Модеми та комунікаційні протоколи

Всупереч передбаченого спаду, пов'язаного із введенням цифрових мереж, востанні роки значно розширилася сфера застосування і збільшився обсягвипуску модемів, призначених для організації передачі данихтелефонних каналах. Основною причиною цього стало істотне збільшенняшвидкості передачі (до 40-60 кбіт/с) при високій надійності доставкиінформації, що робить економічним використання широко доступниханалогових телефонних каналів. Новими галузями застосування модемів сталителематичнi служби (Телетекс, електронна пошта, відеотекст, телефакста ін), зв'язок між персональними комп'ютерами, локальними мережами,
Internet.

Такий прогрес в області модемів став можливим тільки завдяки тому,що за останнє десятиліття були розроблені нові методи модуляції тацифрової обробки сигналів (адаптивна корекція, Ехокомпенсация,сверточних кодування і декодування), введені в модеми корекція помилокі стиснення даних, знайдені високоефективні способи реалізації модемівна базі мікропроцесорів (МП), цифрових сигнальних процесорів (ЦСП). Усерійному виробництві були освоєні спеціалізовані ВІС для модемів, атакож високопродуктивні ЦСП, що дозволило створити більш досконалімодеми, що мають менші габарити, вага, енергоспоживання, вартість ікращі споживчі характеристики.

Модеми класифікуються, в основному, за величиною швидкості і типуканалу, для якого вони призначені (виділена або комутованалінія). Сумісність модемів різних виробників забезпечуєтьсявідповідністю їх нормам міжнародних Рекомендацій серії V
Міжнародного консультативного комітету з телеграфії і телефонії МККТТ.
У таблиці наведені основні характеристики модемів на різні швидкості івідповідні номери Рекомендацій, в яких викладені технічнівимоги до модемів. При цьому прийняті наступні умовні позначки:

ЧМ - частотна модуляція;

ДОФМ, ТОФМ - дворазовий (4-позиційна), триразова (8 --позиційна) відносна фазова модуляція, відповідно;

КАМ-n - "n"-позиційна квадратурна амплітуднамодуляція;

АФМ-n - "n"-позиційна амплітудно-фазова модуляція;

КК - комутований телефонний канал загальногокористування;

КА - некомутований, або орендований телефоннийканал; дупло. - Дуплексний; п/дупло - напівдуплексний; фікс. - Фіксований; автом. - Автоматичний

| Швидкість передачі | 300 | 1200 | 2400 | 1200 | 2400 | 2400 | 2400 |
| даних, біт/с | | | | | | | |
| Вид модуляції | ЧС | ДОФМ | КАМ | ЧС | ДОФМ | ДОФМ | ДОФМ |
| Тип каналу зв'язку | КК | КК | КК | КК | КА | КК | КК |
| Режим роботи | дупло. | Дупло. | Дупло. | П/Дупло | П/| дупло. | Дупло. |
| | | | |. | Дупло. | | |
| Тип коректора | - | Автом. | Автом. | Фікс. | Фікс. | Фікс. | Автомобільний |
| | | | | | | |. |
| Рекомендація МККТТ | V.21 | V.22 | V.22bi | V.23 | V.26 | V.26b | V.26t |
| | | | S | | | is | er |

| Швидкість передачі | 4800 | 4800 | 9600 | 9600 | 14400 | 19200 | 33600 |
| даних, біт/с | | | | | | | |
| Вид модуляції | ТОФМ | ТОФМ | КАМ-16 | АФМ-16 | АФМ-128 | АФМ-1 | АФМ-2 |
| | | | | | | 60 | 56 |
| Тип каналу зв'язку | КА | КК | КК | КК | КА | КА | KK |
| Режим роботи | дупло. | П/Дупло | дупло. | Дупло. | Дупло. | Дупло. | Дупло. |
| | |. | | | | | |
| Тип коректора | Фікс | Автом. | Автом. | Автом. | Автом. | Автомобільний | автомобільний |
| | | | | | |. |. |
| Рекомендація МККТТ | V.27 | V.27te | V.29 | V.32 | V.33 | V.33 | V.34 + |
| | | R | | | | | |

Таблиця 1

Аналогові канали тональної частоти характеризуються тим, що спектрпереданого по них сигналу обмежений діапазоном від 300 Гц до 3400 Гц.
Саме це обмеження спектру і є основною перешкодою ввикористанні телефонних каналів для високошвидкісної передачі цифровоїінформації. Швидкість передачі інформації по каналу з обмеженим спектромне може перевищувати ширини цього спектру, тобто 3100 бод в нашому випадку.
Але як же тоді бути з модемами, які передають інформацію з швидкостями 4800,
9600, 14400 біт/с і навіть більше? У аналогової техніці передачі даних бод ібіт/с не одне й те саме. Для прояснення цієї тези варто розглянутиуважніше фізичний рівень роботи модему.

