Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Принципи роботи та структура модемів.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра ЕЗІКТ
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Основи теорії інформації та цифрової передачі даних
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет "Львівська політехніка"
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Кафедра ЕЗІКТ
КУРСОВА РОБОТА
на тему
"Принципи роботи та структура модемів"
з курсу: "Основи теорії інформації та цифрової передачі даних"
Львів -2008р.
Вступ
1. Загальна информацыя
Модем? Що це таке?!
Структура модема
Як він працює?
2.Класифікація модемів. Порівняльний аналіз різних класів. Оцінка характеристик
2.1Класифікація модемів
2.2Порівняння характеристик модемів для виділених і комутованих каналов
2.2.1 Модеми для виділених каналів
2.2.2 Модеми для комутованих каналів
2.3 Порівняння модемів тих, що розрізняються виконання
2.3.1 Внутрішньо исполнение.
2.3.2 Виконання настольное (зовнішнє).
2.3.3 Виконання модеми у вигляді картки.
2.3.4 Портативний модем.
2.3.5 Стоєчний модем. Модемна стійка.
2.4 Порівняння модемів для різних типів передавального середовища.
2.4.1 Модеми для 2-х/4-х дротяних мідних ліній.
2.4.1.1 Обичий модем.
2.4.1.2 LD-модеми.
2.4.1.3 xDSL-модеми.
2.4.1.4 ISDN-модеми. Пристрої доступу до каналів Е1/т1, Е2/т2 Е3/Т3.
2.4.2 Модеми для оптоволоконних ліній.
2.4.3 Модеми для радіоканалов.
2.4.3.1 Радио-модем.
2.4.3.2 Стільниковий модем.
2.4.4 Кабельні модеми.
3. Критерії вибору при покупці і використанні в конкретній системе.
4. Огляд фірм Калінінграда, модемів, що займаються постачанням.
5. Проблеми при функціонуванні і їх дозвіл.
6. Тестування модема.
6.1 Програмні споосби і засоби тестування.
6.1.1 Діагностика COM-порта.
6.1.2 Діагностика модему за допомогою ОС Windows 9х.
6.1.3 Діагностика за допомогою програми BitWare.
6.1.4 Діагностика модему в DOS або з термінальної программи
6.2 Самодіагностика модемов.
6.2.1 Аналоговий шлейф (петливши).
6.2.2 Цифровий шлейф (петливши)
6.2.3 Видалений цифровий шлейф (петливши).
1. Вступ
Останнім часом модеми стають невід'ємною частиною комп'ютера. Встановівши модем на свій комп'ютер, ви фактично відкриваєте для собі новий світ. Ваш комп'ютер перетворюється з відособленого комп'ютера в оленицю глобальної мережі.
Модем дозволити вам, не виходячи з будинку, дістати доступ до баз даних, які можуть бути віддалені від вас на багато тисяч кілометрів, розмістити повідомлення на BBS (електронній дошці оголошень), доступною іншим користувачам, скопіювати з тією ж BBS файли, що цікавлять вас інтегрувати домашній комп'ютер в ятір вашого офісу, при цьому (не вважаючи низької швидкості обміну даними) створюється повне відчуття роботи в мережі офісу. Крім того, скориставшись глобальними ятерами (RelCom, FidoNet) можна приймати і посилати електронні листи не тільки усередині міста, але фактично в будь-який кінець земної кулі. Глобальні мережі дають можливість не тільки обмінюватися поштою, але і брати доля у всіляких конференціях, отримувати новини практично з будь-якої тематики, що цікавить вас.
Існує три основні способи з'єднання комп'ютерів для обміну інформацією: безпосередній зв'язок, через асинхронний порт; - зв'язок з використанням модему; - зв'язок через локальні мережі.
У рефераті розглядається перші два типи з'єднань - безпосереднє і з'єднання через модем.
1. Загальна інформація
1.1 Модем? Що це таке?!
Давно минули часи, коли комп'ютер був тільки «обчислювальною машиною». Тепер це вже інтелектуальний багатофункціональний пристрій, який дає користувачеві можливість спілкуватися з величезним світом інформації зі всього світла. І багато в чому таке використання стало можливим завдяки пристрою, який дозволяє йому зв'язуватися з іншими комп'ютерами, — модему. Без модему немислима система електронних комунікацій. Це дозволяє вам зануритися в увлекательный, а сьогодні вже і просто життєво необхідний мир інформаційних потоків, електронних баз даних, електронної пошти, електронних довідників, електронних дощок оголошень і так далі
Якщо ви хочете оперативно передати файл (з програмою, картинкою або повідомленням) вашому другу (або співробітникові), то за допомогою модему це робиться елементарно. Використовуючи спеціальну інформаційну програму, ви телефонуєте своєму партнерові, модеми на ваших комп'ютерах "домовляються" один з одним про встановлення з'єднання, і після цього, використовуючи спеціальний протокол передачі даних, ви передаєте файл на видалений комп'ютер.
Само слово «модем» утворене з двох слів — «Модулятор / Демодулятор», що пояснюють основний принцип дії модемів. Оскільки історично основним видом комунікації є телефонні аналогові мережі, а комп'ютер — це чисто цифровий пристрій, то для їх сполучення і знадобився пристрій, який переводить цифрові сигнали в аналогові, «модулюючи» нулі і одиниці різним чином.
