Студенты аспиранты молодые ученые использующие базу знаний в своей учебе и работе будут вам очень благодарны

метки: Скорость, Данные, Передача, Модем, Единица, Измерение, Линия, Стандарт

представляет собой устройство, преобразующее цифровые данные в аналоговые сигналы за счет МОДуляции на передающей стороне и выполняющее обратное преобразование за счет ДЕМодуляции на приемной стороне; устройство преобразующее цифровые сигналы в аналоговую форму и обратно для передачи их по линиям связи аналогового типа.

Необходимость обмена данными между удаленными компьютерами привела к использованию существующих телефонных линий для передачи данных. Для использования аналоговых телефонных линий требуется преобразовать цифровой сигнал. Таким конвертером служит модем, который МОДулирует и ДЕМодулирует цифровые данные. Модем принимает последовательность импульсов, модулирует какой-либо из параметров (амплитуду, частоту или фазу) аналогового сигнала для передачи данных через аналоговую среду. Принимающий данные модем выполняет обратное преобразование, восстанавливая цифровые данные на основе полученного из линии аналогового сигнала. Модем является ступенькой к общему информационному пространству.

300 бит/сек (bps) до 33600 bps

Сегодняшние модемы используют различные методы сжатия информ а ции для дополнительного повышения скорости обмена и контроля ошибок, а также их исправления для обеспечения более надежной связи. Однако рост скорости для обычных телефонных линий ограничен и для ее дальнейшего повышения придется использовать другие технологии — ISDN или связь через оптические кабели.

Стандарты модемов, Рассмотрим стандарты модемов, но перед этим скажем какие фирмы у

Первые стандарты в области телефонной связи, электроники и вычислительной технике были установлены комитетом фирмы AT & T .

Фирма Microcom Networking Protocol (её стандарт известен под названием MNP ).

CCITT (Comite Consultatif International de Telegraphique et Telephonique) — Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии, уполномоченный принимать протоколы в международном масштабе.

Стандарты Class 1, Class 2, и Class 2.0, разработаны ассоциацией промышленных средств телекоммуникаций (Telecommunications Industry Association, TIA ).

Стандарт CAS , создан совместными усилиями корпорации Intel Digital Communications Associates.

Стандарт SendFax разработан компанией Sierra Semiconductor. (стоимость SendFax_модемов раньше была значительно ниже стоимости оборудования, способного как отправлять, так и принимать сообщения)

Технология цифровой абонентской линии (Digital Subscribe Line, DSL)

... модема, составляет около 56 Кбит/с. DSL представляет собой технологию, которая исключает необходимость преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот. Цифровые данные передаются на ваш компьютер именно как цифровые данные, ... -RAM. DSL представляет собой набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию. Для того, чтобы понять данные технологии и ...

В таблице приведены наиболее стандартные параметры модемов

Название стандарта	Характеристика
Bell 103	Скорость 300 bps (бит/сек)
Bell 212	1200 bps
V.21	300 bps
V.22	1200 bps
V.22bis	2400 bps
V.32	9600 bps
V.32bis	14 000 bps
V.32 turbo	19 200 bps расширение от V.32bis до V. Fast
HST	Оптимальный стандарт для взаимодействия с высокоскоростными модемами фирмы US Robotics
V. Fast	Скорость до 28 800 bps
MNP 1,2,3	Корректирует ошибки телефонной линии во время сеанса связи
MNP 4	Коррекция ошибок, адаптирующая пакеты данных к условиям телефонной линии
LAPM	Коррекция ошибок
V.42	Коррекция ошибок, взаимодействует с MNP 2-3 и LAPM
ARQ	Коррекция ошибок, взаимодействует с некоторыми типами модемов
MNP 5, MNP 7	Сжимает данные во время сеанса и при передаче файлов (до соотношения 2:1)
V.42bis	Сжимает данные до соотношения 4:1
Group I	Самый первый стандарт для факсимильных аппаратов (FAX стандарт)
Group II	Более быстрый, чем Group I
Group III	Совместимый с Group II; поддерживает скорость 2400 bps (и выше) при работе факсимильных аппаратов и факсмодемов; обеспечивает наилучшее качество печати (разрешающую способность)
Group IV	Стандарт для факсимильных аппаратов включающий Group III: поддерживает скорость и 19 200 bps сжатие данных
Class 1	Стандарт для факс модемов; поддерживается большинством программ
Class 2	Скоростной стандарт, при котором факсимильные аппараты выполняют основную работу компьютера; поддерживается также программным обеспечением для факсимильных аппаратов
Class 2.0	Скоростной стандарт, предусматривающий пересылку и приём факс-модемами файлов данных
Cas	Стандарт фирмы Intel Corporation для факс-модемов, устанавливающий режим совместной работы компьютера и факс-модема для пересылки и приёма данных, поддерживается большинством программ для факсимильных аппаратов
SendFax	Стандарт поддерживающий только пересылку факсимильных копий
V.17	Согласно Group III скорость пересылки факсимиле до 14 400 bps для факс-модемов и 9600 bps для факсимильных аппаратов