Електричний сигнал, що поширюється по каналу, характеризуєтьсятрьома параметрами - амплітудою, частотою і фазою. Саме зміна одногоз цих параметрів, або навіть спільно деякої їх сукупності взалежно від значень інформаційних бітів і становить фізичну сутністьпроцесу модуляції. Кожному інформаційному елементу відповідаєфіксований відрізок часу, на якому електричний сигнал маєпевні значення своїх параметрів, що характеризують значення цьогоінформаційного елементу. Цей відрізок часу називають бодовим інтервалом.
Якщо кодується елемент відповідає одному біту інформації, що можеприймати значення 0 або 1, то на бодовом інтервалі параметри сигналувідповідно можуть приймати одну з двох зумовлених сукупностейзначень амплітуди, частоти і фази. У цьому випадку модуляційних швидкість
(ще її називають лінійною або бодовой) дорівнює інформаційній, тобто 1 бод = 1біт/с. Але кодується елемент може відповідати не одному, а, наприклад,двом бітам інформації. У цьому випадку інформаційна швидкість буде вдвічіперевершувати бодовую, а параметри сигналу на бодовом інтервалі можутьприймати одну з чотирьох сукупностей значень, що відповідають 00, 01,
10 або 11.

У загальному випадку, якщо на бодовом інтервалі кодується n біт, тоінформаційна швидкість буде перевершувати бодовую в n разів. Але кількістьможливих станів сигналу в тривимірному (у загальному випадку) просторі --амплітуда, частота, фаза - буде дорівнює 2n. Це означає, що демодулятормодему, отримавши на бодовом інтервалі якийсь сигнал, повинен буде порівнятийого з 2n еталонними сигналами і безпомилково вибрати один з них длядекодування шуканих n біт. Таким чином, зі збільшенням ємностікодування і зростанням інформаційної швидкості відносно бодовой,відстань в сигнальному просторі між двома сусідніми точкамискорочується в степеневий прогресії. А це, у свою чергу, накладає всебільш жорсткі вимоги до "чистоті" каналу передачі. Теоретичноможлива швидкість у реальному каналі визначається відомою формулою
Шеннона:

V = Flog (1 + S/N), де F - ширина смуги пропускання каналу, S/N --відношення сигнал/шум.

Другий співмножники і визначає можливості каналу з точки зору йогозашумленості по достовірної передачі сигналу, що кодує не один бітінформації в бодовом інтервалі. Так, наприклад, якщо відношення сигнал/шумвідповідає 20 dB, тобто потужність сигналу, що доходить до віддаленогомодему, в 100 разів перевершує потужність шуму, і використовується повна смугаканалу тональної частоти (3100 Гц), максимальна межа по Шеннон дорівнює
20640 біт/с.

Основним завданням модему є перетворення вихідної цифровоїінформації у вид, придатний для передачі по каналу зв'язку, і зворотнеперетворення на прийомі. Вид модуляції і метод побудови модему взначною мірою визначають швидкість передачі даних і ефективністьвикористання каналу зв'язку. Стосовно передачі даних по телефоннихканалах, види модуляції, які використовуються в модемах, регламентуються МККТТ. У
Рекомендаціях МККТТ визначені основні технічні характеристикимодему, такі, як форма спектру сигналу, що передається, структуранастроювальної комбінації, що утворить поліном скремблер (дескремблера) іінші параметри, що забезпечують сумісність модемів, що випускаютьсярізними виробниками.

Якість роботи модему визначається здатністю протидіятизаважає факторів, а, саме:

. Гаусівських шуму;

. міжсимвольний інтерференції, викликаної неідеальної передавальної функції каналу зв'язку;

. флуктуацій фази несучої частоти, обумовленим низькочастотної паразитної модуляцією в генераторному устаткуванні систем передачі з частотним розділенням каналів.

Тому для підвищення якості роботи модему потрібне застосуванняоптимальних (або близьких до них) алгоритмів обробки сигналів, що дозволяютьзменшити вплив заважають факторів.

