 387 Гц.

3.1.3) МОДЕМ 600/1200 Біт/сек CCITT V.22 (1979) ( US Bell 212)

Цей стандартний модем дозволяє організувати дуплексну роботу на швидкості 1200 Біт/сек через комутовану телефонну лінію. Він використовує диференціальну фазову модуляцію, застосовуючи частоту, що несе, 1200 Гц в одному напрямі і 2400 Гц в іншому.

Фазова модуляція є синхронною технологією, але за рахунок включення конвертора із старт/стопа в синхронний потік, модем може працювати із старт/стопными терміналами. Модем забезпечує 5 режимів роботи. Різні варіанти модему мають різні комбінації цих 5-ти режимів. Режим:

1). 1200 Біт/сек синхронний

2). 1200 Біт/сек старт/стоп 8,9,10 або 11 Битий на знак

3). 600 Біт/сек синхронний

4). 600 Біт/сек старт/стоп 8,9,10 або 11 Битий на знак

5). асинхронний режим 1200 Біт/сек старт/стоп або 300 Бод анізохронний

Для роботи в синхронному режимі із швидкістю 1200 Біт/сек потік даних для передачі ділиться на парабиты, диференціальна 4-х фазова модуляція використовується для кодування 2-х Біт ні Бод. Швидкість модуляції рівна 600 Бодам. Використовувані зміни фази V22:

Парабіти 1200 Біт/сек	Бито 600 Біт/сек			Зміни фази режими 1-4		Зміни фази режим 5
00	0			+90		+270
01	-			0		+ 180
11	1			+ 270		+ 90
10	-			+ 180		0
При з'єднанні модем, що викликається, передає на верхньому каналі, т.е.:
		Частота, що несе
		Передача	Прийом
Зухвалий модем		1200 Гц	2400 Гц
Модем, що викликається		2400 Гц	1200 Гц

При передачі на частоті 2400 Гц модем видає також тон 1800 Гц, для захисту від спрацьовування сигналізації телефонного устаткування.

В даний час широко використовується модем відповідної рекомендації V.22 bis ( bis - цим по МККТТ позначається друга версія в групі що відноситься до однієї рекомендації). Цей модем уміє працювати із швидкістю 2400 Біт/сек при з'єднаннях через телефонний двопровідний ланцюг.

3.1.4) МОДЕМ 1200/2400 Біт/сек CCITT V.26(1968) V.26bis(1972) VS Bell 201

Модем використовує диференціальну і фазну модуляцію з тією, що несе 1800 Гц для передачі 2400 Біт/сек, і диференціальну 2-х фазну модуляцію з тією, що тією ж несе для 1200 Біт/сек. Швидкість модуляції в обох випадках рівна 1200 Бодам.

Модем V.26 забезпечує повний дуплекс 2400 Біт/сек на 4-х дротяній орендованій лінії. Модем V.26 bis забезпечує напівдуплексну роботу 2400 Біт/сек на з'єднаннях PSTN (або повний дуплекс на 4-х дротяній лінії) з пониженою (fallback) на 1200 Біт/сек.

Обидва модеми пропонують низькошвидкісний (75 Біт/сек) зворотний канал, що використовує технікові FSK відповідно до CCITT V.23. На 24QO Біт/сек визначено два можливі варіанти кодування фази, як це показано в наступній таблиці:

	Зміни фази
Парабіти	Варіант А	Варіант В
00	0	+45
01	+ 90	+ 135
11	+ 180	+225
10	+270	+315

Модем не включає скремблера і тому варіант А сприйнятливіший до втрати синхронізації, якщо дані містять довгі послідовності нулів. Варіант В стандартизований при роботі через PSTN. При зниженні швидкості на 1200 Біт/сек фазу кодують так:

- бінарний 0 +90 зрушення фази

- бінарна 1 +270 зрушення фази

Модем V.26 bis, розроблений для роботи через телефонну мережу, включає еквалайзер. Обидва модеми працюють тільки з синхронними терміналами.

