13. Модеми для пакетних радіомереж.

Передача даних по радіоканалу в багатьох випадках надійніша і дешевша, ніж передача по комутованих або орендованим каналах, і особливо по каналах стільникових мереж зв'язку. У ситуаціях, у зв'язку з відсутністю розвиненої інфраструктури зв'язку, використання радіозасобів для передачі даних часто є єдино розумним варіантом організації зв'язку. Мережа передачі з використанням радіомодемів може бути розгорнута практично в будь-якому географічному регіоні. Залежно від використовуваних станцій така мережа може обслуговувати своїх абонентів в зоні радіусом від одиниць до сотень кілометрів. Величезну практичну цінність радіомодеми мають там, де необхідна передача невеликих обсягів інформації (документів, довідок і т.д.).

Радіомодеми часто називають пакетними контроллерами (TNC – Terminal Node Controller) унаслідок того, що до їх складу входить спеціальний контролер, який здійснює обмін даними з комп'ютером, управління форматування кадрів і доступом до загального радіоканалу відповідно до реалізованого методу множинного доступу. Радіомодеми орієнтовані для роботи в єдиному радіоканалі з багатьма користувачами (в каналі множинного доступу), а не в каналі "точка – точка" (модем для комутованих ліній).

Стандарт AX.25

Рекомендація AX.25 встановлює єдиний протокол обміну пакетами, тобто обов'язковий для всіх користувачів пакетних радіомереж порядок обміну даними. Стандарт AX.25 являє собою перероблену для пакетних радіомереж версію стандарту X.25.

Особливість пакетних радіомереж полягає в тому, що один і той же радіоканал використовується для передачі даних всіма користувачами мережі в режимі множинного доступу. Протокол AX.25 передбачає множинний доступ в канал зв’язку з контролем зайнятості. Всі користувачі мережі вважаються рівноправними. Перш ніж почати передачу радіомодем "слухає" вільний канал чи ні. Якщо зайнятий, то передача відкладається до моменту його звільнення. Можливо, що в цей самий момент почне передачу і інший модем. В цьому випадку відбудеться накладання сигналів, в результаті чого дані серйозно спотвориться. Передавальний радіомодем дізнається про це отримавши негативне підтвердження від приймаючого або в результаті тайм-ауту. За такої ситуації він зобов'язаний повторити передачу.

За такого зв'язку інформація в кадрі передається у вигляді окремих блоків – кадрів. В основному їх формат відповідає протоколу HDLC, але є відмінності.

Формат кадрів

Згідно Рекомендації AX.25 кадри поділяються на службові та інформаційні і мають наступний формат:

FLAG	ADRES	CONT	CRC-16	FLAG
01111110	14-17 байт	1 байт	2 байта	01111110

FLAG	ADRES	CONT	INFORM	CRC-16	FLAG
01111110	14-17байт	1 байт	до 256 байт	2 байта	01111110

Початок і кінець кадру відзначаються кадрами FLAG, тобто комбінаціями виду <01111110>, що полегшує прийом кадру на тлі завад. Поле адреси ADRES містить адреси відправника, одержувача і станцій-ретрансляторів, якщо такі є. Поле управління CONT визначає тип кадру: інформаційний чи службовий. Довжина інформаційного поля INFORM, що представляє собою пакет мережевого рівня, в пакетних радіомережах зазвичай не перевищує кількох сотень байт. При реалізації мережевого (третього) рівня протоколу AX.25 використовується поле певного протоколу, яке виступає як частина інформаційного поля і є необов'язковим. Контрольне поле кадру (CRC-16) призначене для виявлення помилок в кадрі при його передачі.

Фізична реалізація радіомодемів

Зазвичай станція пакетного зв'язку включає в себе комп'ютер, радіомодем (TNC – контролер) і радіостанцію УКХ або КХ-діапазону.

