Сигналы и виды модуляции, используемые в модемах канала тч

Полоса пропускания стандартного телефонного канала находится в диапазоне 300-3400 Гц. Сигнал на выходе оконечного оборудования данных имеет постоянную составляющую и высокую спектральную плотность на низких частотах. Необходимо преобразовать исходный спектр так, чтобы он оказался в полосе частот F_min=300 Гц – F_max=3400 Гц. Кроме того, необходимо сформировать такую систему сигналов, чтобы обеспечить достаточно высокую скорость передачи информации в бит/с и высокую помехоустойчивость. Эти требования являются противоречивыми.

Модем осуществляет модуляцию несущего колебания f(t)=Acos(_t+) передаваемым первичным сигналом данных. Несущий сигнал можно модулировать по амплитуде А, частоте  или фазе  или изменять несколько параметров одновременно. В результате основные компоненты спектра первичного (модулирующего) сигнала перемещаются в область несущей частоты _ .

По критерию Найквиста максимально допустимая скорость модуляции в канале ТЧ составляет B_max=3100 Бод. При этом необходимо учитывать, что в используемой полосе частот затухание должно быть постоянным (амплитудно-частотная характеристика канала является равномерной), а фазовая характеристика – линейной (соответственно групповое время замедления ГВЗ должно быть постоянным). Каналы ТЧ, используемые для передачи данных, во многих случаях не удовлетворяют этим требованиям. Современные модемы используют автоматическую адаптивную коррекцию принимаемого сигнала во временной области.

Скорость передачи информации определяется числом двоичных символов, передаваемых за секунду. Так как скорость модуляции в канале ТЧ ограничена, единичный интервал модулированного сигнала обычно соответствует не одному, а двум и более битам информации (в современных модемах – до 9). Если на единичном интервале кодируется n бит, то скорость передачи информации V=nB бит/с, а число возможных состояний несущего сигнала (число линейных сигналов) равно 2ⁿ.

Рассмотрим примеры сигналов амплитудной, частотной и фазовой модуляции.

АМ

В течение каждого единичного интервала _ на выходе модема формируется один из двух сигналов:

"1"  Acos(_t+) "0"  пассивная пауза

ЧМ

В течение каждого единичного интервала _ на выходе модема формируется один из двух сигналов:

"1"  Acos(_t+) "0"  Acos(_t+)

__F __F

ОФМ

Информация передается за счет сдвига фазы передаваемого сигнала. Например, при передаче "1" изменения фазы не происходит, при передаче "0" фаза сигнала изменяется на 180⁰ по отношению к предыдущему сигналу.

Многопозиционные (многократные) виды модуляции

ДОФМ

Двойная относительная фазовая модуляция. При использовании ДОФМ каждые два передаваемых двоичных символа (дибит) кодируются одним линейным сигналом. Например,

Дибит	Фаза
00	0
01	900
10	2700
11	1800

Диаграмма сигналов на фазовой плоскости имеет вид

01

Каждый сигнал изображается в виде вектора, исходящего из центра диаграммы и имеющего определенную амплитуду и фазу, или просто в виде точки, являющейся окончанием вектора.

Такая диаграмма сигналов выбирается из соображений минимизации ошибки.

00

10

11

ТОФМ

Тройная относительная фазовая модуляция. Каждые три двоичных символа кодируются одним линейным сигналом, используется 8 сигналов с различными фазами. Фазовый сдвиг между соседними сигналами составляет минимум 45⁰. Эта величина является минимально допустимой с точки обеспечения помехоустойчивого приема.

Диаграмма сигналов на фазовой плоскости имеет вид

000

001

010

011

111

110

100

101

КАМ

Квадратурная амплитудная модуляция представляет собой амплитудно-фазовую модуляцию. Обеспечивает кодирование 4 двоичных символов одним линейным сигналом. Используются 8 значений фаз и 4 значения амплитуды. Кодирование производится в соответствии с двумя таблицами. Обозначим кодируемый квадбит а₁ а₂ а₃ а₄.

Двоичные символы Абсолютная фаза а1 Относительная амплитуда 0, 90, 180, 270 0 3 1 5 45, 135, 225, 315 0 2 1 32				Изменение фазы
а2	а3	а4
0	0	1	0
0	0	0	45
0	1	0	90
0	1	1	135
1	1	1	180
1	1	0	225
1	0	0	270
1	0	1	315

Для всех случаев уметь рисовать временную диаграмму сигнала на выходе модема при заданной двоичной последовательности на входе.

