2.2 Режимы работы модемов

Модем – модулятор / демодулятор. При передаче модем получает от компьютера цифровой сигнал, модулирует его, т.е. преобразует из цифрового в аналоговый. При модуляции цифровой сигнал накладывается на аналоговую несущую. При этом в аналоговом сигнале одна из характеристик (амплитуда, частота, фаза) изменяется кратно (по закону) изменению цифрового сигнала. В зависимости от того, какая из характеристик изменяется, различается вид модуляции. На приеме модем выделяет из полученного аналогового сигнала несущую. Т. е. преобразует аналоговый сигнал в цифровой – демодуляция. Модем также способен производить коррекцию ошибок возникающих при передаче информации при плохом качестве связи. Для этого на передаче добавляются избыточная информация (биты четности), которая проверяется на приеме. Если контрольная информация не соответствует должному, то производится повторный запрос на передачу данной информации. Модем может работать в двух основных режимах – командном режиме и режиме обмена данными. Как видно из названия, в режиме обмена данными он может принимать и передавать данные между компьютером и удаленным модемом. При этом компьютер принимает и передает данные от модема через асинхронный порт (COM-порт), на котором установлен модем.

При включении питания модем находится в командном режиме. В командном режиме можно передавать с компьютера модему команды, управляющие его работой. Команды компьютер передает модему через COM-порт точно так же, как данные для обмена с удаленным модемом. При помощи команд можно изменять характеристики обмена данными, изменять условия связи, записывать и считывать данные из внутренних регистров модема. В этих регистрах хранятся различные числовые параметры, определяющие временные и некоторые другие характеристики работы модема. В командном режиме можно заставить модем набрать номер и связаться с другим модемом.

Модем переходит из режима передачи данных в командный режим в следующих случаях:

• после неудачной попытки связаться с удаленным модемом;

• при потере несущей в течение передачи данных;

• при поступлении модему от компьютера команды в момент набора модемом номера;

• при передаче от компьютера модему специальной Escape последовательности.

Также возможна и ручная смена режима. Если модем установил асинхронное соединение с удаленным модемом и находится в режиме данных, то перевести его в командный режим, не разрывая текущего соединения, можно, введя с клавиатуры специальную управляющую последовательность символов, которая называется Escape-последовательностью. По умолчанию, Escape-последовательностью является последовательность из трех подряд символов «плюс» – «+++». Если требуется, данные символы можно заменить, изменив содержимое регистра S2. Для возобновления передачи данных необходимо ввести команду ATO. Модем выдаст сообщение «CONNECT nnnn», где nnnn – параметры установленного соединения, после чего вернется в режим данных.

2.3 Структурная схема внешнего модема

Все элементы на структурной схеме представлены в графической части курсового проекта на листе 1.

Основными функциональными узлами модема являются:

• передатчик;

• приемник;

• Формирователь тактовых частот.

Передатчик состоит из:

• скремблера;

• кодера;

• формирователя спектра сигнала;

• модулятора;

• выходного усилителя.

        В скремблере производится преобразование поступившей через интерфейс двоичной информации в псевдослучайную последовательность. Это осуществляется с целью исключения передачи сплошных потоков "1" или "0", или коротких повторений комбинаций. Таким образом, скремблирование представляет собой 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.

В кодере осуществляется преобразование битов данных, поступивших от скремблера, в сигналы модуляционного кода. Эти сигналы передаются на выход формирователя спектра сигнала.

Формирование спектра сигнала происходит с помощью цифровых фильтров, коэффициенты которых хранятся в памяти модема. Потом сигнал попадает в фильтр нижних частот, где он ограничивается по частоте, а затем в модулятор, где сигналы перемножаются на синусоидальную и косинусоидальную составляющие несущей частоты. Полученная составляющая суммируется, образуя выходной модулированный сигнал.          Этот сигнал через фильтр нижних частот подается на выходной усилитель, который в заданных пределах регулирует уровень передачи сигнала. Выход усилителя - трансформаторный. В модемах, предназначенных для коммутируемых каналов, выход усилителя соединен с дифференциальной системой, которая разделяет входной и выходной сигнал.

Приемник состоит из: 

• усилителя АРУ;

• полосового фильтра приема;

• преобразователя Гильберта;

• устройства выделения несущего и тактового колебаний;

• адаптивного корректора;

• демодулятора;

• декодера;

• дескремблера.

Усилитель АРУ обеспечивает поддержание неизменного входного уровня принятого сигнала, подаваемого на дальнейшую обработку в приемнике, при изменении уровня на выходе линии в широких пределах. 

Полосовой фильтр обеспечивает оптимальное выделение сигнала на фоне шумов.

Преобразователь Гильберта разделяет сигнал на его синфазную и квадратурную компоненты, что необходимо для дальнейшей обработки сигнала. 

Адаптивный корректор устраняет межсимвольные искажения сигнала. Он является цифровым фильтром с авторегулируемыми коэффициентами. Регулировка коэффициентом корректора производится путем оценки ошибки на его выходе и формирования по определенному критерию сигналов управления, минимизирующих эту ошибку. Чем выше скорость модуляции, тем выше уровень межсимвольных искажений, тем больше порядок фильтра корректора. 

Устройство выделения несущего колебания обеспечивает синхронную демодуляцию. В этом устройстве с использованием фазовой автоподстройки частоты местного генератора формируется сигнал несущей частоты, синхронный и синфазный с несущим колебанием принимаемого модулированного cигнала. Синхронный демодулятор выделяет информационный сигнал из модулированного сигнала. 

Декодер восстанавливает двоичный сигнал.

Дескремблер выделяет исходную цифровую информацию.

Формирователь тактовых частот при передаче получает сигнал опорной частоты от внутреннего генератора или от компьютера. При приеме он выделяет тактовую частоту из принимаемого сигнала и подает его на другие узлы приемника.