Комп'ютер взаємодіє з радіомодемом за допомогою одного з відомих інтерфейсів DTE-DCE. Практично завжди застосовується інтерфейс RS-232. Передані дані з комп'ютера в радіомодем можуть бути або командою, якою інформацією для передачі. У першому випадку команда декодується і виконується, в другому – формується кадр відповідно до протоколу AX.25. Перед безпосередньою передачею кадру послідовність його бітів кодується лінійним кодом без повернення до нуля NRZ-I (Non Return to ZeroInverted).

Пакетний радіомодем представляє собою сукупність двох пристроїв: власне модему і контролера TNC. Контролер і модем пов'язані між собою чотирма лініями: TxD – для передачі кадрів в коді NRZ-I, RxD – для прийому кадрів від модему в коді NRZ-I, PTT – для подачі сигналу включення модулятора і DCD – для подачі сигналу зайнятості каналу з модему контролера. Зазвичай модем і пакетний контролер конструктивно виконуються в одному корпусі.

Перед передачею кадру контролер включає модем за допомогою сигналу по лінії PTT, а по лінії TxD посилає кадр у коді NRZ-I. Модем модулює отримувану інформацію відповідно до прийнятого способу модуляції. Промодульований сигнал з виходу модулятора надходить на мікрофонний вхід MIC передавача.

Під час прийому кадрів модульована послідовність імпульсів несучої надходить з виходу EAR приймача радіостанції на вхід демодулятора. З демодулятора прийнятий кадр у вигляді послідовності імпульсів в коді NRZ-I надходить в контролер пакетного радіомодему.

Одночасно з появою в каналі сигналу в модемі спрацьовує спеціальний детектор, що виробляє на своєму виході сигнал зайнятості каналу. Сигнал PTT, крім включення модулятора, також виконує функцію перемикання потужності передачі.

У пакетному радіозв'язку на базі типових радіостанцій застосовується два способи модуляції для КХ і УКХ. На КХ використовується односмугова модуляція для формування каналу тональної частоти в радіоканалі. Для передачі даних застосовується частотна модуляція піднесучої у смузі частот телефонного каналу 0,3 до 3,4 кГц. Значення частоти піднесучої може бути різним, а резонанс частот завжди дорівнює 200 Гц. У такому режимі забезпечується швидкість передачі, рівна 300біт/с. У Європі зазвичай використовується частота 1850 Гц для передачі "0" і 1650 для "1".

У УКХ діапазоні частіше працюють на швидкості 1200бод при використанні частотної модуляції з резонансом піднесучої частоти 1000 Гц. Прийнято, що "0" відповідає частота 1200 Гц, і "1" – 2200 Гц. Рідше в УКХ діапазоні застосовують відносну фазову модуляцію (ВФМ). У цьому випадку досягаються швидкості передачі 2400, 4800, а іноді 9600 і 1920 бод.

Найпростіший радіомодем для ПК

Даний радіомодем простий у створенні та експлуатації. Незважаючи на простоту, він працює на швидкостях до 9600 бод. Для роботи з даними радіомодемів досить 286/16Mhz комп'ютера з відповідним програмним забезпеченням, трансивер УКХ чи КХ діапазону, що має гніздо управління PTT.

Даний модем підключається до порту RS-232 і живиться безпосередньо від нього (сигнали RTS і DTR) і не вимагає додаткового живлення операційного підсилювача. Діодний міст служить для забезпечення живленням в не залежності від потенціалів на контактах RTS (Request to Send) і DTR (Data Terminal Ready).

На вхід операційного підсилювача подається НЧ сигнал з виходу трансивера. Мінімальний рівень даного сигналу повинен бути не менше 100 мВ. Вихідний сигнал з операційного підсилювача надходить на контакт DSR (Data Set Ready).

При передачі на відповідний вхід трансивера подається сигнал PTT. Позитивна напруга з лінії RTS переводить транзистор Т1 в насичений стан. У цей час на мікрофонний вхід передавача подається сигнал TD (Transmitteg Data), що стає причиною модуляції несучої. Цифровий сигнал за допомогою RC фільтра змінюється на синусоїдальний, а потенціометр Рт1 допомагає встановити на виході відповідну амплітуду сигналу в залежності від чутливості мікрофонного входу передавача.

