ЛЕКЦИИ ОУАД / ЛЕКЦИЯ №9_Архитектура современных модемов

5

Архитектура современных модемов

Несмотря на то, что большая часть сигнальных операций в современных модемах, таких как модуляция, кодирование, эхокомпенсация и некоторые другие выполняются сигнальным процессором на программном уровне, тем не менее, эти операции могут быть разделены на подгруппы, позволяющие выделить отдельные виртуальные блоки модема, существующие в неявном виде.

Схема синхронного модема

В зависимости от фирмы-изготовителя и модели самого модема реализация его составных частей может быть различной. Так, например, специализированный модемный процессор, на который возлагаются операции модуляции / демодуляции может отсутствовать, а его функции могут выполняться сигнальным процессором DSP.

Помимо упомянутых, в современных модемах выполняются функции корректировки полосы частот линии связи, скремблирования, синхронизации и многие другие, традиционные для систем передачи данных. Порядок выполнения этих функций определяется протоколами, утвержденными МСЭ.

Большинство современных модемов для телефонных каналов обеспечивают синхронную передачу данных. В самом общем виде синхронный модем можно представить следующей схемой.

Схема передатчика синхронного модема

Структурная схема передатчика может быть представлена в виде, приведенном на рисунке.

В этом случае модем обязан поддерживать синхронный режим работы не только по каналу с удаленным модемом, но и по интерфейсу RS-232 (цепи серии 100 , 9- ти либо 25- DB разъема.

Схема синхронизации передатчика получает сигнал опорной частоты от внутреннего генератора или разъема DB-25 интерфейса RS-232.

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 от них, применение относительного кодирования позволяет решить проблему неоднозначности фазы, восстановленной на приеме несущей.

Модулятор приемника совместно с задающим генератором позволяют перенести спектр принимаемого сигнала (300—3400 Гц) в область более высоких частот. Эта процедура выполняется в соответствии с принятым протоколом передачи данных. В частности, протоколы, предполагающие малые скорости передачи (до 4800 бит / с) используют частотный или фазовый виды модуляции. При этом, в случае применения фазовой модуляции, используются различные виды ОФМ.

При относительно высоких скоростях передачи данных используются сложные сигнально-кодовые конструкции, предполагающие предварительное выполнение относительного кодирования модулирующего сигнала, с целью избежания неоднозначности положения фазового фронта в сигнале, принимаемом на противоположной стороне.

Сигнально - кодовые конструкции СКК , применяемые в современных модемах

Применение многопозиционной КАМ в чистом виде сопряжено с проблемой недостаточной помехоустойчивости. По этой причине во всех современных высокоскоростных протоколах КАМ используется совместно с решетчатым кодированием - специальным видом сверточного кодирования.

В результате появился новый способ модуляции, называемый треллис-модуляцией (ТСМ - Trellis Coded Modulation). Выбранная определенным образом комбинация конкретной КАМ помехоустойчивого кода в отечественной технической литературе носит название сигналъно - кодовой конструкции (СКК).

СКК позволяют повысить помехозащищенность передачи информации наряду со снижением требований к отношению сигнал/шум в канале на 3 - 6 дБ.Задача поиска наилучшей СКК является одной из наиболее сложных задач теории связи. Современные высокоскоростные протоколы модуляции предполагают обязательное применение сигнально-кодовых конструкций.

за счет добавления к информационным битам одного избыточного, образованного путем сверточного кодирования, число сигнальных точек увеличивается вдвое. Расширенный таким образом блок битов подвергается все той же КАМ. В процессе демодуляции производится декодирование принятого сигнала по алгоритму Витерби.

Именно этот алгоритм за счет использования введенной избыточности и знания предыстории процесса приема позволяет по критерию максимального правдоподобия выбрать из сигнального пространства наиболее достоверную эталонную точку.

Выбор способов модуляции и кодирования сводится к поиску такого заполнения сигнального пространства, при котором обеспечивается высокая скорость и высокая помехоустойчивость.

Все применяемые сегодня СКК используют сверточное кодирование со скоростью R=(n-1)/n, т.е. при передаче одного сигнального элемента используется только один избыточный двоичный символ.

Относительный кодер. Различают внешнее и внутреннее относительное кодирование. При внутреннем кодировании относительный кодер расположен на выходе помехоустойчивого кодера, а на приемной стороне относительный декодер включен на входе помехоустойчивого декодера. В этом случае помехоустойчивый кодер должен уметь бороться с группирующимися ошибками.

Внешнее относительное кодирование в ряде случаев является более выгодным, так как источник размножения ошибок - относительный декодер - включен на выходе помехоустойчивого декодера. Однако при этом теперь возникают трудности декодирования, вызванные неоднозначностью фазы опорного колебания при демодуляции.

Схема приемника синхронного модема

Приемник типового синхронного модема в свою очередь содержит адаптивный эквалайзер со схемой управления, демодулятор, относительный декодер, дескремблер и схему синхронизации.

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.

Относительный декодер восстанавливает исходный фазомодулированный сигнал, а дескремблер путем умножения восстановленной последовательности на полином восстанавливает первоначальный вид принимаемых данных.

Относительный декодер и дескремблер выполняют операции, обратные операциям, выполняемым в передатчике. Схема синхронизации выделяет тактовую частоту из принимаемого сигнала и подает его на другие узлы приемника.