Модемные 56 Кбит технологии. Что это такое (х2, 56flex, V.90)
Нужны ли сегодня модемы ?
В то же время те, кому приходилось рассматривать внутренне устройство современного модема (или знакомиться со схемотехникой модемов), знают, что эта схемотехника достаточно проста(рис1) и состоит в основном из пяти частей : узла сопряжения модема с линией связи, двух цифровых вычислителей (однокристального скоростного цифрового сигнального процессора -DSP и однокристальной микроЭВМ- контроллера протоколов V. 42/MNP, факс протоколов и управления), узла сопряжения этих вычислителей с линейным узлом и, наконец, узла сопряжения модема с компьютером.
Рис 1. Структура универсального модема аналог / цифра
Зачем понадобились цифровые вычислители, и в первую очередь DSP, модему, имеющему дело с аналоговыми сигналами ?
Дело в том, что сформировать сложные аналоговые сигналы для передачи и тем более обеспечить оптимальный помехоустойчивый прием таких сигналов, искаженных каналом связи и помехами, сегодня возможно только с применением точнейших цифровых методов и алгоритмов. Иными словами, DSP под управлением своей программы готовит в цифровом виде ИКМ коды отсчетов сигнала некоторого процесса модуляции для передачи, которые затем поступают на ЦАП модема. Амплитудно модулированные отсчеты (АИМ) с выхода ЦАП после сглаживающего фильтра передачи превращаются в аналоговые сигналы, выдаваемые модемом в линию связи. Сглаживающий фильтр обеспечивает формирование аналогового сигнала передачи из АИМ импульсов ЦАП и одновременно фильтрацию высокочастотных составляющих, свойственных дискетному методу формирования. Не правда ли нам все это уже немножечко знакомо по организации канала в ИКМ ?
В приемнике модема приходящий аналоговый линейный сигнал после предварительной фильтрации, обеспечивающей подавление высокочастотных шумов абонентской линии, подвергается дискретизации и оцифровке с помощью встроенного в модем аналого-цифрового преобразователя -АЦП (опять знакомый процесс). Таким образом, в соответствии с алгоритмом приема обрабатывается (в том же DSP) не сам принимаемый аналоговый сигнал, а его ИКМ дискретно-цифровой эквивалент. Разрядность АЦП в модемах выбирается высокой (14-16) для минимизации собственного шума квантования принимаемых сигналов. Примерно такая же разрядность ЦАП обеспечивает минимизацию ошибки при формировании аналоговых сигналов на выходе сглаживающего фильтра передачи.
АЦП и ЦАП, а так же фильтры передачи и приема входят в состав узла сопряжения цифровых вычислителей с узлом сопряжения модема с линией связи.
От аналога к цифре и наоборот
Проследим цепочку преобразований цифра-аналог, аналог-цифра линейных сигналов, между двумя взаимодействующими модемами :
модулированный сигнал передатчика модема в оцифрованном виде с помощью своего ЦАП и сглаживающего фильтра превращается в аналоговый сигнал передачи;
этот аналоговый сигнал по абонентской паре попадает на местную АТС, с помощью АЦП местной АТС, если она цифровая, или АЦП канала связи, если она не цифровая, снова превращается в цифровой сигнал и передается в последовательном коде в составе цифровых сигналов других каналов ИКМ системы (групповой поток) на противоположную АТС;
на противоположном конце канала при демультиплексировании группового потока ИКМ системы выделяется из этого потока интересующий нас канал с цифровым сигналом противоположного модема; с помощью ЦАП и сглаживающего фильтра этого канала цифровой сигнал (уже теперь принимаемый) вновь приобретает аналоговую форму;
этот аналоговый сигнал по абонентской паре попадает на вход принимающего модема, где с помощью местного АЦП вновь преобразуется в цифровой вид.
В обратном направлении связи имеет место точно такой же симметричный алгоритм преобразований.
Рис 2. Взаимодействие двух "обычных" модемов 33.6 кбит/сек через канал ИКМ
С первого взгляда кажется явно избыточным такое количество преобразований. Однако это не так : в модемах применяют цифровую обработку сигналов исключительно с целью реализации сложнейших процессов, свойственных современным видам модуляции, и группа ЦАП-АЦП с соответствующими фильтрами в модемах обеспечивают согласование с обычным аналоговым каналом связи.
В каналах связи ИКМ систем уплотнения абонентская группа АЦП-ЦАП со своими фильтрами (абонентский кодек) также обеспечивает согласование с аналоговыми абонентскими окончаниями, превращая индивидуальные цифровые каналы этой системы уплотнения в привычные аналоговые телефонные каналы. Можно ли придумать такой вид модема, у которого отсутствовали бы аналоговые узлы, АЦП и ЦАП, однако он способен был бы принимать сигналы от обычного модема, находящегося на аналоговом окончании цифрового коммутируемого канала связи?
Рис 3. Взаимодействие "обычного" модема c цифровым момдемом. Вариант с 56 кбит/сек.
Оказывается да! Для этой цели необходимо обеспечить с помощью какого-то специального дополнительного устройства, очевидно демультиплексора группового ИКМ потока, попадание на вход приемника нашего "урезанного" модема из этого группового потока только канала с интересующим нас оцифрованными сигналами противоположного модема. Нашему новому модему, который назовем цифровым, не надо на входе осуществлять преобразование принимаемого модулированного аналогового сигнала с помощью АЦП в цифровой вид, т. к. к нему уже поступает с противоположного конца канала именно такой вид оцифрованных сигналов.
В обратном направлении модулированный сигнал передачи нашего цифрового модема нового типа в виде оцифрованных отсчетов некоторого модуляционного процесса необходимо объединить с цифровыми потоками сигналов передачи других источников (например, таких же " урезанных " модемов) в групповой цифровой поток ИКМ системы уплотнения и направить его по линии связи на противоположную АТС.
Может ли обычный модем, находящийся на другом, аналоговом окончании коммутируемого соединения, принимать модулированные сигналы от цифрового модема, взаимодействующего напрямую с цифровым каналом?
Конечно да ! Потому что ЦАП совместно с сглаживающим фильтром противоположного конца ИКМ системы уплотнения (или ЦАП кодека абонентского комплекта противоположной АТС, если она цифровая) преобразует цифровой модулированный сигнал передачи нашего "урезанного " модема в аналоговый вид.
Важнейшим нюансом этой идеи является прямое взаимодействие цифрового модема с цифровым окончанием конкретного канала ИКМ системы связи (минуя индивидуальный абонентский кодек- ЦАП/ЦАП). В тоже время известно, что в обычных цифровых АТС такое индивидуальное цифровое взаимодействие с каким либо абонентом не предусмотрено. Как преодолевают эту преграду мы обсудим п озднее. Пока же будем считать, что такое взаимодействие работает.
Обратим внимание на то, что в этом обратном направлении связи в канале нет ни одного АЦП и, следовательно, ничто не порождает шум квантования ! А если это так, то есть реальная возможность увеличить скорость передачи в этом направлении, строго следуя принципам теоремы К. Шеннона.
В этом то и заключена вся идея 56К технологий.
Более того, цифровой модем-это по сути обычный модем, у которого функции узла ЦАП/АЦП с соответствующими фильтрами выполняет кодек противоположного конца цифрового канала связи. Единственный нюанс -разрядность этих преобразований не может превышать 8.