При роботі модем входить в з'єднання з іншим модемом по схемі крапка - крапка. Це означає, що ніякий третій модем не може "уклинитися в розмову". Дані, що підлягають передачі, перетворяться в аналоговий сигнал модулятором модему «передавального» комп'ютера. Приймаючий модем, що знаходиться на протилежному кінці лінії, «слухає» передаваний сигнал і перетворить його назад в цифровий за допомогою демодулятора. Режим роботи, коли передача даних здійснюється тільки в одному напрямі, називається напівдуплексом (half duplex), в обидві сторони — дуплексом (full duplex).
Телефонні канали, розроблені спеціально для передачі голосу, не дуже ефективні для передачі даних, але їх перевага полягає в тому, що вони густою мережею обплутали весь світ і доступні.
Існують ще поки малопоширені і дорогі повністю цифрові телефонні мережі за стандартом ISDN, які дозволяють якісно передавати одночасно і голос і дані. Проте і там потрібний перехідний пристрій, який називається ISDN-адаптером, який на вигляд схожий на модем.
Низькі швидкості модемів на телефонних каналах також компенсуються поширеністю цих мереж і їх стиковкою між собою в єдину усесвітню мережу. Куди приємно переслати невеликий файл, чим вести його на дискеті на інший кінець засніженого мегаполісу з рідко ходячим транспортом. Більш того, ваш Е-письмо дійде до адресата з далекої країни всього за декілька десятків хвилин і притому це обійдеться значно дешевшим за "паперову" пошту. Крім того, це надійніше — в поштову скриньку не раз потрапляють листи, адресовані на той же номер квартири, але з іншого будинку.
Практична межа фізичної швидкості при передачі по стандартному телефонному каналу рівна приблизно 32 Кбіт/с. Сучасні модеми вже підійшли до цієї межі. За рахунок упаковки даних ефективну швидкість передачі можна декілька підняти, але ясно, що багато мегабайт швидко передати не можна (це в принципі можливо на інших пристроях і каналах).
Модем - порівняльний невеликий пристрій. У разі настільного виконання він схожий на портсигар, тобто порівнянний по розмірах з авторучкою. Про всі варіанти виконання модему розказано нижче.
Чи довго жити модемам? Можна з упевненістю сказати – дуже довго. У всьому світі зараз інтенсивно розвивається цифрова телефонія за вищезазначеним стандартом ISDN. Для неї характерні вищі швидкості передачі (мінімум 64 Кбіт/с) і хороша якість. На жаль, на наших просторах така можливість представиться повсюдно ще не скоро. І справа навіть не тільки в тому, що більшість АТС є не цифровими, а аналоговими (до речі, не всі цифрові АТС задовольняють стандарту ISDN). Істотно гірше те, що вся розводка до апаратів у нас виконана не тим кабелем, що потрібне, а саме "лапшей", а не витими проводами. Предстоїт ще довга, гігантська за об'ємом і витратам робота по заміні кабелів. В даний час є невелике число "точок входу" в мережі ISDN, а вартість послуг просто астрономічна (зате для офісу зручніше цифрова АТС з аналоговим виходом).
Ще пару років назад чималі надії покладалися на інше рішення у вигляді кабельних модемів, що використовують телевізійний кабель, — адже вони вже протягнуті в кожну квартиру (у багатоповерхових житлових будинках). Проте поки практичних і недорогих рішень немає навіть за кордоном.
Крім того, навіть в країнах з розвиненою телефонією, вартість аналогових каналів значно менше цифрових. Тому модеми завжди залишаться як недороге рішення, особливо для малого бізнесу.
1.2 Сструктура модему
Одна з можливих структурних схем модему показана на мал. 12.4.
EMBED Visio.Drawing.11
Мал. 12.4. Структурна схема модему
Вона містить типові функціональні вузли обробки і перетворення сигналів, з числа яких навмисно виключені деякі другорядні вузли, призначені для організації синхронізації і обробки службових сигналів. Далі вузли, що здійснюють пряме і зворотне перетворення в передавальній і приймальній частині модему, розглядаються попарно.
Кодер/декодер призначені для захисту від помилок і «стиснення» даних. Захист від помилок припускає включення в пакети передаваних даних надмірної циклічної коди (CRC), як і в локальних комп'ютерних мережах. При цьому як стандартні протоколи, що детальніше описують формати даних (зокрема число битий в коді CRC - 16 або 32), використовуються протоколи серії MNP (Microcom Networking Protocol від фірми Microcom) або V.42 (міжнародний стандарт ITU-T).
Протоколом V.42bis є протокол стиснення даних. Якщо не можна збільшити пропускну спроможність лінії передачі із-за обмеження, Шенона, що накладається теоремою, то можна зменшити надмірність передаваної текстової інформації, використовуючи властивість повторюваності ланцюжків символів в словах. Для цього на передавальному і приймальному кінці лінії модеми (точніше, їх кодери і декодери) організовують і підтримують ідентичні динамічні словники у вигляді структур типу дерева з окремими символами як вузли (див. мал. 12.5). Досить передавати не самі слова, а, фактично, спеціальним чином описані (у вигляді чисел) частини словників (шляхи в дереві), що містять необхідні послідовності символів. Так, частина словника на мал. 12.5 дозволяє описати рядки символів А, В, ВА, BAG, BAR, BI, BIN, C, D, DE, DO і DOG щодо відповідних кореневих вузлів.