Классификация модемов

Область применения

модемы для коротких дистанций (short range);

модемы для голосовых линий (voice grade — VG);

• модемы для широкополосных линий (wideband).

Тип линии

коммутируемые;

арендованные (выделенные);

частные.

Режим работы

полудуплексный;

полнодуплексный;

дуплексный режим с эхокомпенсацией.

Синхронизация

синхронные;

асинхронные

Модуляция

частотная (FM/FSK);

фазоразностная (PM);

квадратурная амплитудная (AM);

Рассмотрим некоторые из них.

Область применения

Модемы для коротких дистанций (short-range, short haul).

Модемы short-range являются эффективным недорогим решением для связи на расстояниях, не превышающих 15 -30 км, по частным линиям, не являющимся частью телефонных систем общего пользования. Такие модемы могут использоваться и для связи на больших расстояниях при соединении через линию, принадлежащую одной телефонной системе (АТС) — такое соединение называется физической линией (local loop).

Модемы для коротких дистанций чувствительны к длине линии связи, поскольку при передаче в линии происходит ослабление и искажение сигналов. С увеличением длины линии скорость обмена данными должна снижаться для обеспечения безошибочной передачи.

Short-range модемы дешевле остальных типов модемов по двум причинам: они не содержат устройств для компенсации разности частот модулятора и демодулятора; зачастую такие модемы не содержат устройств снижения / коррекции шума, поскольку на коротких дистанциях уровень шумов существенно меньше.

Модемы для коротких дистанций делятся на два основных типа:

Аналоговые модемы

• Справка

Главный вопрос для аналоговых модемов, это насколько изготовители готовы ужаться ради своих изделий. Все согласны, что потенциальная прибыльность широкополосных устройств намного выше. Хотя модемы обычно стоят до 150 долларов, яростная конкуренция сократила доход от одного изделия приблизительно до 10 долларов. Границы прибыльности сократились, и это привело к разорению многих изготовителей.

Модемы для голосовых линий

передача осуществляется по коммутируемым или арендованным линиям.

• Справка

Новые применения

Эксперты считают, что у модемов для коммутируемого доступа появятся новые области применения. Во-первых, модемы станут лучше обрабатывать факсимильные сообщения. Стоит упомянуть стандарт ITU V.34 для факсимильных сообщений.

Облегчится обмен голосом по Сети (Интернет-телефония).

Например, ведущая фирма в области Интернет-телефонии Net2Phone оптимизировала модем, названный Yap Jack, исключительно для этого.

Вдобавок, по словам Paul Kraska, менеджера по маркетингу Multi-Tech Systems (http://www.multitech.com), «потенциал рынка феноменален». Дешевые модемы могут связать в одну сеть все — от промышленных машин до домашних электросчетчиков.

Режим работы

полудуплексный режим

дуплексный режим

дуплексный режим с эхокомпенсацией

Наиболее простым в реализации и наименее эффективным по использованию канала связи является полудуплексный режим , т. к. передача ведется только в одном направлении, и имеют место потери времени на смену направлений передачи. Ввиду отсутствия проблем с взаимным проникновением подканалов передачи, а также с эхо-отражением, полудуплексные протоколы в общем случае характеризуются большей помехоустойчивостью и возможностью использования всей ширины полосы пропускания канала. Этот метод применяется при малых скоростях передачи. Все протоколы, предназначенные для факсимильной связи — полудуплексные. С освоением более высоких скоростей появилась возможность организации на базе этого метода псевдодуплексной передачи (дуплексный режим оконечного оборудования данных при полудуплексной передаче в канале) — т.н. метод «ping-pong».