Значение несущей частоты обычно выбирается в средней части канала ТЧ и равно 1700 – 1800 Гц.

Режимы работы модема

При организации передачи данных возможна работа в одном из трех режимов:

• Симплекс (передача в одном направлении). Одна сторона всегда передает данные, другая только принимает. Этот режим обычно используется для систем сбора данных.

• Полудуплекс (поочередная передача в двух направлениях).

• Дуплекс (одновременная двухсторонняя передача).

Способы разделения направлений передачи и приема

При дуплексном режиме работы модема необходимо обеспечить разделение сигналов передачи и приема. Рассмотрим способы такого разделения.

1. Самый простой способ – подключение к четырех проводному окончанию.

2. При работе по двухпроводной линии можно использовать частотное разделение каналов. Полоса пропускания канала ТЧ разделяется на два частотных подканала, по каждому из которых производится передача в одном направлении. Так как необходимо обеспечить полосу расфильтровки, каждый подканал занимает меньше половины полного спектра. На практике для обеспечения симметричного дуплекса в каждом подканале используется скорость модуляции B_max=600 Бод. Максимальная скорость передачи информации при этом составляет V=2400 бит/с. Рекомендация МККТТ V.22 bis : при передаче со скоростью V=1200 бит/с используется ДОФМ, при передаче со скоростью V=2400 бит/с используется КАМ.

3. Для обеспечения симметричного дуплекса во всех высокоскоростных модемах используется технология эхо-подавления (эхо-компенсации). Эта технология позволяет использовать для дуплексной передачи всю ширину полосы пропускания канала.

УФКС

Пер S

Пр

R+S₀

Уст.вычитания

УФКС – устройство формирования компенсационного сигнала

Задача демодулятора модема заключается в распознавании входного сигнала R на фоне отраженного от аппаратуры АТС собственного выходного сигнала S₀ , который становится для модема шумом. Его мощность в большинстве случаев превосходит мощность принимаемого полезного сигнала. На этапе вхождения в связь модем посылает зондирующий сигнал, который определяет параметры эхо-отражения: время запаздывания и мощность отраженного сигнала. В соответствии с полученными параметрами УФКС формирует собственный отраженный сигнал S₀, а устройство вычитания удаляет его из принятого сигнала. В простейшем случае УФКС – это искусственная линия задержки с затуханием 2а_ал и временем задержки сигнала 2  _{распространения}.

Рекомендации серии V для модемов канала ТЧ

V.29 – модем на 9600 бит/с для использования на 4-проводных арендованных телефонных каналах. (Дуплексный или полудуплексный режим, КАМ, скремблирование).

V.32 – семейство дуплексных модемов со скоростями передачи до 9600 бит/с для использования на двухпроводных телефонных каналах. (Эхо-компенсация, КАМ, скремблирование).

V.32 bis – 14400 бит/с в двухпроводной линии; V.32 terbo – 19200 бит/с в двухпроводной линии.

Модем по рекомендации V.32 bis использует амплитудно-фазовую модуляцию. При этом задействуется 128 векторов в сигнальном пространстве, скорость модуляции равна 2400 Бод, кратность модуляции равна 6. Для повышения помехоустойчивости используется решетчатое кодирование (коды Треллиса ТСМ) . Коды Треллиса совместно с КАМ позволяют получить так называемую сигнально-кодовую конструкцию СКК с числом сигнальных точек до 128 на одной фазовой плоскости. Кодирование осуществляется по следующему принципу. Шесть информационных бит поступают в кодер и разделяются на две части. Первые 4 бита определяют положение сигнальной точки внутри четверти фазовой плоскости. Последние два бита совместно с последними битами предыдущей шестерки осуществляют в схеме Треллиса такую перекодировку, которая приводит к обязательному перемещению вектора сигнала в другую четверть фазовой плоскости по отношению к предыдущему сигналу.

V.33 – модем на 14400 бит/с для использования на 4-проводных арендованных каналах ТЧ. Используется решетчатое кодирование Треллиса, кратность модуляции равна 6.