Мал. 12.5. Приклад представлення частини словника при роботі протоколу стиснення V.42bis
Ськремблер/деськремблер проводять таке перетворення передаваного і прийнятого сигналів, яке виключає вплив довгих ланцюжків з логічний нулів або одиниць, а також коротких послідовностей, що повторюються, на надійність синхронізації в приймальній частині модему. Скремблер при необхідності «проріджує» такі послідовності за рахунок тих, що вставляються примусово логічних нулів або одиниць, роблячи перетворені дані псевдовипадковими, а дескремблер видаляє зайві біти, відновлюючи початковий вид даних.
Описана проблема (залежність якості синхронізації від вигляду передаваних даних) істотна, звичайно, не тільки при модемному зв'язку, але і при будь-яких видах обмінів цифровими даними по послідовній лінії передачі, в якій не передбачена посилка окремого синхросигналу. Така ситуація характерна для комп'ютерних мереж, в яких для вирішення вказаної проблеми замість простих код передачі використовуються коди, що самосинхронизирующиеся (типу дворівневих код МАНЧЕСТЕР-П або трирівневих код з високою щільністю одиниць — КВП або BNZS в англійському варіанті назви).
Еквалайзер включається в приймальній частині модему і служить для компенсації залежності групового часу запізнювання в лінії від частоти. Для поліпшення якості передачі мовних сигналів їх спектральні складові на різних частотах повинні приходити до видаленого модему з однаковою затримкою. Ідеальна компенсація показана на мал. 12.6. На практиці у високошвидкісних модемах власний груповий час запізнювання еквалайзера підстроюється автоматично.
У приймальній частині модемів, що працюють в дуплексному режимі на звичайній двопровідній телефонній лінії, потрібно здійснювати також луну-компенсацію.
Відповідний функціональний вузол на мал. 12.4 не показаний. Проблема полягає в тому, що при дуплексному обміні передавальний модем може сприйняти породжений ним же сигнал, відбитий від іншого кінця лінії, як що прийшов від видаленого модему. У стандартах для високошвидкісних модемів (зокрема, в стандарті V.34) передбачена процедура эхо-компенсации і встановлені обмеження на рівень відбитого сигналу (він повинен бути менше корисного сигналу не менше чим на 25...30 дБ) і його максимальну затримку (не більше 200...300 мс). Практична реалізація эхо-компенсации у високошвидкісних модемах передбачає автоматичне визначення параметрів відбитого сигналу (його амплітуди і затримки) на етапі встановлення з'єднання.
EMBED Visio.Drawing.11
Мал. 12.6. Ідеальна компенсація еквалайзером залежності групового часу запізнювання в лінії від частоти
Фільтри і підсилювачі на мал. 12.4 є традиційними пристроями при обробці сигналів на тлі шумів і перешкод і не потребують докладнішого опису. В той же час модулятор і демодулятор в модемах реалізують специфічні і достатньо складні методи модуляції, які розглядаються в розділі 12.4.
У сучасних модемах велика частина функцій виконується програмою, роботою цифрового сигнального процесора, що управляє (ЦСП). Для виключення ефекту накладення спектрів принципове використання безперервних аналогових фільтрів. Потрібні також аналогові підсилювачі, АЦП і ЦАП для перетворення аналогових сигналів в цифрових і назад.
1.3 Як це працює?
Сучасний модем — досить складний пристрій. що складається з декількох основних блоків, що забезпечують його функціональність. Розглянемо ці блоки (малюнок 1).
Найпершим пристроєм, що стоїть з боку телефонної лінії, є блок інтерфейсу з телефонною лінією. Основними функціями цього блоку є:
• забезпечення фізичного з'єднання з телефонною лінією;
• захист від перенапруження і радіоперешкод;
• набір номера;
• фіксація дзвінків;
• гальванічна розв'язка внутрішніх ланцюгів модему і телефонної лінії.
Далі сигнали потрапляють в диференціальну систему, мета якої — розділення вихідних і вхідних сигналів і компенсація впливу власного сигналу на вхідні ланцюги. У найбільш простих моделях модемів цей вузол виконується у вигляді пасивної схеми, що часто приводить до сильної залежності якості роботи блоку від опору конкретній телефонній лінії. Позбавитися від такої залежності можуть тільки моделі з активною диференціальною системою, де необхідний для компенсації сигнал постійно обчислюється сигнальним процесором і, що "віднімається" з вхідного сигналу, забезпечує необхідний рівень компенсації.
Підготовлені таким чином сигнали потрапляють на ряд фільтрів, посилюються і оцифровуються за допомогою АЦП в блоці формування аналогових фронтів. отже подальша обробка проводиться в цифровому вигляді. Одна з переваг такого підходу - поліпшення якості обробки сигналу і здешевлення схеми.
Малюнок 1 – Функціональна схема модему.
Оброблена інформація поступає в цифровий сигнальний процесор ЦСП, який і виділяє з неї на основі математичних методів "нулі" і "одиниці". Саме можливостями цифрової обробки сигналу цього блоку визначається якість і швидкісні можливості сучасних модемів.
