Доклад: Устройство современных модемов
Технология эхо-компенсации позволяет отвести для дуплексной передачи всю ширину полосы пропускания телефонного канала, однако требует немалых вычислительных ресурсов для обработки сигнала.
2. 5. Устройство цифрового модема
Как уже отмечалось, к цифровым модемам можно отнести такие устройства, как CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit), терминальные адаптеры ISDN, а также модемы на короткие расстояния (Short Range Modem). По выполняемым функциям цифровые модемы очень похожи на модемы для аналоговых каналов связи. За исключением самых простейших, цифровые модемы обладают интеллектуальными функциями и поддерживают набор АТ-ко-манд. В первую очередь это относится к цифровым модемам, работающим на коммутируемых линиях, например, в сетях ISDN. В качестве примера цифрового модема рассмотрим устройство CSU/DSU.
Устройства CSU/DSU применяются для передачи данных по цифровым каналам типа Е1/Т1, Switched 56 и другим. CSU обеспечивает правильное согласование с используемым цифровым каналом и частотную коррекцию линии. CSU также поддерживает выполнение проверок по шлейфу. На CSU часто устанавливаются световые индикаторы, сигнализирующие об обрыве мест-
Рис. 2. 13. Схема устройства CSU/DSU
ных линий, потери связи со станцией, а также о работе в режиме проверки по шлейфу. Питание CSU может осуществляться отдельным источником питания, либо посредством самой цифровой линии.
Модули обслуживания данных, или цифровые служебные модули DSU включаются в цепь между CSU и DTE (рис. 2. 13), в качестве которого часто выступает не только компьютер, но и различное сетевое оборудование, например, маршрутизатор, мост, мультиплексор или сервер. На DSU обычно устанавливается интерфейс RS-232 или V. 35. Основной задачей DSU является приведение потока цифровых данных, поступающих от DTE в соответствие со стандартом, принятым для данной цифровой линии.
Можно провести аналогию с аппаратурой для сетей ISDN. В этом случае CSU играют примерно ту же роль, что и NT1, а DSU похожи на терминальные адаптеры ISDN. DSU часто встраивают в другие устройства, например мультиплексоры. Но чаще их комбинируют с CSU. При этом получается единое устройство, именуемое CSU/DSU или DSU/CSU. В CSU./DSU могут встраиваться схемы сжатия передаваемых данных, а также резервные коммутируемые порты. Часто устройства CSU/DSU выполняют функции защиты от ошибок, реализуя один из протоколов супермножества HDLC. К сожалению, в области цифровых модемов нет такой жесткой стандартизации на протоколы сжатия данных, защиты от ошибок и вид линейного кодирования, какая существует для аналоговых модемов КТСОП. По этой причине следует с большой осторожностью осуществлять выбор цифровых модемов различных производителей.
Как уже отмечалось, для передачи данных по цифровым линиям требуется выполнить определенное преобразование исходной последовательности. Такое преобразование часто носит название линейного кодирования (кодирования для линии передачи). Рассмотрим подробнее для чего и как оно делается.
2. 6. Линейное кодирование
Данные пользователя, поступающие от DTE, уже являются гщфровыми, представленными в униполярном или биполярном коде без возврата к нулю — NRZ (NonReturn to Zero). При передаче данных на большие расстояния в коде NRZ возникают следующие проблемы.
> С течением времени нарастает постоянный ток, блокируемый некоторыми электрическими устройствами цифрового тракта, например, трансформаторами, что приводит к искажению передаваемых импульсов.
> Изменение постоянного тока в цепи отрицательно сказывается на функционировании устройств, получающих питание из линии (репитеры или CSU).
> Передача длинных серий нулей или единиц приводит к нарушению правильной работы устройств синхронизации.
> Отсутствует возможность контроля возникающих ошибок на уровне
физического канала.
Перечисленные проблемы решаются при помощи линейного кодирования. Параметры получаемого линейного сигнала должны быть согласованы с характеристикой используемой линии и отвечать ряду следующих требований.
> Энергетический спектр линейного сигнала должен быть как можно уже. В нем должна отсутствовать постоянная составляющая, что позволяет повысить верность либо дальность передачи.
> Структура линейного сигнала должна обеспечивать возможность выделения тактовой частоты на приемной стороне.
> Необходимо обеспечить возможность постоянного контроля за ошибками на уровне физической линии.
> Линейный код должен иметь достаточно простую техническую реализацию.
Рис. 2. 14. Примеры кодирования линейными кодами
Рис. 2. 15. Приемник линейного сигнала в коде AMI
Формирование требуемого энергетического спектра может быть осуществлено соответствующим изменением структуры импульсной последовательности и выбором нужной формы импульсов. Например, даже сокращение длительности импульсов в два раза (биимпульсный код с возвратом к нулю, RZ) вдвое уменьшает уровень постоянной составляющей и увеличивает уровень тактовой составляющей в спектре такого сигнала.
Различают неалфавитные (1В1Т) и алфавитные (mBnT) коды (В — двоичное, Т — троичное основание кода). При m>n скорость передачи снижается. Предельной помехоустойчивостью обладают сигналы, элементы которых равны, но противоположны по полярности. Примеры наиболее популярных линейных кодов приведены на рис. 2. 14.
Квазитроичный сигнал с чередованием полярности импульсов AMI (Alter nete Mark Inversion) получают из двоичного в результате преобразования, при котором нули исходного двоичного кода передаются импульсами нулевой амплитуды, а единицы — импульсами чередующейся полярности и вдвое меньшей длительности. Сигналы с кодом AMI требуют раздельной регенерации положительных и отрицательных импульсов (рис. 2. 15) при их восстановлении в приемниках и репитерах. Информация о синхронизирующем сигнале, как правило, выделяется после выпрямления квазитроичного сигнала в резонансном устройстве синхронизации. Недостатком кода AMI является то, что при появлении в информационной последовательности серий "нулей" резко снижается уровень синхронизирующей составляющей сигнала, что приводит к срыву синхронизации.
Наиболее широкое распространение получили двухуровневые линейные коды с удвоением скорости передачи класса 1 В2В (преобразование группы из одного двухуровневого символа в группу из двух двухуровневых символов), обладающие высокой помехозащищенностью, простотой преобразования и выделения тактовой частоты. Однако частота следования импульсов таких кодов, а следовательно, и требуемая полоса частот передачи вдвое превышает частоту следования исходной двоичной последовательности. К таким кодам относятся коды Манчестер, DMI, CMI, NEW, код Миллера (М), М, код отечественного стыка С1-И (С1-ФЛ-БИ) и ряд других менее популярных.
Код Манчестер характеризуется однозначным соответствием последовательности чередования импульсов внутри тактового интервала. А именно, "1" исходного цифрового сигнала передается нулевым импульс в первом полутактовом интервале и единичным — во втором. Для символа "О" принимается обратный порядок чередования импульсов (биимпульс 10). Аналогичный код, в котором символ "1" передается двоичной парой 10, а символ "О" — парой 01, называется кодом Манчестер-11.
На стыке С1-И символу "1" входной информационной последовательности соответствует биимпульс 10 или 01, совпадающий с предыдущим, а символу "О" — биимпульс 10 или 01, инверсный по отношению к предыдущему биим-пульсу. Другими словами, данный код является относительным, подобно тому,
Рис. 2. 16. Нормированные энергетические спектры линейных сигналов
который используется при модуляции методом ОФМ. Относительное кодирование позволяет решить проблему неопределенности фазы биимпульса на приемной стороне. В результате этого стык С1-И не боится ошибок типа "зеркальный прием", или "обратная работа" (инверсия знаков) и переполюсовки контактов физической линии или используемых разъемов.
Энергетические спектры ряда линейных кодов приведены на рис. 2. 16, где ft —тактовая частота следования исходных двоичных символов. Эти спектры позволяют судить о частотной эффективности и свойствах синхронизации наиболее популярных линейных кодов.
