Передача дискретных сообщений

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СВЯЗИ УКРАИНЫ

УКРАИНCКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ им.А.С.ПОПОВА

КИЕВСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ

КАФЕДРА ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

Контрольная работа №2

«Системы документальной электросвязи»

 

Задание:

Задача №1.

Перечислите методы повышения верности при передаче дискретных сообщений (ПДС) по каналам с различными помехами.

Опишите работу дуплексной системы ПДС с решающей обратной связью, непрерывной передачей и блокировкой приемника. Постройте временную диаграмму работы системы с соблюдением масштаба, если заданы: время распространения сигнала связи t_p=200мс, длина блока n=3000, скорость модуляции В=9,6кБод. Определите емкость М буферного накопителя передатчика и время блокировки приемника при обнаружении ошибки.

Задача №2

Перечислите основные и дополнительные функции современного модема для передачи данных по каналам телефонной связи, а также международные стандарты на модемы.

Постройте подробную функциональную схему модема для работы по каналу ТЧ, опишите функции и методы построения основных узлов схемы.

Рассчитайте вероятности ошибочного приема единичного элемента сигнала при использовании различных стандартных видов модуляции, а также пропускную способность непрерывного канала ТЧ, образованного дискретного канала и коэффициент использования канала ТЧ. Задано отношение мощностей сигнал/помеха Рс/Рш=16дБ в непрерывном канале, скорость модуляции принять соответственно стандартам.

Задача№3

Постройте структурную схему каналообразующей аппаратуры с ВРК, опишите назначение узлов и работу схемы. Изобразите временные диа­граммы при использовании для сопряжения оконечных устройств с дискретным каналом методов наложения (МП) и скользящего индекса с подтверждением (СИП).

Заданы: число N=6 дискретных каналов, скорость модуляции В=100бод и допустимые краевые искажения единичных элементов б=2,5% в дискретном канале.

Определите частоту дискретизации (импульсную несущую линейного сигнала) и ширину спектра линейного сигнала и сравните их значения для двух методов.

Определите, какое количество дискретных каналов с указанными выше параметрами может быть организовано в полосе капала ТЧ при методах МН и СИП, если применена передача с ЧМ-ДБП.

Задача№4

Опишите одну из сетей документальной электросвязи по следующему плану:

• назначение, история развития сети и ее современное состояние;

•структура , топология, основные вероятностно-временные и алгоритмические характеристики;

•технические средства сети, типы и параметры оконечного, коммутационного и каналообразующего оборудования;

•форматы и коды передаваемых сообщений;

• протоколы доступа к сети и взаимодействия абонентов, стандарты.

Задача №1:

1. Существуют два метода повышения верности принимаемых сообщений. Первый метод основан на улучшении качественных показателей каналов, что достигается обычно либо путем устранения самих причин появления ошибок, либо включением в канал некоторых дополнительных устройств, уменьшающих влияние помех.

Основными причинами, вызывающими ошибки, являются имтгульсные помехи н кратковременные перерывы.

Импульсные помехи обычно появляются при снижении переходного затухания между парами в одном кабеле, а также проникают из цепей питания. Поэтому поддержание на должном уровне переходного затухания между парами в кабеле, а также улучшение фильтрации в цепях питания, применение развязывающих питающих агрегатов приводит к существенному снижению потока импульсных помех и улучшению качественных показателей канала. Другая причина появления импульсных помех носит эксплуатационно-технический характер. Поток импульсных помех значительно возрастает при проведении обслуживающим персоналом всевозможных профилактических работ на магистрали во время работы связи (всякого рода переключения, подключения измерительных приборов, чистка контактов и т. п.). Устранение появления импульсных помех в данном случае может быть достигнуто только путем повышения технической культуры эксплуатации связей.

Причиной возникновения кратковременных перерывов является обычно низкое качество контактов аппаратуры связи, а также причины, имеющие эксплуатационный характер. Значительное снижение частости появления кратковременных перерывов достигается использованием аппаратуры связи с более качественными контактами (например, при замене декадно-шагового коммутационного оборудования на координатное, квазиэлектронное и электронное), а также повышением технической культуры эксплуатации связей.

Значительное улучшение качества канала связи, особенно при организации связей большой протяженности или использование сравнительно высоких скоростей передачи, достигается включением в канал дополнительных устройств — регенеративных трансляций и фазовых корректоров. В ряде случаев это значительно повышает верность приема.

Улучшение качественных характеристик каналов с целью повышения верности приема всегда связано с определенными материальными затратами, которые в ряде случаев могут оказаться весьма высокими. Поэтому большое значение имеют широко применяющиеся в технике передачи данных методы повышения верности приема, не требующие улучшения качества канала. Эти методы основаны на внесении в передаваемый сигнал определенной избыточности. Вводимая в передаваемый сигнал избыточность вносит дополнительные условия, проверка соблюдения которых на приеме позволяет обнаружить факт искажения сигнала, а также сравнить принятый искаженный сигнал с соответствующим неискаженным.

Любые методы внесения избыточности в передаваемый сигнал связаны с увеличением объема сигнала, т. е. с увеличением либо мощности сигнала, либо ширины спектра, либо времени передачи. Возможности повышения верности приема путем увеличения мощности и ширины спектра при передаче дискретной информации по стандартным каналам связи довольно ограничены, поэтому преимущественное применение, получил метод введения избыточности путем увеличения времени передачи сигнала Этот метод может быть реализован в двух разновидностях - использованием для передачи дискретной информации пониженной по отношению к номинальному значению скорости и применением корректирующих кодов. Понижение скорости при работе по каналам невысокого качества получило широкое применение. Так, во многих типах АПД, работающих по каналам тч, предусматриваются две и более скорости модуляции (например, 600 и 1200 бод), причем с меньшей скоростью обычно ведется работа на большие расстояния, а также работа по каналам с суженной полосой пропускания (300—2700 Гц).

