Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Нижегородский государственный университет

им. Н.И.Лобачевского

Радиофизический факультет

Лабораторная работа

Модемы

Методические указания

Нижний Новгород, 1997

Методическая разработка содержит указания по выполнению лабораторной работы «Модемы».

Составители:

доцент каф. радиотехники РФФ Л.Ю.Ротков

электроник 2 кат. лаборатории ЭВМ С.Ю.Лупов

доцент каф. радиотехники РФФ B.Н.Бугров

1. Модемы.

С возникновением компьютеров встала задача передачи данных между ними. Наибольшие трудности возникают при связи компьютеров, расположенных на большом расстоянии друг от друга. Прокладка специальных линий связи - это очень дорогостоящий путь, особенно когда надо связать тысячи компьютеров, разбросанных по всей стране. Поэтому для этой цели используют существующие телефонные сети, охватывающие весь земной шар. Однако, так как телефонные линии не позволяют передавать дискретный цифровой сигнал, то необходимы специальные устройства, преобразующие цифровой сигнал в аналоговый, который уже можно передавать по телефонным линиям.

Эти устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию передаваемого сигнала, называются модемами.

2. Типы модемов

В настоящее время выпускается огромное количество всевозможных модемов, начиная от простейших, обеспечивающих скорость передачи около 1200 бит/сек, до сложных факс-модемных плат, позволяющих посылать с компьютера факс или звуковое письмо в любую точку мира. Скорость передачи факс-модемов достигает 38400 бит/сек.

В настоящее время во всем мире для связи персональных компьютеров IВМ PС/ХТ/АТ, РS/2 через телефонные линии широко используются так называемые hауеs-совместимые модемы. Эти модемы поддерживают разработанный фирмой Науеs набор АТ-команд управления модемами.

Аппаратно модемы выполнены либо как отдельная плата, вставляемая в слот на материнской плате компьютера, либо в виде отдельного корпуса с блоком питания, который подключается к последовательному асинхронному порту компьютера. Первый из них называется внутренним модемом, а второй - внешним. К телефонной линии модем подключается через разъем RJ11-С.

Типичный модем содержит следующие компоненты: специализированный микропроцессор, управляющий работой модема; оперативную память, хранящую значения регистров модема и буферизующие входную/выходную информацию; постоянную память; динамик, позволяющий выполнять звуковой контроль связи, а также другие вспомогательные элементы (трансформатор, резисторы, конденсаторы, разъемы). Современный модем содержит электрически перепрограммируемую постоянную память, в которой может быть сохранена конфигурация модема при выключении питания.

Кроме того, внутренние модемы имеют несколько переключателей и перемычек, расположенных на плате. Эти переключатели позволяют установить номер асинхронного последовательного порта ввода/вывода, к которому будет подключен модем, а также используемую им линию прерываний IRQ.

В зависимости от наличия или отсутствия источника синхроимпульсов модемы делятся на асинхронные и синхронные.

Асинхронными называют модемы, которые не синхронизированы с передающим оконечным устройством. В асинхронных модемах скорость обмена определяется оконечной установкой.

Для обеспечения высокой помехозащищенности приемника необходимо, чтобы демодулятор был синхронизирован с модулятором, т.е. чтобы решающей схеме было "известно", когда кончается сигнал, представляющий один единичный элемент, и начинается другой (синхронизация единичных элементов или битов). Для правильного декодирования кодовых комбинаций необходимо, чтобы декодер "умел" определять начало каждой кодовой комбинации (синхронизация кодовых комбинаций -- циклов). Синхронизация кодовых комбинаций является обязательной. Синхронные модемы, кроме обеспечения синхронизирующих сигналов передачи--приема для оконечных установок, должны передавать последовательности начальной синхронизации для настройки приемного модема, а также поддерживать синхронизацию по битам в процессе обмена информацией.

В телематических службах используют синхронные и стартстопные способы передачи. При синхронном способе передачи элементы сигнала одинаковой длительности передаются через одинаковые промежутки времени. При стартстопном способе передача кодовых комбинаций является асинхронной, так как каждая кодовая комбинация может начинаться в любой момент времени после окончания ранее переданной комбинации. В то же время передача единичных элементов является синхронной, что иллюстрируется на примере кода МТК-2.

По принципу обмена информацией в канале связи различают полудуплексные и дуплексные модемы. Последние позволяют более эффективно использовать канал связи, так как нет необходимости в процедуре начальной битовой синхронизации при смене направления передачи.