Підтримка інтерфейсу з комп'ютером, управління ЦСП, реалізація протоколів апаратної корекції помилок і стиснення даних, управління інтерфейсом з користувачем (індикатори, кнопки і джампери настройки), а також управління незалежною пам'яттю — ось далеко не повний список функцій, лежачих на системі управління модемом (контроллері модему).
При цьому якщо раніше мікропрограма зберігалася в ПЗП, виготовленому і «прошитому» на заводі, то тепер виробники все частіше почали поміщати її в перезаписувану флэш-память, що дозволяє оновлювати програму без апаратного втручання. Одним з піонерів такого підходу з'явилася фірма U.S.Robotics, що вперше упровадила перезаписувану через основний інтерфейс з комп'ютером флэш-память в своєму модемі U.S.Robotics Courier.
Типова структура з'єднання двох комп'ютерів або локальних мереж через маршрутизатор за допомогою модему приведена на малюнку 2. У разі 2-дротяного закінчення (див. малюнок 2-а) для забезпечення дуплексного режиму модем використовує трансформаторну розв'язку. Телефонна мережа завдяки своїй схемі розв'язки забезпечує роз'єднання потоків даних, циркулюючих у різних напрямах. За наявності 4-дротяного закінчення (див. малюнок 2-а) схема модему спрощується.
Малюнок 2 – З'єднання локальних мереж або комп'ютерів через модем
Аналогові канали тональної частоти характеризуються тим, що спектр передаваного по ним сигналу обмежений діапазоном від 300 Гц до 3400 Гц. Саме це обмеження спектру і є основною перешкодою у використанні телефонних каналів для високошвидкісної передачі цифровій інформації. Швидкість передачі інформації по каналу з обмеженим спектром не може перевершувати ширини цього спектру, тобто 3100 бод в нашому випадку. Але як же тоді бути з модемами, передавальними інформацію з швидкостями 4800, 9600, 14400 бит/с і навіть більше? У аналоговій техніці передачі даних бод і бит/с не одне і те ж. Для прояснення цієї тези варто розглянути уважніше фізичний рівень роботи модему.
Електричний сигнал, що розповсюджується по каналу, характеризується трьома параметрами – амплітудою, частотою і фазою. Саме зміну одну з цих параметрів, або навіть спільно деякій їх сукупності залежно від значень інформаційних біт і складає фізичну суть процесу модуляції. Кожному інформаційному елементу відповідає фіксований відрізок часу, на якому електричний сигнал має певні значення своїх параметрів, що характеризують значення цього інформаційного елементу. Цей відрізок часу називають бодовым інтервалом. Якщо кодований елемент відповідає одному біту інформації, який може приймати значення 0 або 1, то на бодовом інтервалі параметри сигналу відповідно можуть приймати одне з двох зумовлених совокупностей значень амплітуди, частоти і фази. В цьому випадку модуляційна швидкість (ще її називають лінійною або бодовой) рівна інформаційною, тобто 1 бод = 1 бит/с. Але кодований елемент може відповідати не одному, а, наприклад, двом бітам інформації. В цьому випадку інформаційна швидкість удвічі перевершуватиме бодовую, а параметри сигналу на бодовом інтервалі можуть приймати одну з чотирьох совокупностей значень, відповідних 00, 01, 10 або 11.
У загальному випадку, якщо на бодовом інтервалі кодується n битий, то інформаційна швидкість перевершуватиме бодовую в n разів. Але кількість можливих станів сигналу в тривимірному (у загальному випадку) просторі – амплітуда, частота, фаза – буде рівне 2n. Це означає, що демодулятор модему, отримавши на бодовом інтервалі якийсь сигнал, повинен буде порівняти його з 2n еталонними сигналами і безпомилково вибрати один з них для декодування шуканих n битий. Таким чином, із збільшенням ємкості кодування і зростанням інформаційної швидкості щодо бодовой, відстань в сигнальному просторі між двома сусідніми крапками скорочується в статечній прогресії. А це, у свою чергу, накладає все більш жорсткі вимоги до "чистоти" каналу передачі. Теоретично можлива швидкість в реальному каналі визначається відомою формулою Шенона:
V = F log2(1+S/N), де F – ширина смуги пропускання каналу, S/N – відношення сигнал/шум.
Другий співмножник і визначає можливості каналу з погляду його зашумленности по достовірній передачі сигналу, що кодує не один біт інформації в бодовом інтервалі. Так, наприклад, якщо відношення сигнал/шум відповідає 20 dB, тобто потужність сигналу, що доходить до видаленого модему, в 100 разів перевершує потужність шуму, і використовується повна смуга каналу тональної частоти (3100 Гц), максимальна межа по Шенону рівна 20640 бит/с.
Основним завданням модему є перетворення початкової цифрової інформації у вигляд, придатний для передачі по каналу зв'язку, і зворотне перетворення на прийомі. Вид модуляції і метод побудови модему в значній мірі визначають швидкість передачі даних і ефективність використання каналу зв'язку. Стосовно передачі даних по телефонних каналах, види модуляції, використовувані в модемах, регламентувалися Міжнародним консультативним комітетом з телефонії і телеграфії (МККТТ / CCITT - франц.), а після його реформування в 1993 році цим почав займатися Сектор по стандартизації телекомунікацій (TSS) Міжнародного союз по електрозв'язку (ITU) при ООН. У Рекомендациях ITU-T (CCITT) визначені основні технічні характеристики модему, такі, як форма спектру передаваного сигналу, структура настроювальної комбінації, створюючий поліном скремблера (дескремблера) і інші параметри, що забезпечують сумісність модемів, що випускаються різними виготівниками. Дані рекомендації – модемні стандарти – входять в V-серию, де V означаетпередачу інформації в аналоговому вигляді. Стандарти на передачу цифровій інформації відносяться до Х-серии, а на телематическое крайове устаткування – Т-серии.