Применение корректиоующих кодов является более эффективным методом повышения верности, чем работа с пониженной скоростью. Оба этих метода не следует противопоставлять друг другу. Использование корректирующих кодов является методом более общим, а понижение скорости передачи можно считать частным случаем применения корректирующего кода.

2. В системе с РОС с блокировкой передача очередной кодовой комбинации производится, не дожидаясь приема по обратному каналу сигнала обратной связи, что позволяет существенно повысить скорость передачи полезной информации.

Принцип работы данной системы (рис.1.1), в которой сигналом «запрос» является разрешенная кодовая комбинация.

Рис. 1.1. Функционная схема АПД с РОС

По сигналу «ввод» передаваемая информация поступает в кодер, кодируется кодом, обнаруживающим ошибки, и передается в дискретный канал связи. Одновременно она запоминается в буферном накопителе. В приемнике противоположной станции принимаемая последовательность поступает в декодер и декодируется в нем. Если при этом ошибок не обнаруживается, то информационные разряды, накопленные в буферном регистре декодера, поступают к потребителю информации. Если обнаружена ошибка, то вырабатывается сигнал «ошибка», который стирает со­держимое буферного регистра декодера и через устройство управления воздействует на датчик комбинации «запрос», которая посылается на противоположную станцию. Кроме того, прекращается выдача сигнала «ввод», а следовательно, и передача информации. После передачи комбинации «запрос» информация, накопленная в буферном накопителе, через ключ К передается в дискретный канал.

На противоположной станции комбинация «запрос» регистрируется дешифратором служебной комбинации, который вырабатывает специальный сигнал, который поступает на устройство управления, которое производит те же операции, что и при получении сигнала обнаруженной ошибки: посылает комбинацию «запрос», вслед за чем передает содержимое буферного накопителя.

Временная диаграмма работы системы иллюстрируется рис.1.2 Символ S обозначает искаженную кодовую комбинацию, комбинация «запрос» обозначена как ЗК.

Рис 1.2 Временная диаграмма работы дуплексной системы с РОС

Если комбинация «запрос», передаваемая станцией Б исказится, то приемник станции А воспримет ее как искаженную кодовую комбинацию; на станцию Б при этом будет передана запросная комбинация и т. д. Процесс переспроса не изменится и сбоя в работе не произойдет. Искажение комбинации «запрос», передаваемой станцией А, не имеет значения, так как приемник станции Б, будучи заблокированным, ее не воспринимает. При одновременном искажении комбинаций в обоих направлениях сигналы «запрос» посылаются и в том, и в другом направлениях. В результате происходит блокировка приемников. Передатчики начинают передавать информацию, накопленную в буферных накопителях, после чего восстанавливается нормальная работа связи.

Если в комбинации «запрос» имеется необнаруженная ошибка. На противоположной станции искаженная запросная комбинация воспринимается как разрешенная кодовая и продолжается передача информации. В то же время приемник станции, пославший запросную комбинацию, заблокирован, при этом теряется М кодовых комбинаций.

В том случае, когда в одном из направлений отсутствует информация для передачи, прибегают к передаче так называемой «фиктивной» информации, не выдаваемой из АПД потребителю. Необходимость в передаче «фиктивной» информации вытекает из требования поддержания импульсной и цикловой синхронизации в канале передачи данных с тем, чтобы обеспечить нормальные условия передачи сигнала «запрос» в любой момент времени.

3.

а) время блокировки приемника:

T = 3t_k + 2t_p

Где: t_k – время передачи кодовой комбинации,

t_p – время распространения сигналов в канале.

t_k = nt = n/B; t_k = 3000/9,6·10³ = 312.5 мс.

t_p = 200 мс.

Т = 3·312.5 + 2·200 = 1337.5 мс.

б) емкость буферного накопителя:

М = < 3 + 2 t_p / t_k >;

М = < 3 + 2·200/312.5 > = <4,28> = 5 к.к.

Задача №2

1.

Oсновные функции, выполняемые модемом:

·  передача дискретной информации по каналу связи;

·  сжатие передаваемой информации и коррекция ошибок, возникших при передаче ;

·  спецификация цепей стыка между модемом и компьютером .

Дополнительные функции:

Передача и прием факсимильных сообщений, аппаратный АОН, автоответчик, голосовая почта, Voice и ASVD или DSVD, аппаратная защита модема паролями, удаленное конфигурирование и прослушивание записанных сообщений, обратный звонок, и т.д.

Протоколы связи

Протоколы связи, которые всегда реализованы в модеме на аппаратном уровне, определяют самое важное - скорость передачи и метод модуляции аналогового сигнала цифровым. Модем, который не соблюдает какой-либо из этих протоколов, просто не сможет связаться ни с каким другим модемом. В настоящее время самые распространённые протоколы связи определяются рекомендациями МККТТ(Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии). Вот основные из этих стандартов:

V.21 Очень древний стандарт для скорости 300bps.

V.22 Тоже древность, скорость до 1200bps.

V.22bis Включает в себя V.22, но поддерживает скорость до 2400bps.

V.32 Обеспечивает скорость до 9600bps. Поддерживается большинством выпускаемых сейчас модемов.