Підвищення ефективності використання каналу зв'язку, тобто питомоїшвидкості передачі (числа переданих біт на одиницю смуги пропусканняканалу зв'язку), вимагає застосування в модемі наступних систем:
1. адаптивного коректора сигналу для зменшення міжсимвольний інтерференції в прийнятому сигналі;
2. дискретного (або цифрового) формувача спектру сигналу на передачі

(як його додаткової функції може бути введення предискаженій з метою компенсації міжсимвольний інтерференції);
3. скремблер (на передачі) і дескремблера (на прийомі) для перетворення початкової послідовності даних в псевдовипадкову і зворотного перетворення на прийомі;
4. системи компенсації флуктуацій фази несучої частоти,

Дуплексний режим передачі даних

Під дуплексним режимом роботи модему мається на увазі можливість надсилати таприймати інформацію одночасно. Проблема для модему полягає не вздатності каналу передавати дуплексну інформацію, тому що звичайнийтелефониий канал - дуплексний, а в можливості демодулятора модемурозпізнати вхідний сигнал на тлі відбитого від апаратури АТСвласного вихідного сигналу. При цьому його потужність може бути не тількипорівнянна, але в більшості випадків значно перевершувати потужністьприймається корисного сигналу (так як об'єднання і розділенняпередачі і прийому проводиться за допомогою діфсістем, які неможливоідеально налаштувати на повне придушення сигналу передавача місцевогомодему). Тому, чи можуть модеми передавати інформацію одночасно в обидвасторони визначають можливості протоколу фізичного рівня.

З'єднання абонента передачі даних з телефонним каналом можездійснюватися за допомогою чьотирьох закінчення (головним чином зорендованими каналами) та/або двопровідним закінченням (в основному зкомутованими каналами). При чьотирьох закінчення передача іприйом здійснюються незалежно один від одного. У цьому випадку кожна паравикористовується для передачі інформації тільки в одному напрямку і проблемиподілу вхідного Сігала і відбитого вихідного не існує.

Передача даних по телефонних каналах з двопровідним закінченняморганізується з використанням одного з таких методів:
5. поочереді передачі в кожному з напрямків (напівдуплексний режим);
6. частотного розділення напрямків передачі (дуплексний режим: симетричний або ассімметрічний - в залежності від рівності або нерівності швидкостей передачі в різних напрямках);
7. одночасної передачі в обох напрямках з придушенням на прийомі відбитого сигналу власного передавача (дуплексний режим з Ехокомпенсация).

Найбільш простим у реалізації і найменш ефективним з використання каналу зв'язку є метод почергової передачі (напівдуплексний), тому щопередача ведеться тільки в одному напрямку, і мають місце втрати часу на зміну напрямків передачі. Зважаючи на відсутність проблем із взаємноюпроникненням підканалів передачі, а також з луна-відображенням,напівдуплексному протоколи в загальному випадку характеризуються більшоюзавадостійкістю і можливістю використання всієї ширини смугипропускання каналу. Цей метод застосовується при малих швидкостях передачі
(див. табл.1). Всі протоколи, призначені для факсимільного зв'язку --напівдуплексному. З освоєнням більш високих швидкостей з'явиласяможливість організації на базі цього методу псевдодуплексной передачі
(дуплексний режим кінцевого обладнання даних при напівдуплексномупередачі в каналі) - т.з. метод "ping-pong".

На початковому етапі застосування одночасної передачі використовувавсяметод частотного поділу (стандарти Bell 103 і Bell 212A, Рекомендація
V.22). Вся смуга пропускання каналу розділяється на два частотнихподканала, по кожному з яких проводиться передача в одному напрямку.
Через зменшення практично в 2 рази смуги частот, що виділяється дляпередачі сигналів в кожному з напрямків, при цьому методі застосовуютьсябільше багатопозиційні тобто менше перешкодостійкі методи модуляції. Цейметод не дозволяє використовувати можливості каналу у повному обсязі з огляду назначного звуження смуги пропускання. Тим більше, що для виключенняпроникнення бічних гармонік в сусідній подканал, розносити їх доводитьсязі значним "зазором", в результаті чого частотні підканалів займаютьаж ніяк не половину повного спектру. Тому даний метод поділунапрямків передачі набув поширення для швидкостей передачі до 2400біт/с, а Рекомендація V.22bis стала фактичним стандартом на швидкістьпередачі 2400 біт/с.

Знайшла також застосування різновид даного методу - асиметричнийдуплекс (напр., в Рекомендації V.23 - комбінація швидкостей 1200/75біт/с). Справа в тому, що ряд протоколів забезпечують і більш швидкіснузв'язок, але в одному напрямку, у той час як зворотний канал - значноповільніше. Поділ частот у цьому випадку здійснюється на нерівні поширині смуги пропускання підканалів. Цей різновид дуплексної зв'язкуназивається асиметричною.

Найбільш ефективним, але і найскладнішим в реалізації, є метододночасної передачі за допомогою ехо-компенсації. У даному варіантівикористовується вся смуга частот каналу зв'язку і найбільш перешкодостійкідля даної швидкості методи модуляції. Модеми, володіючи інформацією провласному вихідному сигналі, можуть використовувати це знання для фільтраціївласного "рукотворного" шуму з прийнятого сигналу. На етапівходження в зв'язок кожен модем, посилаючи якийсь зондуюче сигнал,визначає параметри луна-відображення: час запізнювання і потужністьвідбитого сигналу. А в процесі сеансу зв'язку луна-компенсатор модему
"віднімає" з прийнятого вхідного сигналу свій власний вихіднийсигнал, скоригований відповідно до отриманих параметрами луна -відображення. Ця технологія дозволяє використовувати для дуплексної передачіінформації всю ширину смуги пропускання каналу, однак вимагає приреалізації досить серйозних обчислювальних ресурсів на сигнальнуобробку. Цей метод застосований в модемі по Рекомендаціям V.26ter (2400біт/с), V.32 (9600 біт/с). Перші модеми, відповідні Рекомендації
V.32, були створені в 1985р. Модеми по Рекомендації V.26ter не отрималиширокого поширення, на початковому етапі це було викликане конкуренцієюз більш простими і дешевими модемами по Рекомендації V.22bis. Уданий час модеми по Рекомендації V.26ter, що мають більш високуперешкодостійкість (в них використовується метод ДОФМ), можуть бутиреалізовані є більш економічним, але їх не випускають з-за несумісності зпоширеними типами модемів.

Слід зазначити, що модеми для комутованих каналів, поряд звиконанням основних функцій модуляції-демодуляції, аналогічнихреалізованим в модемах для орендованих каналів, вирішують ряд додатковихскладних завдань, зумовлених особливостями комутованих телефоннихканалів. Крім розділення сигналів, які передаються в протилежнихнапрямках по одній парі проводів, до цих завдань відносяться: паруз комутованим каналом (створення шлейфа по постійному струму,формування і передача сигналів набору і автовідповіді, прийом дзвінка таінших службових тонів); забезпечення високої достовірностіпередачі інформації по каналах зниженого в порівнянні з орендованимиканалами якості.

Модуляція

У сучасних модемах використовуються три основні типи модуляції:

При частотної модуляції (ЧМ, FSK-Frequency Shift Keying) значень 0 і 1інформаційного біти відповідають свої частоти фізичного сигналу принезмінною його амплітуді. Частотна модуляція дуже перешкодостійкість,оскільки спотворення при перешкодах піддається в основному амплітуда сигналу,а не частота. При цьому достовірність демодуляції, а значить іперешкодостійкість тим вище, чим більше періодів сигналу потрапляє в бодовийінтервал. Але збільшення бодового інтервалу зі зрозумілих причин знижуєшвидкість передачі інформації. З іншого боку, необхідна для цього видумодуляції ширина спектру сигналу може бути значно вже всієї смугиканалу. Звідси випливає область застосування ЧС - низькошвидкісні, алевисоконадійні стандарти, що дозволяють здійснювати зв'язок на каналах звеликими спотвореннями амплітудно-частотної характеристики, або навіть зусіченої смугою пропускання.

При фазоразностной модуляції (ДОФМ, ТОФМ, DPSK - Differential Phase
Shift Keying) змінним залежно від значення інформаційного елементапараметром є фаза сигналу при незмінних амплітуді і частоті. Прицьому кожному інформаційному елементу ставиться в соо?? відповідне не абсолютнезначення фази, а її зміна відносно попереднього значення. Якщоінформаційний елемент є дібіт, то в залежності від його значення (00,
01, 10 або 11) фаза сигналу може змінитися на 90, 180, 270 градусів абоне зміниться зовсім. З теорії інформації відомо, що фазова модуляціянайбільш інформативна, однак збільшення числа кодованих біт вище трьох (8позицій повороту фази) призводить до різкого зниження завадостійкості.
Тому на високих швидкостях застосовуються комбіновані амплітудно-фазовіметоди модуляції.

Міогопозіціонную амплітудно-фазову модуляцію називають ще квадратурноїамплітудною модуляцією (КАМ-n, QAM - Quadrature Amplitude Modulation).
Тут крім зміни фази сигналу використовується маніпуляція йогоамплітудою, що дозволяє збільшувати число кодованих біт. В данийчас використовуються модуляції, в яких кількість кодованих на одномубодовом інтервалі інформаційних бітів може доходити до 8, а,відповідно, число позицій сигналу а сигнальному просторі - до 256.
Однак, застосування багатоточкової QAM в чистому вигляді стикається зсерйозними проблемами, пов'язаними з недостатньою завадостійкістюкодування. Тому у всіх сучасних високошвидкісних протоколахвикористовується різновид цього виду модуляції, т.зв. модуляція згратчастим кодуванням або трелліс-кодуванням (ПВМ, Trellis Coded
Modulation), яка дозволяє підвищити перешкодозахищеність передачіінформації - знизити вимоги до відношення сигнал/шум в каналі на величинувід 3 до 6 дБ. Суть цього кодування полягає у введенні надмірності.
Простір сигналів розширюється вдвічі шляхом додавання до інформаційнихбітам ще одного, який утворюється за допомогою сверточних кодуваннянад частиною інформаційних біт і введення елементів запізнювання.
Розширена таким чином група піддається все тієї ж багатопозиційноїамплітудно-фазової модуляції. У процесі демодуляції прийнятого сигналупроводиться його декодування за досить витонченому алгоритму Віттербі,що дозволяє за рахунок введеної надмірності і знання передісторії обрати покритерієм максимальної правдоподібності з сигнального простору найбільшдостовірну точку і, тим самим, визначити значення інформаційних бітів.

У модемах з високою питомою швидкістю передачі для корекціїміжсимвольний інтерференції використовуються адаптивні коректориміжсимвольний спотворень (АКМІ). На практиці найбільш широке застосуваннязнайшли АКМІ, реалізовані на базі нерекурсівного фільтра (трансверсальнофільтр). Причому в якості алгоритму адаптації вагових коефіцієнтівфільтра використовуються алгоритми стохастичної апроксимації, які мінімізуютьвеличину середнього квадрата помилки недокоррекціі. Корекція здійснюєтьсяабо в смуговий області (у діапазоні частот сигналу, що передається), абов області низьких частот, використовуючи двовимірне подання сигналуданих. Слід зазначити, що застосування АКМІ забезпечує оптимальнупоелементну обробку сигналу, що при міжсимвольний інтерференціїчерез фазових спотворень передавальної функції каналу зв'язку.

У передавачі модему виконуються наступні операції:
1. за допомогою скремблер формується псевдовипадкових інформаційна послідовність, яка в перетворювачі коду відображається в послідовність двовимірних сигналів даних (x/n /);
1. цифровий формувач спектру здійснює формування спектру одиничного елемента сигналів, що в ряді випадків виконує функцію блоку предискаженія, що компенсує детерміновану частина міжсимвольний інтерференції, що вноситься каналом зв'язку;
1. модулятор переносить спектр сигналу в задану область частот.

На прийомі сигнал даних піддається зворотнім перетворенням. Лінійніблоки приймача здійснюють узгодження по рівню з прийнятим сигналом
(АРУ), розщеплення сигналу на квадратурні компоненти і вибірку відліківдвовимірного сигналу даних (x `/ n /, y`/n /) шляхом дискретизації в часі в
АЦП.

При корекції в області нижніх частот розщеплення сигналуна квадратурні складові здійснюється в демодулятора (при аналоговоїреалізації вхідних блоків приймача) або в перетворювачі Гільберта - прицифровий реалізації.

Завдання компенсації міжсимвольний інтерференції забезпечується, якщолінійний тракт передачі задовольняє умові селективності наскрізноїімпульсної реакції (при цьому наскрізна передавальна функція трактузадовольняє критерію Найквіста). На практиці набуло поширенняформування наскрізних передавальних функцій з косинус-квадратичнихскруглення (іноді такий вид скруглення називають "піднесенимкосинусів "). Причому зазвичай для запобігання зниженню завадостійкостіпо відношенню до Флуктуативно шуму передавальний функцію модему розділяютьпорівну між коефіцієнтами передачі формувача спектра на передачі іфільтром вхідного блоку приймача.

У випадку, коли канал зв'язку вносить амплітудно-частотні спотворення,лінійні методи корекції не забезпечують оптимальну обробку сигналу.
Тому вдаються до нелінійних методів корекції (коректор з вирішальноюзворотним зв'язком) та/або - до нелінійної процедурі оцінювання що приймаєтьсяінформаційної послідовності, використовуючи алгоритм Вітербо, або йогомодифікації.

Завадостійкість модему з високою питомою швидкістю значноюмірою визначається незалежними помилками за рахунок дії гаусівськихшуму і недокоррекціі міжсимвольний інтерференції. Традиційним методомпідвищення завадостійкості є застосування кодування переданоїінформації шляхом введення надмірності. При незалежних помилкахвикористання сверточних кодування дозволяє істотно поліпшитиперешкодостійкість модему. Тому в Рекомендаціях МККТТ V.32 і V.33регламентується спільне використання квадратурної АМ і сверточнихкодування - гратчастого кодування.

Введення гратчастого кодування для швидкості 14400 біт/с (додаванняодного перевірочного біта в кожну вихідну послідовність з 6 бітінформації) дозволяє підвищити стійкість на 3,8 дБ. При цьому числопозицій сигналу даних одно 128 (тобто 2 в ступені 6 +1). Слідзазначити, що застосування гратчастого кодування для швидкості 19200 біт/спризводить до підвищення завадостійкості на 5.4 дБ. Широке поширення гратчастого кодування пов'язано з можливістю використання на прийоміефективної процедури декодування по максимуму правдоподібності на базіалгоритму Вітербо.

У Рекомендаціях V.32 і V.33 метод побудови модему з використаннямгратчастого кодування вказаний як кращий. Однак, у цих
Рекомендаціях обумовлюється можливість застосування і інших методівмодуляції. Наприклад, в одній з робіт наводиться опис і результативипробувань цифрового модему на швидкість 14400 біт/с з використаннямамплітудно-фазової модуляції з однією бічною смугою.

Модемні протоколи (короткий огляд)

V.21 Це дуплексний протокол з частотним розділенням каналів ічастотною модуляцією. На нижньому каналі (його зазвичай використовує для передачівикликає модем) "1" передається частотою 980 Гц, а "0" - 1180 Гц. Наверхньому каналі (передає відповідає) "1" передається частотою 1650 Гц, а "0"
- 1850 Гц. Модуляційних та інформаційна швидкості рівні - 300 бод, 300біт/с. Незважаючи на невисоку швидкість, даний протокол знаходить застосуванняперш за все в якості "аварійного", при неможливості внаслідок високогорівня перешкод використовувати інші протоколи фізичного рівня. Крім того,зважаючи на свою невибагливості і завадостійкості, він використовується вспеціальних високорівневих додатках, що вимагають високої надійностіпередачі. Наприклад, при встановленні з'єднання між модемами за новою
Рекомендації V.8, або для передачі команд, що управляють при факсимільногозв'язку (верхній канал).

V.22 Це дуплексний протокол з частотним розділенням каналів імодуляцією DPSK. Несуча частота нижнього каналу (передає викликає) -
1200 Гц, верхнього (передає відповідає) - 2400 Гц. Модуляційних швидкість -
600 бод. Має режими двопозиційний (кодується біт) і чотирипозиційної
(дібіт) фазоразностной модуляції з фазовим відстанню між точками,відповідно, в 180 і 90 град. Відповідно, інформаційна швидкістьможе бути 600 або 1200 біт/с. Цей протокол фактично поглинений протоколом
V.22bis.

V.22bis Це дуплексний протокол з частотним розділенням каналів імодуляцією QAM. Несуча частота нижнього каналу (передає викликає) - 1200
Гц, верхнього - 2400 Гц. Модуляційних швидкість - 600 бод. Має режимичотирипозиційної (кодується дібіт) і шестнадцатіпозіціонной (кодуєтьсяквадробіт) квадратурної амплітудної модуляції. Відповідно,інформаційна швидкість може бути 1200 або 2400 біт/с. Режим 1200 біт/сповністю сумісний з V.22, не дивлячись на інший тип модуляції. Справа в тому,що перші два біти в режимі 16-QAM (квадро-біт) визначають змінафазового квадранта щодо попереднього сигнального елемента і томуза амплітуду не відповідають, а останні два біти визначають положеннясигнального елемента всередині квадранта з варіацією амплітуди. Таким чином,
DPSK можна розглядати як окремий випадок QAM, де два останніх біта незмінюють своїх значень. У результаті з шістнадцяти позицій вибираютьсячотири в різних квадрантах, але з однаковим становищем всередині квадранта, втому числі і з однаковою амплітудою. Протокол V.22bis є стандартомде-факто для всіх середньошвидкісних модемів.

V.32 Це дуплексний протокол з луна-придушенням і квадратурноїамплітудної модуляцією або модуляцією з решітчастим кодуванням. Частотанесучого сигналу - 1800 Гц, модуляційних швидкість - 2400 бод. Такимчином, використовується спектр шириною від 600 до 3000 Гц. Має режимидвопозиційний (біт), чотирипозиційної (дібіт) і шестнадцатіпозіціонной
(квадробіт) QAM. Відповідно, інформаційна швидкість може бути 2400,
4800 і 9600 біт/с. Крім того, для швидкості 9600 біт/с має місцеальтернативна модуляція - 32-позиційна ПВМ.

V.32bis Це дуплексний протокол з луна-придушенням і модуляцією ПВМ.
Використовуються ті ж, що в V.32, частота несучого сигналу - 1800 Гц, імодуляційних швидкість - 2400 бод. Має режими 16-ТСМ, 32-ТСМ, 64-ПВМ і
128-ПВМ. Відповідно, інформаційна швидкість може бути 7200, 9600,
12000 та 14400 біт/с. Режим 32-ПВМ повністю сумісний з відповіднимрежимом V.32.

Що таке K56flex?

K56flex - це спільно розроблений компаніями Lucent і Rockwellпротокол модемного зв'язку, що дозволяє завантажувати дані з Internet постандартним телефонних лініях зі швидкістю до 56 кбіт/с. Ця технологія,яка служить свого зростання мостом між існуючими методами передачіданих по аналогових лініях і цифрових мережах, наприклад, ISDN. Однак вінзабезпечує підвищену швидкість обміну даними, не вимагаючи на відміну від
ISDN додаткових капіталовкладень в цифрові лінії зв'язку.

На сьогоднішній день K56flex практично повністю витіснено протоколом x2з ринку комунікаційного устаткування. По суті, K56flex і х2 - близнюки -брати, просто за х2 коштує більше великий виробник - US Robotics,точніше - корпорація 3Com.

Технологія х2, розроблена USRobotics дозволяє модемам прийматидані зі швидкістю до 56Kbps на звичайних комутованих лініях. х2долає теоретичний поріг, накладений на стандартні аналоговімодеми, задіявши цифрові сполуки, які в переважній більшостівикористовуються Інтернет-провайдерами аж до аналогової частини звичайнихліній.

Звичайно, єдиним аналоговим з'єднанням в телефонній мережі єтелефонний кабель від абонента до АТС. За останні кілька місяцівтелефонні компанії почали процес заміни частин спочатку аналоговихз'єднань цифровими. Однак самим відстаючим ланкою у цій справі залишаєтьсятой кабель, який з'єднує вас і вашу АТС.

х2 не вимагає ніяких змін в телефонних мережах, які заразвикористовуються. Все, що необхідно для зміни якісного рівня пуламодемів провайдера - програмний апгрейд. USRobotics назвав модеми, що маютьпряме цифрове з'єднання з аналоговими лініями х2-серверними модемами.
Аналогічно, перетворення аналогового модему Courier V. Everything в х2 -клиетами модем також просто, як встановлення нової програми.

Чому V.34 не виявився останнім досягненням в передачі даних?

Модеми V.34 оптимізовані для роботи на повністю аналогових лініях. Алесьогодні має сенс взяти до уваги той факт, що сервісні провайдериволодіють цифровими каналами аж до звичайної телефонної лінії.

V.34-модеми оптимізовані для сполук типу аналог-аналог

Hесмотря на те, що більша частина мережі цифрова, модеми, що працюють напротоколі V.34 використовують її як повністю аналогову. V.34-модеми дужемогутні, але тим не менш, вони не можуть отримати максимум виграшу відрозширеної смуги пропускання, що відкривається, якщо на одному з кінцівцифрова лінія. Ці модеми були розроблені, виходячи з припущення, що

обидва кінці лінії відчувають різке погіршення зв'язку через перешкоди АЦП.

Малюнок 1 З'єднання V34

Аналогова інформація повинна бути перетворена в цифрову, щоб бутинадісланій по телефонній мережі. Оригінальний аналоговий сигнал змінюється 8000раз в секунду, і кожного разу його амплітуда записується у вигляді PCM-коду.
Система, що виробляє перетворення (модуляцію) використовує 256-дискретний
8-бітний PCM код.

У зв'язку з тим, що аналоговий сигнал безперервний, а цифрова інформаціядискретна, дані, що їх посилають по лінії приблизно відповідаєоригінального сигналу. Різниця між вихідним сигналом і відновленимдемодулірованним сигналом називається модуляційних перешкодами, які іобмежують швидкісні якості модемів.

Вищеописані перешкоди обмежують швидкість передачі данихприблизно до 35Kbps. Однак вони [перешкоди] впливають тільки наперетворення аналог-цифра, але не на цифра-аналог. Це і є основоютехнології х2: Якщо між х2-сервер-модемом і комутованої лінією немаєперетворення аналог-цифра, і якщо модулятор використовує 255-дискретнеперетворення сигналу, то тоді вихідна цифрова інформація в точностідосягає клієнта.

Відношення Сигнал-Шум

Навіть при найбільш благополучних обставинах, коли сигнал зазнаєаналого-цифрове перетворення, відношення складає 38-39 dB ( "нижнійшумовий поріг "), що і обмежує швидкості на V.34 до 33.6 Kbps.

Отже:

1. Сервер підключається по цифровому каналу до кабелю телефонної компанії. < p> 2. Сигнали сервера змушують використовувати тільки 256 PCM модуляційних шуму, код. Іншими словами, немає що з'являється при конвертації аналогових сигналів до кодів. дискретним PCM

3. Ці PCM коди перетворюються у відповідний дискретний аналоговий сигнал і надсилається клієнту за тими ж комутованих аналоговим лініях. Hе має ніяких втрат інформації (см.графік "З'єднання х2 ".)

4. Клієнт приймає сигнал і відновлює вихідні PCM коди з аналогового сигналу.

Канали: туди і сюди. асиметричні х2 з'єднання використовують одну частинудвонаправленого каналу (туди і сюди). Клієнтський х2 модем здатнийприймати дані з більшою швидкістю по одній частині каналу з тієї причини,що частина інформації не втрачається при цифра-аналог перетвореннях. Однакпід час здійснення даних клієнтським модемом по другій частині каналу (туди), сигналзазнає перетворення аналог-цифра, що й обмежує можливістьвикористання х2 і нав'язує V.34.

Детальніше про кодування

Як вже було розказано, дані, надіслані з х2-сервер модему передаютьсяпо телефонній лінії в двійковій формі. Але щоб задовольнити умовампункту 2 (див. вище), х2-сервер модем передає дані (вісім бітів усекунду) до ЦАП (цифро-аналогового перетворювача) з тією ж частотою, наякій працює телефонна лінія (8000 герц). Це означає, що частотамодему повинна співпадати з частотою лінії.

Малюнок 2 З'єднання x2

Під час встановлення зв'язку, х2 модеми відчувають лінію на використанняаналог-цифрових перетворювачів в сторону клієнта. При виявленніподібних конвертацій, модеми з'єднаються просто на V.34. Клієнтський модемтакож намагається встановити зв'язок на V.34 при неможливості серверного модемувикористання х2.

Завдання х2-клієнтського модему - розпізнати в сигналі PCM-коди з частотою
8000 герц. Якщо це вдається, тоді швидкість в сторону клієнта буде близько
64 кілобіт/с (8000 * 8 біт в коді). У той же час, деякі проблеми всетаки виникають, що трохи зменшує швидкість.

По-перше, незважаючи на те, що модуляторні шум видаленон, інший, набагатоменший шум виникає при роботі цифра-аналогового перетворювача імісцевої АТС. Цей шум виникає у зв'язку з різними нелінійнимиспотвореннями і сторонніми шумами від інших з'єднань.

По-друге, телефонні ЦАПи - не лінійні перетворювачі, а використовуютьдещо інший закон конвертації (