3.1.5) МОДЕМ 4800 Біт/сек CCITT V.27 (1972) V.27 bis. V.27 ter (1976) US Bell 208B

Модем V.27 і V.27 bis забезпечують роботу 4800 Біт/сек, повний дуплекс на 4-х дротяних орендованих ланцюгах. Модем V.27 bis дає додаткову можливість зниження до швидкості 2400 Біт/сек. Третій член сім'ї, модем V.27 ter (ter - цим символом по МККТТ позначається третя версія в групі, що відноситься до однієї рекомендації), розроблені для використання на комутованій телефонній мережі; він забезпечує напівдуплексну передачу 4800 Біт/сек із зниженням до 2400 Біт/сек. Всі три модеми використовують одну і тугіше техніку диференціальної фазової модуляції на швидкості 4800 Біт/сек, що використовує 8 можливих змін фази що несе, з кодуванням 3-х біт даних в один час. Частота несе рівна 1800 Гц, швидкість модуляції 1600 Бод.

3.2) Низькошвидкісні модеми.

Високошвидкісні комунікації через комутовану телефонну мережу обмежені шириною діапазону телефонної лінії, рівної приблизно 3000 герц.Це не складало проблем для модемів стандарту V.21 із швидкістю 300 бит/с, які використовували тільки 1/5 частина діапазону. Повнодуплексний модем стандарту V.22 на 1200 бит/с використовує половину доступного діапазону, передаючи одночасно в обидві сторони по 600 бод і використовуючи фазову модуляцію для кодування 2 битий даних в одному боді. При переході до модемів стандарту V.22bis на 2400 бит/с було вирішено не розширювати займану смугу, а збільшити швидкість за допомогою нового методу модуляції - квадратурно-амплітудної модуляції (QAM).B їй кожен сигнал містить 4 бита даних. Як 1200 бит/с, так і 2400 бит/с модеми використовують однакові 600 бод.

Стрибок з 2400 бит/с до 9600 бит/с не так простий, як здається. Методи, використовувані при переході від 1200 бит/с до 2400 бит/с тут не підходять. Найбільшу проблему складає ширина діапазону телефонної лінії. Для прикладу при швидкості 4800 бит/с (1200 бод) канали прийом/передача починають перекриватися. При швидкості 9600 бит/с один канал займає 90% діапазону, роблячи неможливим використання іншого каналу без інтерференції між каналами.

Розглянемо 3 можливих вирішення проблеми передачі інформації при швидкості 9600бит/с : виключення луни, напівдуплексний зв'язок і асиметричний повнодуплексний зв'язок:

3.2.1) Виключення луни.

Цей метод вирішує проблему інтерференції передавального і приймального каналів. Приймач модему повинен відфільтрувати луну від передавача свого модему, залишивши лише сигнал передавача іншого модему. Реалізація цього методу збільшує складність і ціну модему, оскільки для цього необхідний достатньо складний цифровий сигнальний процесор (DSP). Але тільки цей метод дозволяє добитися реальної симетричної повнодуплексної передачі даних на швидкості 9600 бит/с і вище.

V.32.

Стандарт CCITT V.32 для модемів 9600 бит/с, прийнятий в 1984 році, включає виключення луни. Виключення луни вимагає застосування складного процесора цифрових сигналів DSP (digital signal processor), який і складає велику частину вартості модему. При великих шумах на лінії V.32 знижує автоматично швидкість до 4800 бит/с. V.32 додатково може підтримувати схему пониження кількості помилок на лінії методом ТСМ ("trellis-coded" modulation). TCM стежить за помилками в пересилці шляхом використання надмірних бітів, внаслідок чого кількість помилок зменшується на лініях з поганою якістю.

V.32bis.

Цей стандарт був вперше реалізований в 1989 році. Він є доопрацюванням V.32, щоб він працював із швидкістю 14400 бит/с, з автоматичним пониженням швидкості до 12000, 9600, 7200, 4800 бит/с при перешкодах на лінії. Це було досягнуто поліпшенням якості приймача і виключення луни. Будь-який V.32bis модем обов'язково підтримує ТСМ. Модеми, підтримуючі V.32bis, випускаються у нинішній момент багатьма фірмами. Це пов'язано з тим, що V.32bis також є міжнародним стандартом.

V.17.

CCITT стандарт 1991 року. Був створений для застосування у факсимільних апаратах нового покоління. Цей напівдуплексний протокол легко реалізується на модемах, підтримуючий V.32bis, оскільки використовує напівдуплексний варіант стандарту V.32bis на швидкостях 12000 і 14400 бит/с. На швидкості 7200 і 9600 використовує стандарт V.29 з добавкою ТСМ.