V.32bis Усовершенствованный V.32, предусматривающий скорость до 14400bps. До недавнего времени это был самый последний скоростной протокол, который являлся промышленным стандартом. Если говорилось, что модем работает на скоростях до 14400, то подразумевалось, что он использует именно этот протокол для работы. Протокол хорош при работе на хороших и средних линиях, но если Вам не повезло, и нет возможности поменять номер (АТС, место жительства, страну проживания), то при работе на V.32bis могут быть проблемы. В частности, он очень неустойчив, если на линии периодически возникает треск или имеется тихий, но сплошной шум. В случае шума протокол просто не даст вам скорости, обеспечивая каких-нибудь 200-300 cps (символов в секунду) при работе на любой скорости от 4800 до 14400 вместо положенных 1600 на 14400. В случае же тресков он имеет довольно большую вероятность просто слететь с линии по причине невозможности выполнить пересогласование контуров приёма-передачи (retrain). Кроме того, есть ряд линий, где V.32bis не работает вообще. Достаточно распространенное кое-где мнение о том, что скоростные протоколы на наших плохих линиях, практически, неработоспособны, связано именно с этими проблемами V.32bis.

V.34 Разработан в 1994г. Расчитан на скорости до 28800bps. Пока не был официально утверждён под именем V.34, производители модемов, опережая события, выпускали устройства на 28800bps, совместимые с ещё не существующим стандартом (который тогда называли условно V.fast или V.fc). V.34 пришёл на смену давно устаревшему промышленному стандарту V.32bis. В отличие от последнего, реализующего скорости от 4800 до 14400 bps, протокол V.34 позволяет работать на тех же самых линиях со скоростями 2400-28800, то есть, в два раза быстрее, отличаясь при этом не меньшей, а большей надёжностью и устойчивостью к возмущениям на линии. Такие особенности, как встроенный (заложенный в спецификацию протокола) аналог ASL (tm) by USRobotics, дают возможность получить на конкретной линии всё то, что только возможно. А возможность компрессии данных с помощью протокола V.42bis даёт производительность до 10000 символов в секунду (примерно 5 печатных листов).

ASL (tm) (Adaptive Speed Leveling) - это запатентованное фирмой USRobotics расширение протокола V.32bis, направленное на повышение производительности работы в условиях изменяющегося качества линии. Помимо таких стандартных средств, как fall-back и fall-forward (то есть, автоматического понижения и повышения скорости связи при изменении состояния линии; кстати, модемы серии Sportster умеют только снижать скорость, но не повышать ее) ASL включает в себя такие возможности, как Quick Connect (QC), Quick Retrain (QR) и независимую подстройку скоростей в каналах приема-передачи. QC и QR обеспечивают установление связи между двумя модемами за 5 секунд в отличие от 12-15 при обычной процедуре коннекта. Если сам коннект (собственно, установление соединения после дозвона) ещё можно подождать, то особенно заметно неудобство протокола V.32bis при наличии периодических шумов в линии, вызывающих частые или постоянные ретрейны. В этом случае разница по длительности в 8 или 2 секунды соответственно без и с ASL при многократном повторении становится уже заметной и потеря времени на ретрейны способна значительно снизить суммарную производительность передачи данных. Hезависимая подстройка скоростей в каналах приема-передачи - вторая основная особенность технологии ASL. Большинство телефонных линий несимметричны по качеству. В частности, бывает так, что в одном направлении модем способен работать на 14400, а в другом - только на 4800. Все модемы в такой ситуации свяжутся на минимально возможной, а именно 4800. Исключением является модемы серии Courier with ASL: они в такой ситуации допускают работу на разных скоростях в разных направлениях: 14400 в одном и 4800 в другом. Если направление с лучшим качеством совпадает с основным потоком передаваемых данных, то Вы получаете значительное сокращение времени передачи. Если добавить к вышесказанному ещё и способность в процессе связи подстраивать скорости также независимо при изменении условий как в худшую, так и в лучшую стороны, то очевидно, что ASL стоит того, чтобы платить за нее дополнительные деньги: как и HST, ASL присутствует только в моделях серии Courier. В моделях серии Sportster ASL, как и HST, нет.

V.fast/V.FC(fast class) - Фирменный протокол фирмы Rockwell, поддерживающий скорости 14400-28800. Благодаря наличию специализированного модемного набора микросхем для V.FC многие фирмы давно уже выпускают модемы с поддержкой V.FC или производят апгрейд своей продукции путём замены чипсета на плате модема. V.FC поддержан в модели USR с целью совместимости с миллионным парком модемов V.FC в мире, поскольку при наличии V.34 целесообразно работать именно на нём. Теперь это общепринятое название стандарта на дуплексные модемы для 2-проводных коммутируемых и выделенных линий со скоростью более 19.2 Кбит/с. Многие модемы с фирменными протоколами на скорости равные или больше 19.2 Кбит/с. также называются V.fast модемами.

V.34bis Развитие V.34. Скорость работы - 33600 bps.

Некоторые фирмы-производители модемов сочли стандарты МККТТ недостаточно хорошими и разработали свои фирменные протоколы связи, которые нередко выигрывают в сравнении со стандартами МККТТ по устойчивости, помехозащищённости, приспосабливаемости к линии, однако главный их недостаток - то, что с ними могут работать только модемы данной фирмы и для связи нужно, чтобы на обоих концах линии были совместимые модемы. Самые популярные из фирменных протоколов:

ZyX (фирмы ZyXEL) является простым расширением V.32bis до 19200, как и V.32terbo.