Якість роботи модему визначається здатністю протидіяти чинникам, що заважають, а, саме:
шуму гауса;
міжсимвольній інтерференції, викликаною неідеальністю передавальної функції каналу зв'язку;
флуктуаціям фази частоти, що несе, обумовленим низькочастотною паразитною модуляцією в генераторному устаткуванні систем передачі з частотним розділенням каналів.
Тому для підвищення якості роботи модему потрібне застосування оптимальних (або близьких до них) алгоритмів обробки сигналів, що дозволяють зменшити вплив чинників, що заважають.
Підвищення ефективності використання каналу зв'язку, тобто питомій швидкості передачі (числа передаваних біт на одиницю смуги пропускання каналу зв'язку), вимагає застосування в модемі наступних систем:
адаптивного коректора сигналу для зменшення міжсимвольної інтерференції в сигналі, що приймається;
дискретного (або цифрового) формувача спектру сигналу на передачі (як його додаткова функція може бути введення предыскажений з метою компенсації міжсимвольній інтерференції);
скремблера (на передачі) і дескремблера (на прийомі) для перетворення початкової послідовності даних в псевдовипадкову і зворотного перетворення на прийомі;
системи компенсації флуктуацій фази частоти, що несе
Акустичний канал телефонної лінії модем розділяє на дві смуги низької і високої частоти. Смуга низької частоти застосовується для передачі даних, а смуга високої частоти – для прийому.
У перших модемах використовувалися два способи кодування інформації: метод FSK (Frequency Shift Keying) для швидкості передачі до 300 бод і метод PSK (Phase Shift Keying) для швидших модемів - швидкість передачі від 2400 бод. FSK використовує чотири виділені частоти. При передачі інформації сигнал частотою 1070 Гц інтерпретується як логічний нуль, а сигнал частотою 1270 Гц - як логічна одиниця. При прийомі нуль відповідає сигналу 2025 Гц, а одиниця - 2225 Гц.
PSK використовує дві частоти: для передачі даних - 2400 Гц, для прийому - 1200 Гц. Дані передаються по два бита, при цьому кодування здійснюється за допомогою зрушення фази сигналу. Використовуються наступні зрушення фази для кодування: 0 градусів для поєднання бітів 00, 90 градусів для 01, 180 градусів для 10, 270 градусів для 11. Частотній модуляції прийшла на зміну квадратурна амплітудна модуляція, а їй вже «дихає в спину» імпульсно-амплітудна модуляція сигналу (ІАМ).
У методі квадратурної амплітудної модуляції QAM одночасно змінюються фаза і амплітуда сигналу, що дозволяє передавати більшу кількість інформації. тут крім зміни фази сигналу використовується маніпуляція його амплітудою, що дозволяє збільшувати число кодованих біт. В даний час використовуються модуляції, в яких кількість кодованих на одному бодовом інтервалі інформаційних біт може доходити до 8, а, відповідно, число позицій сигналу а сигнальному просторі – до 256.
Проте, застосування багатопозиційної QAM в чистому вигляді стикається з серйозними проблемами, пов'язаними з недостатньою перешкодостійкістю кодування. Тому у всіх сучасних високошвидкісних протоколах використовується різновид цього виду модуляції, т.з. модуляція з гратчастим кодуванням або треллис-кодированием (ТСМ, Trellis Coded Modulation), яка дозволяє підвищити перешкодозахисну передачі інформації – понизити вимоги до відношення сигнал/шум в каналі на величину від 3 до 6 дБ. Суть цього кодування полягає у введенні надмірності. Простір сигналів розширюється удвічі шляхом додавання до інформаційних біт ще одного, який утворюється за допомогою згортального кодування над частиною інформаційних біт і введення елементів запізнювання. Розширена таким чином група піддається все тій же багатопозиційній амплитудно-фазовій модуляції. В процесі демодуляції прийнятого сигналу проводиться його декодування по вельми витонченому алгоритму Віттербі, що дозволяє за рахунок введеної надмірності і знання передісторії вибрати по критерію максимальної правдоподібності з сигнального простору найбільш достовірну крапку і, тим самим, визначити значення інформаційних біт.
2. Класифікація модемів. Порівняльний аналіз різних класів. Оцінка характеристик.
2.1 Класифікація модемів
На перший погляд, немає нічого простішого, ніж класифікувати модеми. Само собою зрозуміло, що вони діляться на зовнішніх і внутрішніх. Звичайно дехто може запропонувати їх розділити за (14400 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с, 56К) швидкостями, і, в останню чергу, пригадають про можливість передачі даних в синхронному і асинхронному режимах. Проте це взгяд з висоти зовсім вже птьчьего польоту. Поблизу все виглядає далеко не так.
Спробуємо докладніше класифікувати увірені нам пристрої.