Весь радіомодем монтується всередині пластикового корпусу перехідника HD25/HD9 (мама-тато) з використанням друкованої плати на малюнках зверху.

Необхідні радіодеталі:

Резистори	Конденсатори	Діоди	Мікросхема	Транзистор
R1   82 kOm	C1   100 nF	D1-D5	ULY7741	BC107
R2   82 kOm	C2   100 nF	1N4148
R3   1,5 kOm	C3 2,3mkF-16v
R4   4,7 kOm	C4 2,3mkF-16v	заміна	заміна	заміна
R5   4,7 kOm	C5   10 nF	КД521	TL061	КТ315
PT1   22 kOm	C5   10 nF	КД522	КР574УД1	інший npn

Простий модем для КХ (короткі хвилі) і УКХ (ультракороткі хвилі) пакетів зв'язку

М одем призначений для роботи пакетами на КХ та УКХ. Основу схеми складає однокристальна мікроЕОМ АТ89с1051. Демодуляція вхідного сигналу здійснюється програмним способом за допомогою алгоритму цифрової фільтрації з елементами статистичної обробки для покращення завадостійкості прийому. Вбудований в мікросхему прецизійний компаратор дозволив обійтися без зовнішнього операційного підсилювача.

Світлодіоди V1-V4 представляють собою найпростіший аналізатор спектру. При роботі на КХ це дозволяє точно налаштуватися на працюючу станцію. Світлодіод V5 світиться, коли прийнятий сигнал не потрапляє в канал прийому. При правильному налаштуванні повинні яскраво світитися світло діоди V2 і V3. Невеликий рівень світіння інших світлодіодів свідчить про наявність перешкод у каналі прийому. Регулюванням рівня сигналу або вхідним атенюатором приймача потрібно домогтися мінімально можливої яскравості їх свічення. Статистична обробка дозволяє працювати при істотному рівні шуму в корисному сигналі. Налаштування компаратора виробляється резистором R3 в режимі прийому КХ (перемикач S1 розімкнений). На вхід подається синусоїдальний сигнал. Регулюванням R3 потрібно домогтися скважності імпульсів на виводі 3 процесора рівної двом. Поступово зменшуючи рівень сигналу, процедуру потрібно повторювати до отримання максимальної чутливості. Після цього можна подати реальний сигнал і переконатися в наявності демодульованого сигналу на виводі 11.

Синусоїдальний сигнал на передачу формується за допомогою найпростішого ЦАП на резисторах R8-R11. Особливість такого рішення полягає у формуванні сигналу без розриву фази, що сприятливо позначається на якості прийому такого сигналу. Резистором R11 встановлюється рівень модуляції для радіостанції.

На діодах V6-V9, резистора R14-R17 зібрана схема сполучення рівнів TTL за рівнем сигналів COM порту комп'ютера. На схемі вказані назви сигналів порту та нумерація 9-ти вивідного роз'єму комп'ютера для роботи з відомою пакетною програмою BAYCOM. Вона дозволяє працювати як на КХ так і на УКХ. Якщо передбачається підключити модем до TNC-контролера, схему сполучення можна виключити. У цьому випадку сигнали підключають відповідно: вивід 8 процесора до виходу прийом/передача TNC, вивід 11 до входу демодульованих даних у TNC, вивід 9 до виходу даних з TNC. Сигнали SOUND, MIC, PTT підключають до радіостанції відповідно на НЧ вихід, на мікрофонний вхід, і на вхід управління прийом/передача. Якщо передбачається робота тільки на УКХ, всі світлодіоди можна виключити, у цьому випадку споживаний струм зменшиться і становитиме близько 10 мА.

Частота кварцового резонатора може бути будь-якою в діапазоні від 9 до максимальної частоти мікросхеми. При зміні частоти резонатора, розраховуються константи для роботи цифрового фільтра і генератора двотонального сигналу, які потім записуються в мікросхему.