V.32terbo Протокол фирмы AT&T, являющийся фирменным расширением стандарта V.32bis. Допускает работу на скоростях 4800-19200. V.32terbo, как и протокол ZyX фирмы ZyXEL, является расширением стандарта V.32bis, только в другом направлении. Благодаря тому, что AT&T не спрятали спецификацию протокола, как это сделал ZyXEL, а сделали её публичным достоянием, на сегодня на рынке много модемов разных производителей, имеющих протокол V.32terbo. Если не считать новых стандартов V.34 и V.FC, то V.32terbo является наиболее скоростным из всех протоколов, на котором обеспечивается совместимость модемов разных производителей. Корпорация USRobotics развила этот протокол ещё дальше, и при работе с себе подобными модемы серии Courier позволяют работать на V.32terbo со скоростью до 21600 bps.

PEP (фирмы Telebit).

HST (High Speed Technology) - это фирменный протокол, разработанный фирмой USRobotics специально для обеспечения высокой скорости и надёжности при работе на самых плохих телефонных линиях. В условиях нашей страны это особенно актуально: далеко не у всех линии позволяют работать на других протоколах, например, V.32bis. Тем, кто впервые увидел работу HST на 16800 (до 2000 cps в идеальном случае) там, где раньше связь была возможна только на 2400 (150-220 cps), а выше просто не удавалось соединиться, кажется невероятным увидеть на той же самой линии CONNECT 16800/Arq/Hst/Hst/V42bis, и получить при этом скорость 1000-1500-1900 cps. Если Вы слышали, с каким трудом происходит порой соединение на скоростях от 4800 и выше на других протоколах (ZyX, V.32bis), то Вы будете удивлены скорости коннекта на HST: это всего лишь 5-7 секунд в отличие от 12-15 и больше на V.32bis. При этом основным критерием качества линии является работоспособность на ней протокола V.22bis (2400). Если 2400 работает, то на HST вы всегда получите CONNECT 16800 и cps не менее 800-1000, а, как правило, даже выше. Дополнительный плюс - это крайне быстрая процедура пересогласования схем модемов при изменении параметров линии (т.н. ретрейн). Hа V.32bis ретрейн занимает порядка 8-12 секунд (это если только он прошёл с первого раза). Технология Quick Retrain фирмы USR позволяет при работе с ASL сократить это время до пары секунд при работе на V.32bis. В случае же HST фирма пошла еще дальше: ретрейн на HST занимает всего четверть (0.25) секунды! При этом протокол почти никогда не обрывается, один раз соединившись, что крайне полезно при междугородних и международных звонках, всегда даст свою скорость.

V90. 6 февраля 1998 г. в Женеве Международный телекоммуникационный союз (ITU — International Telecommunication Union) принял стандарт V.90 для передачи данных на скоростях до 56 Kbps. Тем самым завершилась более чем двухлетняя «война» двух протоколов - Х2, предложенного компаниями US Robotics и ЗСом, и K56Flex от Rockwell International и Lucent Technologies.

Стандарт V.90 еще называют V.PCM (Pulse Coded Modulation) или стандарт с импульсно-кодовой модуляцией. При этом использование данного вида модуляции не нарушает требований протокола V.34 и других морально устаревших аналоговых стандартов. Таким образом, согласно V.90 поток данных, поступающих от провайдера к конечному потребителю, не проходит фазу аналогового кодирования. Вместо этого данные кодируются по методу РСМ, причем импульсы передаются на разных уровнях сигнала.

Естественно, что использование протокола V.90 накладывает очень жесткие условия на качество телефонных каналов связи и самой АТС. Причем ваша АТС и АТС провайдера должны быть цифровыми. Это требование не является чрезмерным, поскольку сейчас модемные пулы практически всех ведущих провайдеров установлены на цифровых АТС.

В цифровой телефонии частота сигнала дискретизации составляет 8 kHz, а число уровней дискретизации — 256, что соответствует восьми разрядам, поэтому максимальная скорость передачи данных может составлять 64 Kbps. Откуда же взялось ограничение в 56 Kbps в протоколе V.90? Дело в том, что понижение уровня передачи данных с 64 до 56 Kbps преследовало две цели. Во-первых, уменьшить нелинейные характеристики аналогового оборудования, которое обеспечивает связь с конечным потребителем, и вовторых, уменьшить уровень шумов и перекрестных помех между соседними телефонными каналами.

При использовании модемов и обычных телефонных линий связи обмен данными ведется на одной из стандартных скоростей - 2400, 4800, 7200, 9600,12000,14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 31200 и 33600 bps. Отметим, что на указанных скоростях данные могут как приниматься, так и передаваться. При использовании стандарта V.90 модемы могут принимать цифровые данные на одной из следующих скоростей - 28000, 29333, 30666, 32000, 33333, 34666, 36000, 37333, 38666, 40000, 41333, 42666. 44000,45333, 46666, 48000,49333, 50666, 52000,53333, 54666,56000 и 57333 bps. Для удовлетворения части 15 правил, принятых Федеральной комиссией по связи (FCC), ограничивающих уровни электромагнитных излучений электрических приборов, передача цифровых данных на скоростях выше 53 Kbps no обычным телефонным каналам запрещена. Поэтому даже при использовании протокола V.90 и отличного телефонного канала скорость передачи данных не превысит 53 Kbps. На практике же модемы крайне редко соединяются на скоростях, превышающих 44 Kbps.

Протоколы коррекции ошибок

В разработке и реализации этих протоколов раньше всех преуспела фирма Microcom. Ей принадлежит группа стандартов MNP (Microcom Networking Protocol), которые сейчас поддерживаются большинством выпускаемых модемов.

MNP1 Обеспечивает коррекцию ошибок, предназначен для модемов, передающих информацию в асинхронном полудуплексном режиме*. Это самый простой из протоколов MNP, однако вследствие его малой эффективности большинство современных модемов с аппаратной реализацией коррекции ошибок его не поддерживают.

MNP2 Близок к MNP1, но использует полнодуплексную связь, что повышает пропускную способность. MNP2 собирает байты данных их в блоки переменного размера, снабжая каждый блок контрольной суммой, что позволяет добиться стопроцентного обнаружения ошибок.

MNP3 Начиная с MNP3, устаревшая технология стартовых и стоповых битов больше не поддерживается. Получив асинхронный** байт от компьютера, модем убирает из него стартовые, стоповые и контрольные биты, оставляя только голый байт данных. Затем эти байты, как обычно, собираются в блоки и снабжаются контрольной суммой и другой служебной информацией. За счёт этого удаётся ещё больше повысить производительность (примерно на 20%).

MNP4 Отличается от MNP3 тем, что способен (как и MNP2) на ходу менять размер блока данных, приспосабливаясь к качеству линии***, - если ошибок слишком много, модем с MNP4 уменьшает объём блока, повышая тем самым надёжность передачи. Кроме того, в этом протоколе уменьшены затраты на передачу служебной информации. В результате и надёжность, и производительность у MNP4 выше, чем у MNP3 (по сути, этот протокол объединил всё лучшее из MNP2 и MNP3).

MNP5 Отличается от MNP4 только умением сжимать передаваемые данные****, что позволяет заметно повысить пропускную способность (в частности, при передаче текстов или баз данных). Символы, часто встречающиеся в передаваемом блоке, кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся символы. Дополнительно кодируются длинные цепочки одинаковых символов. Обычно при этом текстовые файлы сжимаются до 35% своей исходной длины. Однако, если данные уже сжаты архивный файл), MNP5 работает даже медленнее MNP4, так как безуспешно пытается сжать несжимаемое. Модем, поддерживающий MNP5, работает и с протоколами MNP1-MNP4. Связавшись, модемы сами (не заметно для пользователя) договариваются, по какому протоколу будет происходить передача, пытаясь установить возможно более высокий класс MNP.

MNP6 Дополняет протокол MNP4 и MNP5 автоматическим переключением между дуплексным и полудуплексным режимами в зависимости от типа передаваемой информации, обеспечивает совместимость с протоколом CCITT V.29 (стандарт на передачу факсимильных сообщений на скорости 7200 и 9600 бит/с). Создание этого протокола было вызвано появлением факс-модемов, имеющих свои особенности (например, все протоколы факсимильных аппаратов группы 3, к которым относятся и факс-модемы, являются полудуплексными, то есть в отличие от модемов факсам не нужно сразу и передавать, и принимать сообщение).

MNP7 Дальнейшее развитие протокола MNP5, применена усовершенствованная процедура сжатия данных (Enchanced Data Transmission), совместимая с процедурой MNP5, но более эффективная. Коэффициент сжатия возрастает до 2,4:1.

MNP8 Объединение метода сжатия MNP7 с алгоритмом "Fast Train" для модемов по Рекомендации V.29, это делает возможной передачу со скоростью до 30000 бит/с. Предусмотрены 2 новые процедуры: "Piggyback Acknowledgements" - интеграция пакетов обратных сообщений в пакетах передачи данных и минимизация канального заголовка: "Multiple Selektive Negative Acknowledgements" - исключение части обратной передачи путём селективного подавления блоков при наличии ошибок передачи.

MNP9 Аналогичен протоколу MNP7, но дополнительно используется процедура "Enchanced Universal Link Negotiation", что позволяет оптимизировать реальную дуплексную передачу по Рекомендации V.32bis в сочетании с усовершенствованным сжатием данных и достигнуть эффективности 300%.

MNP10 применяется в модемах фирмы Microcom (MNP1-MNP5 предоставляются Фирмой Microcom по лицензии другим производителям модемов). Это протокол предназначен для связи по сильно "зашумленным" каналам, таким, как линии сотовой связи, международные или сельские линии. Стабильность работы достигается при помощи следующих методов:

·  многократного повторения попытки установить связь;

·  изменения размера пакетов в соответствии с изменением уровня помех на линии;

·  динамического изменения протокола соединения*****.

·  В полудуплексном режиме данные передаются не одновременно в двух направлениях, как в дуплексном, а поочередно.

** Собственно, слово "синхронный" звучит несколько некорректно: модем с компьютером всегда обмениваются данными в асинхронном режиме; но при синхронном методе передачи данных из передаваемой компьютером информации удаляются старт/стопные биты, а получившийся сплошной поток данных передаётся удалённому модему уже с синхронизацией.

*** При увеличении числа ошибок размер блоков уменьшается, повышая вероятность успешного прохождения отдельных блоков.

**** Суть сжатия информации заключается в том, что символы, часто встречающиеся в передаваемом блоке, кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко встречающиеся. Кроме того, кодируются длинные цепочки одинаковых символов. В совокупности это позволяет сжать текстовые файлы до 35% их исходной длины. Однако следует учесть, что если данные изначально не содержали избыточной информации, или содержали, но перед пересылкой были сжаты одним из архиваторов (например, ТАR или PkZIP), то дополнительного увеличения эффективности за счёт сжатия данных модемом не происходит - даже наоборот, объём передаваемой информации может увеличиться.