В зависимости от типа сети связи различают модемы, работающие по арендованным (некоммутируемым) каналам, и модемы, работающие по каналам коммутируемых сетей. По типу каналов связи модемы разделяют на работающие по каналам с двух- и четырехпроводным окончаниями.

По скорости передачи различают модемы низкоскоростные (до 300 бит/с) , среднескоростные (600 ... 38400 бит/с) и высокоскоростные (свыше 48000 бит/с). Последние работают по групповым трактам систем передачи с частотным разделением (ЧР) и каналам систем передачи с временным разделением (ВР) каналов.

В зависимости от скорости передачи в модемах используют различные виды модуляции: в низко- и среднескоростных на 1200 бит/сек - ЧМ, в средне- и высокоскоростных ФМ и АФМ.

При ФМ каждой комбинации единичных элементов ставится в соответствие определенное изменение фазы несущей частоты. Так как число комбинаций, состоящих из n единичных элементов, равняется 2ⁿ, то число значений фазовых сдвигов также должно быть 2ⁿ, следовательно, величина фазового сдвига составляет . Если комбинация единичных элементов состоит из 2 битов (дибит), то фазовый сдвиг равен 90^o, если из З битов (трибит)--45^o и т.д.

Рис.1 Диаграммы пространств сигналов

При использовании двухпозиционной ФМ (n=1) каждый импульс переносит 1 бит информации, при четырехпозиционной ФМ (n=2) каждый импульс переносит 2 бита информации, при восьми позиционной ФМ (n=3) 3 бита и т. п. Теоретически предела для такого группирования символов нет. И, казалось бы, многопозиционная модуляция открывает неограниченные возможности повышения пропускной способности канала связи. Практически же ограничивающим фактором является помехоустойчивость систем, характеризующаяся вероятностью ошибок. Относительная помехоустойчивость методов ФМ характеризуется так называемыми диаграммами пространства сигналов, на которых показаны фазы (и амплитуды) несущих сигналов (рис.1).

Единичный элемент, соответствующий n битам информации, отображается на диаграмме точкой, характеризуемой двумя координатами. Линия порога решения--это границы, относительно которых приемник должен "принять решение", т. е. определить, какой именно сигнал был принят. Очевидно, что с ростом n при наличии помех различение соседних сигналов становится все труднее, в связи с чем возрастает вероятность ошибки.

Использование подобных методов позволило создать модемы, работающие по арендованным (некоммутируемым) четырехпроводным каналам тональной частоты (ТЧ) со скоростями до 9600 бит/с. Дальнейшее увеличение скоростей может быть достигнуто за счет роста n. Увеличение точек на диаграмме пространства сигналов (при росте n) приводит к уменьшению расстояний между ними, что усложняет процесс их распознавания на приеме и вызывает снижение помехоустойчивости. Преодолеть эти трудности удалось путем сочетания многопозиционной (n=7) АФМ (8 уровней по амплитуде и 16 уровней по фазе) со специальным помехозащитным кодированием на основе так называемых сверточных кодов, декодируемых методом Витерби. Это позволило увеличить скорость передачи по каналам ТЧ до 14400 и даже 38400 бит/с.

Характеристики модемов регламентированы рекомендациями ITU-T (МККТТ) серии V (табл.1).

Таблица .1

Реко-менда-ция МККТТ	Ско-рость пере-дачи	Тип канала связи	Вид пере-дачи	Вид модуляции	Режим рабо-ты	Сеть связи	Канал обрат-ной связи
V.21	300	2-пров.	Д	ЧМ	АС	КТК	--
V.22	1200	2-пров.	Д	ЧМ	АС(С)	КТК или АТК	--
V.22bis	1200/2400	2-пров.	Д	ФМ/ АФМ	С	КТК или АТК	--
V.23	600/ 1200	2-пров.	ПД	ЧМ	АС(С)	КТК	75
V.26	2400	4-пров.	Д	ФМ (4-кратная)	С	АТК	75
V.26ter	2400/1200	2-пров.	ПД	ФМ (4-, 2-кратная)	С	КТК	75
V.27	4800	4-пров.	ПД	ФМ (8-кратная)	С	АТК	75
V.27bis	4800/2400	4-пров.	Д	ФМ (8-,4-кратная)	С	АТК	75
V.27ter	4800/2400	2-пров.	ПД	ФМ (8-,4-кратная)	С	КТК	75
V.29	9600	4-пров.	Д	АФМ	С	АТК	--
V.32	9600/4800	2-пров.	Д	АФМ св.код	С	КТК или АТК	75
V.33	14400	4-пров.	Д	АФМ св.код	С	АТК	--