І так, почнемо з того, що розрізняють модеми, призначені для роботи тільки на виділених або тільки на комутованих лініях, а так само на тих і інших. Розрізняють модеми для цифрових і аналогових ліній.
Залежно від підтримуваного режиму передачі даних, модеми діляться на:
що підтримують тільки асинхронний режим роботи;
підтримуючі асинхронний і синхронний режими роботи;
що підтримують тільки синхронний режим роботи.
По виконання(ця характеристика визначає зовнішній вигляд, розміри і розміщення модему по відношенню до комп'ютера):
внутрішній модем – вставляється в комп'ютер як плата розширення. Вони, в-добавок, діляться на контроллерные і безконтроллерные. До перших належить большенство існуючих внутрішніх модемів призначених для ISA інтерфейсу. Другі – для PCI інтерфейсів. Подальшим розвитком PCI-модемов є SOFT-модемы (інакше Win-модемы).
настільний модем – має окремий корпус і розміщується поряд з комп'ютером, з'єднуючись кабелем з портом комп'ютера. Іноді називають зовнішнім модемом, що не зовсім правильно, оскільки наступні два типи також є зовнішніми (тобто розташованими поза системним блоком комп'ютера).
модем у вигляді картки – мініатюрний і під'єднується до портативного комп'ютера через спеціальний роз'єм (той, хто бачив мережеву карту для ноутбука зрозуміє про що йде мова).
портативний модем – схожий з настільним модемом, але має зменшені розміри і автономне живлення.
стоячиє модеми – вставляються в спеціальну модемну стійку, що підвищує зручність експлуатації, коли число модемів перевалює за десяток.
По характеру застосування модеми можна розділити на звичайних і професійних.
Під звичайними модемами розумітимемо пристрої, зазвичай вживані кінцевим користувачем будинку або в офісі. Ці модеми використовують тільки телефонні канали.
Професійні модеми – найбільш досконалі і швидкісні пристрої, переважно стоечного виконання. Використовуються для інтеграції локальних мереж, в модемних пулах, а також для видаленого доступу до ресурсів ЛВС.
Серед звичайних модемів можна виділити 3 види:
пристрої для обміну даними (просто модеми);
пристрої для обміну даними і документами (факс-модеми);
пристрої для обміну даними, документами і прийому голосових повідомлень (голосові факс-модеми).
Слід відмітити, що зазвичай прередача даних і телефонна розмова не можуть вестися одночасно. Виняток становлять SVD модем і технологія RadishVoiceView, предназначенныt для одночасної передачі голосу і даних.
Підтримка факсимільного режиму не виключена і в професійних модемах, одако звукової підтримки вони зазвичай не передбачають.
Як чергова класифікаційна ознака виберемо передавальне середовище. За типом передавального середовища можна виділити:
модеми для 2-х дротяних мідних ліній (звичайні, професійні, ADSL, SR, ER-модемы);
модеми для 4-х дротяних мідних ліній (звичайні, професійні, HDSL, ISDN, SR, ER, MR-модемы);
модеми для оптоволоконних ліній (FOM, FOM-T1/E1, FOM-T2/E2, FOM-T3/E3);
модеми для радіоканалів (радіо-модем, стільниковий модем);
кабельні модеми (використовують коаксіальний кабель).
2.2 Порівняння характеристик модемів для виділених і комутованих каналів
2.2.1 Модеми для виділених каналів
Виділений канал — це канал з фіксованою смугою пропускання або фіксованою пропускною спроможністю, що постійно сполучає двох абонентів. Абонентами можуть бути як окремі пристрої (комп'ютери або термінали), так і цілі мережі.
Виділені канали зазвичай орендуються у компаній — операторів територіальних мереж, хоча крупні корпорації можуть прокладати свої власні виділені канали.
Виділені канали діляться на аналогових і цифрових залежно від того, якого типу комутаційна апаратура застосована для постійної комутації абонентів. На аналогових виділених лініях для апаратури передачі даних фізичний і канальний протоколи жорстко не визначені. Відсутність фізичного протоколу приводить до того, що пропускна спроможність аналогових каналів залежить від пропускної спроможності модемів, які використовує користувач каналу. Модем власне і встановлює потрібний йому протокол фізичного рівня для каналу.
На цифрових виділених лініях протокол фізичного рівня зафіксований — він заданий стандартом G.703.
Модеми для роботи на виділених аналогових каналах
Для передачі даних по виділених аналогових лініях використовуються модеми, що працюють на основі методів аналогової модуляції сигналу. Протоколи і стандарти модемів визначені в рекомендаціях CCITT серії V. Ці стандарти визначають роботу модемів як для виділених, так і комутованих ліній.
Як вже мовилося в п. 2.1, модеми можуть бути синхронними, асинхронними і синхронно-асинхронними.
Модеми, що працюють тільки в асинхронному режимі, зазвичай підтримують низьку швидкість передачі даних — до 1200 бит/с. Так, модеми, що працюють за стандартом V.23, можуть забезпечувати швидкість 1200 бит/с на 4-дротяній виділеній лінії в дуплексному асинхронному режимі, а за стандартом V.21 — на швидкості 300 бит/с по 2-дротяній виділеній лінії також в дуплексному асинхронному режимі. Дуплексний режим на 2-дротяному закінченні забезпечується частотним розділенням каналу. Асинхронні модеми представляють найбільш дешевий вид модемів, оскільки їм не потрібні високоточні схеми синхронізації сигналів на кварцевих генераторах. Крім того, асинхронний режим роботи невибагливий до якості лінії.