***** Например, модемы связались по спецификации V.32terbo, затем, из-за ухудшения условий связи, произошёл переход на V.32, а когда помехи исчезли - на V.32bis, а потом и V.34.

V.42 - это протокол автоматической коррекции ошибок при передаче. Совместим с MNP1-MNP4, но содержит более гибкие и эффективные методы коррекции ошибок и применяет методику LAPM (Link Access Protocol for Modems). Большинство выпускаемых сейчас модемов поддерживают и MNP1-MNP5, и V.42.

V.42bis - это протокол динамического сжатия данных 'на лету' при передаче их через модем с целью повышения эффективной производительности, развитие V.42, которое отличается высокой эффективностью и иногда даёт некоторый выигрыш даже при пересылке сжатых файлов. Обеспечивается сжатие до 4-х раз. Поддерживается большинством модемов.

BTLZ Первым отличием протокола BTLZ от других является способ организации справочника, в котором хранятся более короткие коды, используемые для передачи вместо повторяющихся более длинных отрезков данных. В то время, как при других алгоритмах справочник заранее определён и хранится в ПЗУ, алгоритм BTLZ динамически формирует идентичные справочники на передающей и приёмной сторонах, и последние хранятся в ОЗУ. Поэтому достигаемая степень сжатия при этом тем больше, чем больший объём памяти занят справочником, в то время, как степень сжатия при других алгоритмах ограничена фиксированным объёмом справочника.

Другим преимуществом протокола BTLZ является его способность распознавать наличие последовательностей данных, близких к случайным. При обнаружении этого алгоритм выключает механизм сжатия, продолжает контроль, и включает этот механизм при пропадании случайного характера последовательности данных. Другие рассмотренные протоколы в такой ситуации снижают пропускную способность до величины меньшей, чем даже номинальная скорость модема.

В то же время, МККТТ был сделан вывод, что эффективность сжатия конкурирующих протоколов примерно одинакова.

При сжатии текстов с помощью протокола BTLZ могут быть получены отношения до 3:1, в то время, как для более регулярных данных, таких, как файлы динамических таблиц и некоторые графические файлы, коэффициент сжатия может достигать значений 4:1. Данный метод сильно чувствителен к ошибкам в потоке данных, которые приводят к изменению передающего и приёмного справочников. Поэтому он должен использоваться в сочетании с исправлением ошибок; по этой причине он введён как Рекомендация V.42.bis - добавление к предварительно принятой Рекомендации V.42.

Возможны 2 варианта реализации метода: недорогая и сложная, но зато обеспечивающая более высокую степень сжатия информации.

LAPM (Link Access Procedure for Modems) - протокол защиты от ошибок для модемов основан на стандартной процедуре HDLC (Стандарт ISO 4335) и приведён в Рекомендации V.42. Протокол имеет следующие основные характеристики:

·  взаимодействие в режиме без исправления ошибок с модемами серии V., имеющими асинхронно-синхронное преобразование по Рекомендации V.14, но не реализующими функции защиты от ошибок;

·  обнаружение ошибок с помощью циклического кода;

·  исправление ошибок путём автоматического запроса повторения данных, принятых с ошибками (метод ARQ);

·  синхроннаая передача стартстопных данных;

·  процедура начального вхождения в связь

·  проведение начального вхождения в связь для определения типа протокола защиты от ошибок, используемого в дальнем модеме;

·  установка режима работы с защитой от ошибок или без неё в процессе вхождение в связь;

·  координация согласования необходимых параметров и факультативных процедур;

·  стартстопно-синхронное преобразование данных.

Устройства защиты от ошибок модемов взаимодействуют между собой при помощи кадров, состоящих из: открывающего и закрывающего флагов ("01111110"), поля адреса, поля управления, информационного поля, проверочной комбинации FCS. На передаче и приёме предусматриваются меры для исключения появления в передаваемой информации комбинации флага путем вставки двоичного нуля после пяти двоичных единиц на передачи и исключения их на приёме.

Комбинация проверки кадров FCS может иметь 16 битов или 32 бита. В первом случае используется образующий полином 16 12 5

" X + X + X + 1" (биты, вводимые для обеспечения прозрачности, не учитываются); во втором случае используется образующий полином 32 26 23 22 16 12 11 10 8 7 5 4 2

" X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + X + 1".

В поле управления передаются номера кадров, а также команды и ответы (например, "Готовность к приёму", "Неприём", "Разъединение", всего 12 команд и ответов). Обмен командами и ответами позволяет осуществить запрос повторной передачи, временную остановку передачи, восстановление обмена кадрами и другие необходимые рабочие процедуры.

В одном из добавлений к Рекомендации V.42 приведены возможные направления усовершенствования протокола LAPM, например путём введения дополнительных процедур:

·  сжатия данных (реализовано в Рекомендации V.42bis);

·  исправления ошибок без обратной связи (с помощью ошибкоисправляющего кода);

·  статистического мультиплексирования;

·  обмена служебной информацией между функциями управления;

·  согласования скорости, формата знака;

·  работы по несимметричному или полудуплексному соединению.

Рис.2.1. Модем по рекомендации V.32bis

2.

Структура современного модема (по рекомендации V.32bis).

 

Выход передатчика и вход приемника соединены с дифсистемой, которая осуществляет частичное разделение сигналов встречных направлений и обеспечивает двухпроводный интерфейс с телефонной линией. Кроме того на рисунке изображен эхокомпенсатор, который обеспечивает дуплексную работу модема и представляет собой адаптивный трансверсальный фильтр имитирующий тракт прохождения эхосигнала.