V.34 – модем на 28800 и 33600 бит/с для использования на двухпроводных линиях. На одном интервале линейного сигнала кодируется до 9 бит, используется разновидность КАМ с числом сигналов до 960.

V.90 – модем обеспечивает скорость до 56 Кбит/с.

Лекция 14

СИНХРОННЫЙ ЦИФРОВОЙ ПОТОК В АБОНЕНТСКОЙ ЛИНИИ

Абонентская линия ISDN (ЦСИС)

Технология ISDN разрабатывалась с целью предоставления пользователям быстрого и надежного доступа к ресурсам глобальных сетей передачи данных с одновременным поддержанием высококачественной телефонной связи.

Основным компонентом линии ISDN является В-канал с пропускной способностью 64 Кбит/с. По каналу можно передавать данные или оцифрованные аудио- или видео сообщения. В качестве канала служебной информации при установлении соединения и разъединении используется D-канал. Его пропускная способность обычно составляет 16 Кбит/с.

В ISDN предусмотрены две стандартные конфигурации каналов, то есть два стандартных интерфейса доступа. Базовый доступ (БД, BRI) представляет собой логическое объединение двух В-каналов и одного D-канала (2B+D). Первичный доступ (ПД, PRI) представляет собой доведенный до абонента цифровой поток (30B+D), причем канал D имеет пропускную способность 64 Кбит/с.

Рассмотрим структуру базового доступа.

S-шина

Абонентская линия

U-интерфейс

Сеть ISDN

До 8 терминалов

NT1

NT1 – сетевое окончание типа 1.

По абонентской линии цифровой поток доводится до пользователя. Точка подключения линии к сетевому окончанию называется U-интерфейс. Сетевое окончание NT соединяет абонентскую линию с аппаратурой пользователя (ООД, ТфА и пр.) через 4-проводную S-шину.

Передача данных по S-шине осуществляется со скоростью 192 Кбит/с (2В=128 Кбит/с, D=16 Кбит/с, остальные биты используются для целей синхронизации, активации S-интерфейса и т.д.) кодом AMI.

Скорость передачи в абонентской линии составляет 160 Кбит/с. Для линейного кодирования в интерфейсе U наиболее часто используются коды 2B1Q и 4B3T. Код 4В3Т представляет каждые 4 передаваемых двоичных символа тремя элементами трехуровневого сигнала (0, +1, -1). Обеспечивает передачу сигнала BRI со скоростью 120 Кбод.

Код 2B1Q используется в России. Выполняет 4-уровневое кодирование сигнала (-3, -1, +1, +3), в результате чего сигнал BRI (160 Кбит/с) передается со скоростью модуляции 80 Кбод, что значительно уменьшает необходимую полосу передачи. Правило кодирования приводится ниже. Положительная полярность линейного сигнала означает, что первый бит равен 1, а отрицательная – что он равен 0. Второй бит 1 указывает на низкий уровень напряжения, 0 – высокий уровень напряжения сигнала.

Дибит 01 10 00 10 11…..		Линейный сигнал
Знак	Амплитуда
0	0	-3 (-2,5 В)
0	1	-1 (-0,833 В)
1 время	0	+3 (+2,5 В)
1	1	+1 (+0,833 В)

Технология xDSL

Цифровая абонентская линия DSL позволяет использовать существующие абонентские линии и получать пропускную способность до 8 Мбит/с. В основном эта технология предлагается для доступа в Интернет.

HDSL – высокоскоростная цифровая абонентская линия, скорость передачи до 2 Мбит/с, дуплексный режим.

ADSL – асимметричная цифровая абонентская линия, при длине линии до 3,5 км скорость передачи из сети абоненту составляет до 8 Мбит/с, а в обратную сторону до 640 Кбит/с.

Основные способы модуляции, используемые в xDSL, это амплитудно-фазовая модуляция без высокочастотной несущей САР (несущая подавляется до передачи и восстанавливается на стороне получателя) и дискретный мультитон DMT. В соответствии с принципами дискретного мультитона входящие данные разделяются на множество подканалов, которые организуются в полосе частот до 1 Мгц . В каждом подканале используется КАМ с кратностью 4  12. Кратность модуляции зависит от соотношения сигнал/шум в данном подканале.

68