Модеми, що працюють тільки в синхронному режимі, можуть підключатися тільки до 4-проводиому закінчення. Синхронні модеми використовують для виділення сигналу високоточні схеми синхронізації і тому зазвичай значно дорожче за асинхронні модеми. Крім того, синхронний режим роботи пред'являє високі вимоги до якості лінії.
Для виділеного каналу тональної частоти з 4-дротяним закінченням розроблено достатньо багато стандартів серії V. Всі вони підтримують дуплексний режим:
V.26 — швидкість передачі 2400 бит/с;
V.27 — швидкість передачі 4800 бит/с;
V.29 — швидкість передачі 9600 бит/с;
V.32 ter—скорость передачі 19 200 бит/с.
Для виділеного широкосмугового какала 60-108 кГц існують три стандарти:
V.35 — швидкість передачі 48 Кбіт/с;
V.36 - швидкість передачі 48-72 Кбіт/с;
V.37 — швидкість передачі 96-168. Кбіт/с.
Корекція помилок в синхронному режимі роботи зазвичай реалізується по протоколу HDLC, але допустимі і застарілі протоколи SDLC і BSC компанії IBM. Модеми стандартів V.35, V.36 і V.37 використовують для зв'язку з DTE інтерфейс V.35.
Модеми, що працюють в асинхронному і синхронному режимах, є найбільш універсальними пристроями. Найчастіше вони можуть працювати як по виділених, так і по комутованих каналах, забезпечуючи дуплексний режим роботи. На виділених каналах вони підтримують в основному 2-дротяне закінчення і набагато рідше — 4-дротяне.
Для асихронно-синхронних модемів розроблений ряд стандартів серії V:
V.22 — швидкість передачі до 1200 бит/с;
V.22 bis — швидкість передачі до 2400 бит/с;
V.26 ter - швидкість передачі до 2400 бит/с;
V.32 - швидкість передачі до 9600 бит/с;
V.32 bis — швидкість передачі 14 400 бит/с;
V.34 — швидкість передачі до 28,8 Кбіт/с;
V.34+ — швидкість передачі до 33,6 Кбіт/с.
Стандарт V.34, прийнятий літом 1994 року, знаменує новий підхід до передачі даних по каналу тональної частоти. Цей стандарт розроблявся CCITT досить довго — з 1990 року. Великий внесок до його розробки внесла компанія Motorola, яка є одним з визнаних лідерів цієї галузі. Стандарт V.34 розроблявся для передачі інформації по каналах практично будь-якої якості. Особливістю стандарту є процедури динамічної адаптації до змін характеристик каналу під час обміну інформацією. Адаптація здійснюється в ході сеансу зв'язку — без припинення і без розриву встановленого з'єднання.
Основна відмінність V.34 від попередніх стандартів полягає в тому, що в нім визначено 10 процедур, по яких модем після тестування лінії вибирає свої основні параметри: що несе і смугу пропускання (вибір проводиться з 11 комбінацій), фільтри передавача, оптимальний рівень передачі та інші. Первинне з'єднання модемів проводиться за стандартом V.21 на мінімальній швидкості 300 бит/с, що дозволяє працювати на найгірших лініях. Для кодування даних використовуються надмірні коди квадратурної амплітудної модуляції QAM. Застосування адаптивних процедур відразу дозволило підняти швидкість передачі даних більш ніж в 2 рази в порівнянні з попереднім стандартом — V.32 bis.
Принципи адаптивної настройки до параметрів лінії були розвинені в стандарті V.34+, який є вдосконаленим варіантом стандарту V.34. Стандарт V.34+ дозволив декілька підвищити швидкість передачі даних за рахунок удосконалення методу кодування. Один передаваний кодовий символ несе в новому стандарті в середньому не 8,4 бита, як в протоколі V.34, а 9,8. При максимальній швидкості передачі кодових символів в 3429 бод (це обмеження подолати не можна, оскільки воно визначається смугою пропускання каналу тональної частоти) вдосконалений метод кодування дає швидкість передачі даних в 33,6 Кбіт/с (3429 х 9,8 - 33604). Правда, фахівці відзначають, що навіть в Америці тільки 30 % телефонних ліній зможуть забезпечити такий низький рівень перешкод, щоб модеми V.34+ змогли працювати на максимальній швидкості. Проте модеми стандарту V.34+ мають переваги в порівнянні з модемами V.34 навіть на зашумленных лініях — вони краще «тримають» зв'язок, чим модеми V.34.
Протоколи V.34 і V.34+ дозволяють працювати на 2-дротяній виділеній лінії в дуплексному режимі. Дуплексний режим передачі в стандартах V.32, V.34, V.34+ забезпечується не за допомогою частотного розділення каналу, а за допомогою одночасної передачі даних в обох напрямах. Сигнал, що приймається, визначається відніманням за допомогою сигнальних процесорів (DSP) передаваного сигналу із загального сигналу в каналі. Для цієї операції використовуються також процедури эхо-подавления, оскільки передаваний сигнал, відбиваючись від ближнього і дальнього кінців каналу, вносить спотворення до загального сигналу (метод передачі даних, описаний в проекті стандарту 802.3ab, що визначає роботу технології Gigabit Ethernet на витій парі категорії 5, узяв багато що із стандартів V.32-V.34+).
