Устройство современного модема

Модемы строятся на наборах специализированных ИС, которые производятся Intel, AT&T, Motorola, U.S. Robotics и т.д. Иногда используются и универсальные цифровые процессоры и микроконтроллеры. Типичная структура модема показана на рисунке 8.5.

E PROM – постоянное энергонезависимое перепрограммируемое ЗУ.

Если модем внутренний, то вместо интерфейсов DTE-DCE может применяться интерфейс внутренней шины (например, ISA)(рис.8.6.)

Рис.8.5.

Универсальный процессор управляет взаимодействием с DTE и индикаторами состояния. Выполняет AT-команды, управляет режимами работы отдельных частей модема.

В ROM хранится микропрограмма. Для облегчения модернизации модема в последнее время вместо ROM часто применяют микросхемы FlashROM (флэш-памяти).

Схема ERPROM позволяет сохранять установки модема в так называемых профайлах или профилях модема.

Память RAM используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений как универсальным, так и цифровым сигнальным процессором.

На сигнальный процессор (DSP) возлагаются задачи реализации протоколов модуляции (кодирование сверточным кодом, относительное кодирование, скремблирование и т.д.) за исключением операций собственно модуляции/демодуляции.

О перации модуляции и демодуляции возлагаются обычно на специализированный модемный процессор.

Рис.8.6.

Состав модема для GSTN

Эти модемы обычно обеспечивают синхронную передачу данных по каналу связи. На рисунке показана блок-схема такого модема.

Схема управления выполняется , как правило, в виде МП общего назначения. Она обеспечивает интеллектуальный интерфейс с DTE, управляет работой приемника, передатчика и эхо-компенсатора.

Эхо-компенсатор ослабляет влияние помехи в виде отраженного сигнала.

Передатчик выполняет операции скремблирования, относительного кодирования, синхронизации и модулящии сигналов .

Скремблер предназначен для придания свойств случайности (рандомизации) передаваемой последовательности данных с целью облегчения выделения тактовой частоты приемником удаленного модема.

При использовании сигналов фазовой модуляции (ФМ) применение относительного кодирования позволяет решить проблему неоднозначности фазы и восстановления на приеме несущей.

На рисунке приведена 8.7. блок-схема приемника синхронного модема.

Р ис.8.7.

ПЧ-модулятор приемника позволяет перевести спектр принимаемого сигнала (300  3100 Гц) в область более высоких частот. Это делается с целью облегчения операций фильтрации и демодуляции.

Относительный декодер и дескремблер выполняют операции, обратные производимым в передатчике.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 в канале передачи. Адаптивность заключается в возможности подстройки под изменяющиеся параметры канала в течение сеанса связи. Для этого сигнал ошибки фазы с демодулятора поступает на схему управления эквалайзером, которая вырабатывает управляющие сигналы для эквалайзера.

С ам эквалайзер состоит из линии задержки с отводами и набора управляемых усилителей с изменяемым усиления (см. рис.8.8.).

Рис.8.8.

Скремблирование заключается в получении последовательности нулей и единиц, приближающейся к случайной. На это указывает и сам термин: scremble –перемешивание. Это делается с целью обеспечения надежного выделения тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала. Такая операция приводит также к выравниванию спектральной мощности передаваемого сигнала, которая становится сосредоточенной в заданной области частот. Скремблер на передающей стороне реализует логическую операцию суммирования по mod 2 исходного и псевдослучайного двоичных сигналов. Дескремблер на приемной стороне выполняет обратное преобразование.

Генератор псевдослучайной последовательности выполнен в виде V-каскадного регистра с обратными связями. На рисунке 8.9. приведен пример реализации самосинхронизирующегося скремблера.

Здесь b_n = a_n  (b_n-6  b_n-7).

Р азличают 2 основных типа скремблеров: самосинхронизирующиеся и с начальной установкой (аддитивные).

Самосинхронизирующиеся скремблеры отличаются возможностью размножения ошибок и появлением на выходе периодических последовательностей.

Рис.8.9.

На рисунке 8.10 приведен пример аддитивного (с начальной установкой) скремблера.

Эхо-подавление.

Наибольшее распространение получил компенсационный метод борьбы с эхо-сигналом. При этом модем, обладая информацией о собственном передаваемом сигнале S_прд(t) может использовать его для Рис.8.10. фильтрации S_прм(t) от помехи.

Параметры эхо-отражения определяются модемом на этапе установления соединения (мощность, время запаздывания, амплитудные и фазовые искажения).

В процессе сеанса связи эхо-компенсатор модема вычитает из принимаемого S_прм(t) этот рассчитанный свой отраженный сигнал.

Для этого используется линия задержки с настраиваемыми усилителями. Технология эхо-компенсации требует значительных вычислительных ресурсов для обработки сигнала.

Линейное кодирование.

Данные, поступающие от DTE являются цифровыми и представлены обычно в коде NRZ (Non Return to Zero).

Линейное кодирование позволяет:

• сузить спектр сигнала, добиться отсутствия в нем постоянной составляющей;

• обеспечить возможность выделения на приемной стороне тактовой частоты.

Наибольшее распространение получили двухуровневые линейные коды с удвоением скорости передачи класса 1B2B (т.е. преобразование одного бита в два). Они обладают высокой помехозащищенностью, простотой преобразования и выделения тактовой частоты. К таким кодам относятся: Манчестер, DM1, CM1, New, Код Миллера (М), M², код стыка С1-И и другие.

Например, в коде Манчестер производится замена 1 на 01, а 0 на 10. Код Манчестер II отличается обратной последовательностью: символ 1 заменяется на 2 бита – 10, а символ 0 – на 01.

Н а рисунке 8.11 показана процедура преобразования кода NRZ в код стыка С1-И.

Рис.8.11.

Символу «1» соответствует биимпульс (10 или 01), совпадающий с предыдущим. Символу «0» соответствует биимпульс (10 или 01), инверсный по отношению к предыдущему биимпульсу. Таким образом данный код является относительным.

Последовательный интерфейс модема.

Н аибольшее распространение нашел интерфейс RS-232. (Аналогичные ему рекомендации МККТТ называются V.24 и V.28.)Это последовательный асинхронный интерфейс. Для синхронизации битам предшествует специальный стартовый бит, после битов данных следует бит паритета и один или 2 стоповых бита (см. рис 8.12.).

При расширенных кодировках, включающих 256 символов, используются 8 бит данных.

Рис.8.12.

Поэтому часто применяется следующий формат: 1 стартовый бит, 8 информационных, 1 стоповый бит (бит паритета не используется).

Имеются и другие аналогичные интерфейсы (RS-449, RS-422A, RS-423A), но они не нашли такого широкого распространения.

Интеллектуальные возможности модемов.

Современное понятие модема значительно шире, чем просто совокупность модулятора и демодулятора. В настоящее время модемы являются интеллектуальными устройствами, реализующими и множество других функций. Такие модемы называют интеллектуальными или Smart-модемами.

В схемах управления часто применяют МП общего назначения, такие как Motorola 68030, Intel 80386, Z80 и т.д. Используют и специализированные контроллеры, включающие в себя сигнальный процессор и процессор реализации дополнительных сервисных функций. Это, например, контроллеры Intel 89027, 89C124 и другие.

Для программного управления режимами работы модема со стороны компьютера используется набор специальных команд. Это AT-команды (набор команд модемов Hayes) и команды, определенные рекомендацией V.25 bis.