дуплексный режим :

На начальном этапе применения одновременной передачи использовался симметричный дуплекс (стандарты Bell 103 и Bell 212A, Рекомендация V.22).

Вся полоса пропускания канала разделяется на два частотных подканала, по каждому из которых производится передача в одном направлении. Из-за уменьшения практически в 2 раза полосы частот, выделяемой для передачи сигналов в каждом из направлений, при этом методе применяются более многопозиционные т.е. менее помехоустойчивые методы модуляции. Этот метод не позволяет использовать возможности канала в полном объеме ввиду значительного сужения полосы пропускания. Тем более, что для исключения проникновения боковых гармоник в соседний подканал, разносить их приходится со значительным «зазором», в результате чего частотные подканалы занимают отнюдь не половину полного спектра. Поэтому данный метод разделения направлений передачи получил распространение для скоростей передачи до 2400 бит/с, а Рекомендация V.22bis стала фактическим стандартом на скорость передачи 2400 бит/с.

Нашла также применение разновидность данного метода — асимметричный дуплекс (напр., в Рекомендации V.23 — комбинация скоростей 1200/75 бит/с).

Дело в том, что ряд протоколов обеспечивают и более скоростную связь, но в одном направлении, в то время как обратный канал — значительно медленнее. Разделение частот в этом случае осуществляется на неравные по ширине полосы пропускания подканалы. Эта разновидность дуплексной связи называется асимметричной.

Наиболее эффективным, но и самым сложным в реализации, является дуплек с ный режим с эхокомпенсацией . В данном варианте используется вся полоса частот канала связи и наиболее помехоустойчивые для данной скорости методы модуляции. Модемы, обладая информацией о собственном выходном сигнале, могут использовать это знание для фильтрации собственного «рукотворного» шума из принимаемого сигнала. На этапе вхождения в связь каждый модем, посылая некий зондирующий сигнал, определяет параметры эхо-отражения: время запаздывания и мощность отраженного сигнала. А в процессе сеанса связи эхо-компенсатор модема «вычитает» из принимаемого входного сигнала свой собственный выходной сигнал, скорректированный в соответствии с полученными параметрами эхо-отражения. Эта технология позволяет использовать для дуплексной передачи информации всю ширину полосы пропускания канала, однако требует при реализации весьма серьезных вычислительных ресурсов на сигнальную обработку. Этот метод применен в модеме по Рекомендациям V.26ter (2400 бит/с), V.32 (9600 бит/с).

Первые модемы, соответствующие Рекомендации V.32, были созданы в 1985 г. Модемы по Рекомендации V.26ter не получили широкого распространения, на начальном этапе это было вызвано конкуренцией с более простыми и дешевыми модемами по Рекомендации V.22bis. В настоящее время модемы по Рекомендации V.26ter, имеющие более высокую помехоустойчивость (в них используется метод ДОФМ), могут быть реализованы более экономично, но их не выпускают из-за несовместимости с распространенными типами модемов.

Модуляция

В современных модемах используются три основных типа модуляции:

При частотной модуляции (ЧМ, FSK-Frequency Shift Keying) значениям 0 и 1 информационного бита соответствуют свои частоты физического сигнала при неизменной его амплитуде. Частотная модуляция весьма помехоустойчива, поскольку искажению при помехах подвергается в основном амплитуда сигнала, а не частота. С другой стороны, необходимая для этого вида модуляции ширина спектра сигнала может быть значительно уже всей полосы канала. Отсюда вытекает область применения ЧМ — низкоскоростные, но высоконадежные стандарты, позволяющие осуществлять связь на каналах с большими искажениями амплитудно-частотной характеристики, или даже с усеченной полосой пропускания.

фазоразностной модуляции

квадратурной амплитудной модуляцией

На практике наиболее широкое применение нашли АКМИ, реализованные на базе нерекурсивного фильтра (трансверсальный фильтр).

Причем в качестве алгоритма адаптации весовых коэффициентов фильтра используются алгоритмы стохастической аппроксимации, минимизирующие величину среднего квадрата ошибки недокоррекции. Коррекция осуществляется либо в полосовой области (в диапазоне частот передаваемого сигнала), либо в области низких частот, используя двумерное представление сигнала данных.

В передатчике модема выполняются следующие операции:

• посредством скремблера формируется псевдослучайная информационная последовательность, которая в преобразователе кода отображается в последовательность двумерных сигналов данных (x/n/);
• цифровой формирователь спектра осуществляет формирование спектра единичного элемента сигналов, который в ряде случаев выполняет функцию блока предыскажения, компенсирующего детерминированную часть межсимвольной интерференции, вносимой каналом связи;

• модулятор переносит спектр сигнала в заданную область частот.

На практике получило распространение формирование сквозных передаточных функций с косинус-квадратичным скруглением (иногда такой вид скругления называют «приподнятым косинусом»).

Причем обычно для предотвращения снижения помехоустойчивости по отношению к флуктуационному шуму передаточную функцию модема разделяют поровну между коэффициентами передачи формирователя спектра на передачи и фильтром входного блока приемника.

В случае, когда канал связи вносит амплитудно-частотные искажения, линейные методы коррекции не обеспечивают оптимальную обработку сигнала.

Помехоустойчивость модема с высокой удельной скоростью в значительной мере определяется независимыми ошибками за счет воздействия Гауссовского шума и недокоррекции межсимвольной интерференции. Традиционным методом повышения помехоустойчивости является применение кодирования передаваемой информации путем введения избыточности. При независимых ошибках использование сверточного кодирования позволяет существенно улучшить помехоустойчивость модема.

Введение решетчатого кодирования для скорости 14400 бит/с (добавление одного проверочного бита в каждую исходную последовательность из 6 бит информации) позволяет повысить помехоустойчивость на 3,8 дБ. При этом число позиций сигнала данных равно 128 (т.е. 2 в степени 6+1).

Широкое распространение решетчатого кодирования связано с возможностью использования на приеме эффективной процедуры декодирования по максимуму правдоподобия на базе алгоритма Витерби.

• Справка

Качество работы модема определяется способностью противодействовать мешающим факторам, а, именно:

• Гауссовскому шуму;
• межсимвольной интерференции, вызванной неидеальностью передаточной функции канала связи;
• флуктуациям фазы несущей частоты, обусловленным низкочастотной паразитной модуляцией в генераторном оборудовании систем передачи с частотным разделением каналов.

Поэтому для повышения качества работы модема требуется применение оптимальных (либо близких к ним) алгоритмов обработки сигналов, позволяющих уменьшить влияние мешающих факторов.

Обобщим:

Модемы классифицируются, в основном, по величине скорости и типу канала, для которого они предназначены (выделенная или коммутируемая линия).

В таблице приведены основные характеристики модемов на разные скорости и соответствующие номера Рекомендаций, в которых изложены технические требования к модемам. При этом приняты следующие условные обозначения:

• ЧМ — частотная модуляция;
• ДОФМ, ТОФМ — двухкратная (4_позиционная), трехкратная (8_позиционная) относительная фазовая модуляция, соответственно;

• КАМ-n — «n» — позиционная квадратурная амплитудная модуляция;
• АФМ-n — «n» — позиционная амплитудно-фазовая модуляция;
• КК — коммутируемый телефонный канал общего пользования;
• КА — некоммутируемый, или арендованный телефонный канал;
• дупл. — дуплексный;
• п/дупл — полудуплексный;
• фикс. — фиксированный;
• автом.

— автоматический

Скорость передачи данных, бит/с	300	1200	2400	1200	2400	2400	2400
Вид модуляции	ЧМ	ДОФМ	КАМ	ЧМ	ДОФМ	ДОФМ	ДОФМ
Тип канала связи	КК	КК	КК	КК	КА	КК	КК
Режим работы	Дупл	Дупл.	Дупл	П / Дупл	П / Дупл	Дупл.	Дупл.
Тип корректора	—	Автом.	Автом.	Фикс.	Фикс.	Фикс.	Автом.