Билет 6. Протоколы работы модемов физического уровня

У модема есть канал передачи с модуляцией и канал приема с демодуляцией. Сигнал может быть записан в форме вида: V=A sin (wt+j), где А – амплитуда, w - круговая частота (диапазон от 300Гц до 3100Гц), j - фазовый сдвиг передаваемых сигналов. Манипуляция А, w, j может кодировать цифровую информацию. Если изменяется А, то это амплитудная модуляция, если w - частотная, j - фазовая. Худшей является амплитудная модуляция и она в чистом виде не применяется. Наибольшей помехоустойчивостью обладает частотная модуляция, так как она более широкополосная. Самая низкоскоростная j модуляция. Скорость ограничена всегда. поэтому за 1 бодовый интервал обычно передают 2 состояния. Повышение скорости может быть достигнут, если передавать за 1 бодовый интервал несколько бит. Более сложные модуляции это комбинация А и j - она дает возможность передачи до 8 бит. Модемы для работы на двухпроводных линиях телефонной системы общего пользования должны подчиняться международной системе.

Общеупотребительные протоколы:

V.21. Это дуплексный протокол работы модема с частотной модуляцией и частотным разделением каналов. Делится на 2 подканала: верхний и нижний. Передача по нижнему каналу происходит вызывающим модемом, по верхнему – отвечающим модемом. За счет деления канала информация не перекрывается. Это надежный, но низкоскоростной обмен информацией. Оба канала работают на одной и той же частоте 300 бод. Количество бит и бод тут совпадает (бодовая и битовая скорости совпадают). На нижнем подканале «1» - 380 Гц. Амплитуда и фаза не используются. «1» на верхнем канале 1650 Гц. «0» на нижнем 1180 Гц. На верхнем «0» - 1850 Гц. У верхнего подканала помехоустойчивость меньше, чем у нижнего.

V.22. Дуплексный протокол с частотным разделением каналов и с фазоразностным разделением. Разная фаза сигнала. Несущая частота 1200 Гц (может быть 2400 Гц). Правило работы такое же как в V.21. Нижняя 1200 Гц для вызывающего модема, 2400 Гц – для отвечающего модема. Бодовая скорость 600 бод. 2 режима фазоразностной модуляции:

1) 2-х позиционный однобитовый. Фазовая разность между «0» и «1» 180 градусов. Битовая скорость 600 бит/сек.

2) 4-х позиционный фазовый. 2 бита передаются за 1 интервал. Фазовая разность 90 градусов. Скорость 1200 бит/сек.

В данном протоколе происходит манипуляция фазовым сдвигом. Протокол помехоустойчивый. В канале по середине присутствует заградительная частота. Этот протокол практически поглощен протоколом V.22bis.

V.22bis. Это расширение способа модуляции за счет введения квадратурной смешенной модуляции - амплитудно-фазовой (QAM). Дополнительная скорость 2400 бит/сек. Передается 4 бита за 1 бодовый интервал. Это 16 позиционная модуляция с фазовой разностью в 22,5 градусов. Практически тоже самое что V.22. Это низкоскоростной протокол, когда происходит демодуляция. Тут происходит расширение полосы подканала. Модем передает и принимает в одной полосе от 300 до 600 Гц.

V.32. Дуплексирование реализовано за счет эхо подавления. Прием и передача происходят в одной полосе от 600 до 3000 Гц. На основе квадратурной модуляции. Несущая частота одна – 1800 Гц. Существенно поднята бодовая скорость 2400 бод. Вводят защитное кодирование при модуляции. Сверточное сканирование (это дополнительный бит в группе битов, который передают с блоком за 1 интервал времени). За счет него получили выигрыш в соотношении сигнал/шум. Сверточный бит по отношению к предыдущему символу (это бит значение которого зависит от предыстории).

V.32bis. Существует 16, 32, 64, 128 позиционная модуляция. 16TCM – используется 3 бита полезной информации (скорость 7200), 32TCM – 4 бита (скорость 9600), 64TCM – 4 бит (скорость 12000), 128TCM – 6 бит (скорость 14400). Скорость 14400 позволяет использовать факсовые аппараты.

V.34.bis. В данном протоколе реализована максимальная скорость для аналоговой аппаратуры 33600 бит/сек. Для наших российских линий это недостижимая скорость. Позволяет перейти к меньшей скорости и другим протоколам. Этот протокол является улучшенным протоколом с эхо подавлением. В этом протоколе работают в более широкой полосе от 150 до 3850 Гц. Применяются сигнальные процессоры для приема и передачи данных (ЦАП и АЦП модуляция). Более большая ширина полосы. Модем занимается тестированием линии (посылает гребенку частот с шагом от 150 Гц). Происходит оценивание качества искажений. Переданные параметры возвращаются и служат основанием для настройки модема. Вводятся поправки, нелинейная коррекция, которая искажает канал передачи данных. Замеряется величина эхо подавления и ставится это компенсатор. На основании тестов выбирается несущая частота от 1600 до 2000 Гц и TCM символов. Можно выбрать 1 из 6 скоростей: 2400 сим/сек, 2800 сим/сек, 3200 сим/сек. Размер символа варьируется от 1 до 9 бит (1 бит сверточный).

Достоинства протокола: Полоса расширена, соотношение сигнал/шум увеличено, Поддерживает разные скорости в разных направлениях (разные каналы на прием и передачу данных могут иметь разные свойства).

Экзотические модемные протоколы ITU-T

V.23 Это полудуплексный протокол с частотной модуляцией FSK. В нем имеется два скоростных режима: 600 бит/с и 1200 бит/с. Модуляционная и информационная скорости равны: соответственно, 600 и 1200 бод. В обоих режимах "1" передается частотой 1300 Гц. В режиме 600 бит/с "0" передается частотой 1700 Гц, а в режиме 1200 бит/с - частотой 2100 Гц. Реализация протокола опционально может включать обратный канал, работающий на скорости 75 бит/с, что превращает протокол в асимметричный дуплексный. Частота передачи "1" в обратном канале - 390 Гц, "0" - 450 Гц. Этот протокол практически вышел из употребления в качестве стандартного протокола межмодемной связи, и далеко не всякий стандартный модем им оснащен. Однако, он служил и до сих пор остается базовым для реализации нестандартных модемов, получивших широкое распространение в нашей стране (типа LEXAND). Видимо, благодаря простоте, высокой помехоустойчивости и приличной (по сравнению с V.21) скорости. Кроме того, в ряде европейских стран этот протокол применяется в информационной системе Videotex.

V.33 В этом протоколе используется модуляция с решетчатым кодированием TCM. Он предназначен для обеспечения дуплексной связи на четырехпроводных выделенных каналах. Имеет частоту несущего сигнала 1800 Гц, и модуляционную скорость 2400 бод. Работает в режимах 64-TCM и 128-TCM. Соответственно, информационная скорость может быть 12000 и 14400 бит/с. Этот протокол очень напоминает V.32bis без эхо-подавления. Более того, если модем с протоколом V.33 установить на четырехпроводное окончание до дифференциальной системы АТС, то он вполне сможет связаться с удаленным модемом V.32bis, установленным на двухпроводной линии.