На високій швидкості модеми V.32-V.34+ фактично завжди використовують в каналі зв'язку синхронний режим. При цьому вони можуть працювати з DTE як по асинхронному інтерфейсу, так і по синхронному. У першому випадку модем перетворить асинхронні дані в синхронні.
Модеми для роботи на виділених цифрових каналах
Цифрові виділені лінії утворюються шляхом постійної комутації в первинних мережах, побудованих на базі комутаційної апаратури, що працює на принципах розділення каналу в часі, — TDM, описаного в розділі 2. Існують два покоління технологій цифрових первинних мереж — технологія плеэио-хронной («плезио» означає «майже», тобто майже синхронною) цифрової ієрархії (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) і пізніша технологія — синхронна цифрова ієрархія (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). У Америці технології SDH відповідає стандарт SONET.
Цифрова апаратура мультиплексування і комутації була розроблена в кінці 60-х років компанією AT&T для вирішення проблеми зв'язку крупних комутаторів телефонних мереж між собою. Канали з частотним ущільненням, вживані до цього на ділянках АТС-АТС, вичерпали свої можливості по організації високошвидкісного багатоканального зв'язку по одному кабелю. У технології FDM для одночасної передачі даних 12 або 60 абонентських каналів використовувалася витаючи пара, а для підвищення швидкості зв'язку доводилося прокладати кабелі з великою кількістю пар проводів або дорожчі коаксіальні кабелі. Крім того, метод частотного ущільнення високо чутливий до різного роду перешкодам, які завжди присутні в територіальних кабелях, та і що високочастотна несе мови сама створює перешкоди в приймальній апаратурі, будучи погано відфільтрована.
Для вирішення цього завдання була розроблена апаратура Т1, яка дозволяла в цифровому вигляді мультиплексировать, передавати і комутувати (на постійній основі) дані 24 абонентів. Оскільки абоненти як і раніше користувалися звичайними телефонними апаратами, тобто передача голосу йшла в аналоговій формі, то мультиплексори Т1 самі здійснювали оцифровування голосу з частотою 8000 Гц і кодували голос за допомогою імпульсно-кодової модуляції (Pulse Code Modulation, PCM). В результаті кожен абонентський канал утворював цифровий потік даних 64 Кбіт/с. Для з'єднання магістральних АТС каналами Т1 були дуже слабкі засоби мультиплексування, тому в технології була реалізована ідея утворення каналів з ієрархією швидкостей. Чотири канали типу Т1 об'єднуються в канал наступного рівня цифрової ієрархії — Т2, передавальний дані із швидкістю 6,312 Мбіт/с, а сім каналів Т2 дають при об'єднанні канал Т3, передавальний дані із швидкістю 44,736 Мбіт/с. Апаратура Т1, Т2 і Т3 може взаємодіяти між собою, утворюючи ієрархічну мережу з магістральними і периферійними каналами трьох рівнів швидкостей.
З середини 70-х років виділені канали, побудовані на апаратурі Т1, почали здаватися телефонними компаніями в оренду на комерційних умовах, переставши бути внутрішньою технологією цих компаній. Мережі Т1, а також швидкісніші мережі Т2 і Т3 дозволяють передавати не тільки голос, але і будь-які дані, представлені в цифровій формі, — комп'ютерні дані, телевізійне зображення, факси і тому подібне
Технологія цифрової ієрархії була пізніше стандартизована CCITT. При цьому до неї були внесені деякі зміни, що привело до несумісності американської і міжнародної версій цифрових мереж. Американська версія поширена сьогодні окрім США також в Канаді і Японії (з деякими відмінностями), а в Європі застосовується міжнародний стандарт. Аналогом каналів Т в міжнародному стандарті є иналы типу E1, E2 і ЕЗ з іншими швидкостями — відповідно 2,048 Мбіт/с, 8,488 Мбіт/с і 34,368 Мбіт/с. Американський варіант технології також був стандартизован ANSI.
Фізичний рівень технології PDH підтримує різні види кабелів: виту пару, коаксіальний кабель і волоконно-оптичний кабель. Основним варіантом абонентського доступу до каналів Т1/е1 є кабель з двох витих пар з роз'ємами RJ-48. Дві пари потрібно для організації дуплексного режиму передачі даних із швидкістю 1,544/2,048 Мбіт/с. Для представлення сигналів використовується: у каналах Т1 біполярний потенційний код B8ZS, в каналах El-биполярный потенційний код HDB3. Для посилення сигналу на лініях Т1 через кожних 1800 м (одна миля) встановлюються регенератори і апаратура контролю лінії.
Коаксіальний кабель завдяки своїй широкій смузі пропускання підтримує канал Т2/е2 або 4 канали Т1/е1. Для роботи каналів Т3/е3 зазвичай використовується або коаксіальний кабель, або волоконно-оптичний кабель, або канали СВЧ.
Таким чином, модеми, призначені для роботи в цифрових виділених лініях, належать до наступних класів:
модеми для 4-х дротяних мідних ліній;
модеми для оптоволоконних ліній;
модеми для радіоканалів (радіо-модем, стільниковий мод...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора