8. Способы модуляции. Модемы для коммутируемых линий. Модемные протоколы физического уровня. Организация дуплексного обмена.

Модем – это устройство, преобразующее цифровые данные от компа в аналоговые сигналы перед их передачей по последовательной линии и , после передачи, производящее обратное преобразование.

Кроме функции согласования полосы частот, занимаемой передаваемыми сигналами, с полосой пропускания реальной линии передачи, выполняет много других функций, как правило, чисто аппаратными средствами (сжатие данных, формирование и проверка помехоустойчивости циклического кода, эхо-компенсация и др.)

Способы модуляции:

Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

Амплитудная модуляция(Amplitude Modulation - AM, до 1000бит/с).

При амплитудной модуляции для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой.

Если будут шумы, то в конце наш сигнал смешается с шумами, потому что он будет ослабевать, и нельзя будет разобрать что есть что.

Частотная модуляция (Frequency Modulation – FM, 300 и 1200бит/с)

При частотной модуляции значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f₀ и f₁.

Такой подход позволяет работать с более высокими скоростями с теми же шумами

Фазовая модуляция

При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.

Скорость передачи- 4800бит/c.

Методы квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM). Эти методы основаны на сочетании фазовой и амплитудной модуляции.

Дуплексный обмен – возможность передавать информацию в обе стороны одновременно. Проблема заключается в возможности распознать входной сигнал на фоне отраженного от аппаратуры АТС собственного сигнала. Возможные варианты решения:

1. Четырехпроводная тел. линия.

Каждая пара проводов исп. для передачи информации в одном направлении.

2 кабеля – на прием и передачу.

2. Частотное разделение каналов( или Принцип частотного разделения) (ЧРК)

Вся полоса пропускания делится на подканалы, по любому из которых производится передача в одном направлении. Когда канал делится на неравные по ширине полосы пропускания, то обеспечивается более скоростная связь, но в одном направлении – это ассиметричная дуплексная связь. ЧРК используется в *DSL модемах.

Полоса делится на 3 канала: быстрый – для передачи данных из сети в комп., менее быстрый – из компьютера в сеть, и канал тональной частоты.

Основное преимущество: поддержка голоса никак не сказывается на параллельной передаче данных по двум быстрым каналам.

Можно в разных спектральных областях передавать. Δf делиться на 2: Δf1 и Δf2.

Потери от номинальной скорости в 2 и более раза.

3. Технология «Эхо-подавление».

DSP(Digital Signal Process), от АТС идут «эхо»(отраженный сигнал), т.к. станции старые.

Технология эхо-подавления, учитывает информацию о линии, модем на начальном этапе должен работать как исследователь, измерить характеристики линии.

Обладая информацией о собственном сигнале, модем может отфильтровать его из принимаемого сигнала. Эхо-компенсатор вычитает из принимаемого сигнала свой собственный выходной. Требует высоких вычислительных ресурсов на сигнальную обработку.

Коммутируемая линия - это линия связи, для использования которой необходимо предварительно установить соединение с адресатом. Наиболее распространенным примером коммутируемой линии является телефонная линия. Чтобы поговорить с интересующим Вас абонентом или по модему соединиться с узлом провайдера, Вам требуется предварительно набрать нужный телефонный номер. Автоматическая телефонная станция соединяет (коммутирует) Вашу линию с линией адресата, и только после этого устанавливается соединение.

Несу́щий сигнал — сигнал, один или несколько параметров которого подлежат изменению в процессе модуляции.

Моде́м — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации (то есть переносе его на несущую с модуляцией), и выполняющее функцию модуляции и демодуляции этого сигнала (чаще всего в речевом диапазоне).

Модемы для коммутируемых (телефонных) линий — наиболее распространённый тип модемов. работают со стандартной полосой 4 кГц аналоговых телефонных сетей. Телефонные модемы не разделяют эту полосу с другими устройствами, целиком занимая ее для передачи компьютерных данных.

ISDN (Integrated Services Digital Network) модемы — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) модемы – модемы, которых доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком асимметрично.

Протоколы – набор правил и действий, которые надо осуществлять для передачи данных, а также формат данных.

Протоколы физического уровня – это протоколы модуляции и обмена.

V.21 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и частотной модуляцией. Модуляционная и информационная скорости равны -300 бод, 300 бит/с. Применение в качестве "аварийного", при невозможности вследствие высокого уровня помех использовать другие протоколы физического уровня.

V.22 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией. Модуляционная скорость - 600 бод. Имеет режимы двухпозиционной (кодируется бит) и четырехпозиционной (дибит) фазоразностной модуляции с фазовым расстоянием между точками, соответственно, в 180° и 90°. Соответственно, информационная скорость может быть 600 или 1200 бит/с.

V.22bis Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией. Модуляционная скорость - 600 бод. Имеет режимы четырехпозиционной (кодируется дибит) и шестнадцатипозиционной (кодируется квадробит) квадратурной амплитудной модуляции. Соответственно, информационная скорость может быть 1200 или 2400 бит/с. V.32 Это дуплексный протокол с эхо-подавлением и квадратурной амплитудной модуляцией или модуляцией с решетчатым кодированием. Частота несущего сигнала - 1800 Гц, модуляционная скорость - 2400 бод. Таким образом, используется спектр шириной от 600 до 3000 Гц. Имеет режимы двухпозиционной (бит), четырехпозиционной (дибит) и шестнадцатипозиционной (квадробит квадратурной амплитудной модуляции. Информационная скорость может быть 2400, 4800 и 9600 бит/с.

V.32bis Это дуплексный протокол с эхо-подавлением и модуляцией ТСМ. Модуляционная скорость - 2400 бод. Имеет режимы 16-ТСМ, 32-ТСМ, 64-ТСМ и 128-ТСМ. Информационная скорость может быть 7200, 9600, 12000 и 14400 бит/с.

Нестандартные модемные протоколы

РЕР, TurboPEP

Полудуплексные протоколы семейства РЕР (Расkеtizеd Ensеmblе Рrоtосоl)

Весь канал разбивается на множество узкополосных частотных подканалов, по каждому из которых независимо передается своя порция бит из общего потока информации. Такого рода протоколы называют многоканальными, или параллельными, или протоколами с множеством несущих (multicarrier). Максимальная скорость передачи по протоколу РЕР может достигать 19200 бит/ с. Параметры подканалов могут меняться, а некоторые подканалы - отключаться. TurboРЕР за счет увеличения числа подканалов, а также количества кодируемых на одном бодовом интервале бит, может достигать скорости 23000 бит/с. Кроме того, в протоколе TurboPEP применяется модуляция с треллис-кодированием, что увеличивает помехоустойчивость протокола.