Структура передатчика. С выхода терминального оборудования данных (обычно - компьютер) на вход передатчика поступает последовательный поток дискретных данных, который обрабатывается скремблером. Скремблер производит над сигналом обратимое преобразование, обеспечивающее случайный характер выходного потока. Передача сигналов имеющих неслучайный характер, например длинная последовательность "0" или "1", может отрицательно сказаться на работе приемника. Однако производитель модема не может накладывать какие-либо ограничения на входной сигнал, и модем должен передавать информацию любого вида. Поэтому используют скремблер, сигнал на выходе которого носит случайный характер даже при подаче на вход длинной последовательности "0" или "1".

С выхода скремблера сигнал поступает на вход преобразователя “последовательный в параллельный”, который обеспечивает разбиение последовательности входных бит на группы, в зависимости от выбранной скорости передачи. Далее старшие биты каждой битовой группы подвергаются сверточному кодированию и вместе с младшими незакодированными битами обрабатываются КАМ-кодером, который осуществляет отображение входных битовых групп на сигнальную плоскость. На выходе КАМ- кодера мы получаем амплитуды косинусной (синфазной) и синусной (квадратурной) несущих, которые на плоскости сигнального созвездия соответствуют абциссе и ординате декартовой системы координат.

Обе эти составляющие обрабатываются фильтрами низких частот (ФНЧ) и модулируют несущую частоту 1800 Гц. Использование ФНЧ необходимо для устранения необратимых искажений при модуляции, вызванных наложением спектров. Сама же модуляция, как это видно из рисунка производится простым умножением синфазной и квадратурной составляющих сигнала на гармонические функции косинуса и синуса.

Все эти операции, хотя и отмечены на рисунке блоками, не подразумевают в современном модеме физических устройств, а реализуются программно на цифровом сигнальном процессоре.

После модуляции сигнал через выходной порт сигнального процессора подается на микросхему ЦАП, которая осуществляет преобразование сигнала из цифрового вида в аналоговый. После этого сигнал с выхода передатчика через дифсистему передается по телефонному каналу к удаленному модему. Так как модемы работают в дуплексном режиме, в то же самое время передатчик удаленного модема, выполнив преобразования, аналогичные рассмотренным выше, осуществляет передачу сигнала, который также пройдя через телефонный канал и дифсистему поступает на вход приемника модема, изображенного на рисунке.

В приемнике модема входной аналоговый сигнал преобразуется к цифровому виду микросхемой АЦП и подается во входной порт сигнального процессора реализующего алгоритмы функционирования приемника.

Первым делом в приемнике выполняется эхокомпенсация. Из-за несовершенства дифсистемы, на вход приемника попадает сигнал с выхода собственного передатчика. Этот сигнал называется эхосигналом и препятствует нормальному приему. Эхосигнал в приемнике воспринимается просто как паразитный шум, поэтому параллельно тракту прохождения эхосигнала включают адаптивный эхокомпенсатор, который синтезирует на своем выходе точную копию эхосигнала.

Как видно из рисунка, компенсация эхо-сигнала производится вычитанием выходного сигнала эхокомпенсатора из входного сигнала приемника. Действительно, сигнал на входе приемника содержит две составляющие: искаженный сигнал, пришедший от удаленного передатчика и эхосигнал. Если из этой смеси двух сигналов вычесть точную копию эхо-сигнала, то можно добиться полной эхокомпенсации , а значит и обеспечения качественного разделения сигналов встречных направлений. После эхокомпенсации сигнал поступает в блок преобразования тактовой частоты. АЦП на входе приемника производит аналого-цифровое преобразование с той же тактовой частотой что и ЦАП передатчика (АЦП и ЦАП тактируются от одного и того же генератора). Это необходимо для нормальной работы эхокомпенсатора, ведь источником эхосигнала является сигнал передатчика. Теперь, когда произведена эхокомпенсация и необходимо произвести обработку сигнала удаленного передатчика, эта обработка должна осуществляться в цифровом виде с той же тактовой частотой, что и в удаленном передатчике. Однако, очевидно, что тактовые частоты двух удаленных от друга модемов могут отличаться из-за различных кварцевых задающих генераторов, и хотя это отличие достаточно мало, оно препятствует нормальному приему сигнала. Поэтому специальный алгоритм производит оценку расхождения тактовых частот ближнего приемника и удаленного передатчика и компенсацию этого расхождения в блоке преобразователя тактовой частоты.

В передатчике мы имели дело с сигналом, имеющим две составляющие - косинусную (синфазную) и синусную (квадратурную). Поэтому после преобразования тактовой частоты сигнал в блоке “фазовый расщепитель” подвергается разделению на две составляющие. Синфазная составляющая является копией входного сигнала, а квадратурная получается в результате изменения фаз всех спектральных составляющих входного сигнала на 90 градусов .

На схеме входной сигнал фазового расщепителя изображен одной стрелкой, а выходной - двумя, так как выходной сигнал имеет две составляющие (синфазную и квадратурную). Для удобства описания такого сигнала используют комплексные числа ( комплексное число также имеет две части: вещественную и мнимую). Говорят, что фазовый расщепитель осуществляет переход к комплексному аналитическому сигналу. При этом подразумевают, что синфазная составляющая - это вещественная, а квадратурная - мнимая части комплексного аналитического сигнала.

Проходя через телефонный канал, сигнал передатчика удаленного модема подвергается сильным искажениям. Основной составляющей этих искажений являются линейные искажения, которые в спектральной области проявляются в виде неравномерного затухания и задержки различных частотных составляющих передаваемого сигнала, а во временной области проявляются как межсимвольная интерференция, т.е. влияние соседних передаваемых символов друг на друга. Это влияние настолько велико, что без компенсации линейных искажений невозможен прием сигнала даже на самых низких скоростях. Поэтому с целью компенсации линейных искажений сигнала в приемнике модема по рекомендации V.32bis ставится адаптивный корректор. По своей структуре он очень похож на эхокомпенсатор и также является адаптивным трансверсальным фильтром, содержащим линию задержки и набор весовых коэффициентов. Во время приема сигнала адаптивный корректор постоянно подстраивается, отслеживая медленные изменения характеристик телефонного канала.

После компенсации линейных искажений сигнал с выхода адаптивного корректора поступает на вход демодулятора, который осуществляет операцию, обратную модулятору передатчика. Как видно из рисунка, работой демодулятора управляет блок оценки частоты несущей. Мы уже говорили, что частота несущей в модемах по рекомендации V.32bis равна 1800 Гц. Тогда возникает вопрос: зачем оценивать частоту несущей, которая и так известна? Проблема в том, что, хотя передатчик удаленного модема действительно использует частоту 1800 Гц при модуляции, сигнал, проходя через телефонный канал, подвергается действию факторов, приводящих к смещению несущей частоты. И хотя это изменение достаточно мало (порядка 0,3 %), необходимо его компенсировать. К примеру, если в телефонном канале произошло смещение частоты на 5 Гц, то частота демодулятора должна быть уже не 1800 Гц, а 1795 Гц. Смещение частоты для различных каналов ТЧ имеет разную величину и может меняться в процессе передачи данных. Поэтому во время процедуры начального соединения каждый из модемов оценивает частоту несущей и продолжает ее подстраивать в процессе передачи .

С выхода демодулятора на вход декодера поступает комплексный сигнал, каждый отсчет которого соответствует какому-либо положению на плоскости сигнального созвездия. На сигнальном созвездии присутствуют так называемые разрешенные значения, т.е. те значения, которые могут передаваться передатчиком. Задача декодера состоит в том, чтобы по входному демодулированному комплексному отсчету выбрать одно из разрешенных значений на сигнальном созвездии.

Если бы не существовало искажений и шумов в канале связи, а также шумов алгоритмов обработки сигнала в передатчике и приемнике, то сигнал на выходе демодулятора в точности соответствовал бы разрешенным значениям сигнального созвездия. Однако в реальной ситуации это невозможно. И принимаемый сигнал попадает в некоторую окрестность от передаваемого. Если шум невелик и приемник работает без ошибок, принимаемые сигнальные точки, хотя и не совпадают в точности с переданным значением, однако находятся к нему ближе, чем ко всем другим разрешенным значениям. В этом случае ошибки не происходит. Если же принятая сигнальная точка оказывается в окрестности разрешенного значения, отличного от переданного, то решающее устройство принимает неверное решение и происходит ошибка. Описанный метод принятия решения достаточно нагляден и очевиден: считается, что передавалось то из разрешенных значений, которое наиболее близко к принятой сигнальной точке.

Однако, в модеме по рекомендации V.32bis, используется решетчатое кодирование, и поэтому применяется более эффективный алгоритм. Сверточный кодер на передаче специальным способом вводит связь между последовательными передаваемыми отсчетами, и при принятии решения кроме текущей сигнальной точки учитывается некоторое количество предыдущих. Такой алгоритм называется декодированием по Витерби. Этот алгоритм гораздо сложнее тривиального решающего устройства, описанного ранее, но зато обеспечивает более высокую помехоустойчивость приема. После декодирования сигнал в виде последовательного потока бит подается на дескремблер, осуществляющий операцию, обратную скремблеру передатчика. С выхода дескремблера дискретные данные передаются на выход приемника модема (это не означает, что выход дескремблера непосредственно подключается к компьютеру, далее сигнал может обрабатываться протоколом сжатия и коррекции ошибок V.42bis, протоколом V.24 и др.)

3.

Вероятности ошибочного приема единичного элемента при различных видах модуляции:

h = ;  = 16дБ = 39,8р.

h = 6,3

Р_ош ( АМ ) = 0,5·(1-Ф(h/Ö2)) = 0,5·(1-Ф(4,45)) = 4,6·10^-10

Р_ош ( ЧМ ) = 0,5·(1-Ф(h)) = 0,5·(1-Ф(6,3)) = 6,52·10^-10

Р_ош ( ФМ ) = 0,5·(1-Ф(hÖ2)) = 0,5·(1-Ф(8,91)) = 9,22·10^-10

Р_ош ( ОФМ ) = 1-Ф²(hÖ2) = 1-Ф²(8,91)) = 1,9·10^-19

Пропускная способность непрерывного и дискретного каналов:

С_д = В(log m + (P/(m-1))logP + (1-P)log(1-P)),

При m=2; С_д = В(1 + P logP + (1-P)log(1-P)),

В = 2400 бод.

( АМ ) С_д = В = 2400 бит/с,

( ЧМ ) С_д = В = 2400 бит/с,

( ФМ ) С_д = В = 2400 бит/с,

( ОФМ ) С_д = В = 2400 бит/с.

С_н = DF log(1+Р_с/Р_ш),

С_н = 3100 log(1+6,3) = 3100 · 0,863 = 2676 бит/с.

Коэффициент использования КТЧ:

К_и = С/В_мах;

К_{и ам} = К_{и чм} = К_{и фм} = К_{и офм} = 2400/2400 = 1

Для непрерывного канала В_мах = 2DF = 6200,

К_и = 2676/6200 = 0,43.

Задача №3.