Материал: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА

К современным протоколам, используемым в модемах, широко представленных различными фирмами, относятся V.32, V32bis и не-давно появившийся протокол V.34 [2]. В V.32 используется квадра-турная амплитудная модуляция. Частота несущего колебания 1800 Гц, скорость модуляции 2400 Бод. Имеются режимы двух-, четырех- и шестнадцатипозиционной QAM. Соответственно информацион-ная скорость может быть 2400, 4800 и 9600 бит/с. Кроме того, для ско-рости 9600 бит/с имеет место альтернативная модуляция - 32-позиционная ТСМ (Trellis Code Modulation). Применение модуляции с решетчатым или треллис-кодированием позволяет повысить помехо-защищенность передачи информации. Суть этого кодирования заключается в введении избыточности и использовании при декодировании алгоритма Витерби [1].

Рис. 12.11. Диаграмма сигналов для различных скоростей передачи модема на 9600 бит/с

В V.32bis частота несущей 1800 Гц и скорость модуляции 2400 Бод. Имеются режимы ТСМ-16, ТСМ-32, ТСМ-64 и ТСМ-128. Со-ответственно информационная скорость может быть 9600, 12000 и 14400 бит/с. Протокол V.32bis - стандарт де-факто для всех совре-менных модемов.

Название рекомендации V.34 «Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями 28800 бит/с для использования на коммути-руемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа». Ключевым моментом, по-зволившим столь резко увеличить скорость передачи информации, стало более полное использование полосы 0,3...3,4 кГц. Другой важ-ный момент - применение помехоустойчивого кодирования и, в част-ности, техники ТСМ и ряд других новинок.

Следует заметить, что скорость передачи информации 28800 бит/с при передаче информации в полосе 0,3÷3,4 сегодня также не явля-ется предельной. Уже есть разработки, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью 33000 бит/с (V.34+), а в специально организованных каналах совсем недавно достигнута отметка 56,0 Кбит/с (стандарт только начал обсуждаться). Что дальше? Ответ на этот вопрос дает известная формула К. Шеннона, согласно кото-рой скорость передачи данных определяется шириной полосы частот, пропускаемых каналом (она нам задана), и отношением мощности полезного сигнала к мощности шума.

Методы преобразования сигналов, используемые в XDSL технологиях. Не следует забывать, что все, ранее рассмотренные мо-демы, это устройства, которые подключаются к телефонной линии. Они обмениваются данными, работая в достаточно узкой полосе частот (0,3...3,4 кГц).

Таблица 12.6. Формирование кода 2B1Q

И даже самые скоростные модемы используют при этом только малую часть (около 1 %) пропускной способности медной кабельной линии, проложенной от потребителя до АТС и называемой абонентской линией.

Использовать более рационально возможности абонентской мед-ной кабельной линии позволяют технологии XDSL. DSL (Digital Sub-scriber Line) означает цифровая абонентская линия, а X определяет вид технологии.

Не вдаваясь в подробности реализации технологии XDSL, рас-смотрим здесь только методы преобразования сигналов источника, обеспечивающие высокий коэффициент использования пропускной способности абонентских линий.

Заметим, что преобразование сигналов, поступающих от источника, осуществляется в XDSL путем перекодирования или модуляции [4].

Широко применяемым методом перекодирования сигналов явля-ется перекодирование с использованием кода 2B1Q (Two - Binary, One - Quaternary). Сущность кодирования 2B1Q заключается в пре-образовании двух двоичных единичных элементов в один четверич-ный (табл. 12.6). Таким образом, код 2B1Q обеспечивает передачу на одном единичном интервале двух бит.

Вид сигнала, соответствующий передаче последовательности 10000110110010, представлен на рис. 12.12, а спектр сигнала для скорости передачи информации 2320 кбит/с- на рис. 12.13.

Из рис. 12.13 видно, что максимум энергетического спектра прихо-дится на низкие частоты, в спектре содержится постоянная состав-ляющая. Все это делает сигнал 2B1Q достаточно чувствительны к искажениям и помехам [4].

Использование кода 2B1Q позволяет обеспечить скорость пере-дачи информации в технологии HDSL - (High-data-rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия) 2048 Кбит/с. Такая скорость не является предельной для медных або-нентских линий. Так, в технологии ADSL (Asymmetrical Digital Sub-scriber Line) скорость передачи информации от сети порядка 8 Мбит/с, а от абонента около 800 Кбит/с. В ADSL используется или модуляция CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation), что оз-начает амплитудно-фазовая модуляция без несущей, или DMT (Dis-crete Multitone Modulation) - дискретная модуляция со многими не-сущими. САР - модуляция похожа на QAM, она имеет ту же форму спектра. Несущая частота при САР модулируется по амплитуде и фазе. При этом перед передачей в линию сама несущая выреза-ется из сигнала, так как она не содержит информацию и в то же время обладает наибольшей энергией.

На практике используются САР64 и САР128. В первом случае на интервале, равном длительности единичного элемента, передается 6 бит, во втором - 7 бит. Благодаря этому достигается существенное ограничение спектра сигнала как в области высоких, так и низких час-тот, что позволяет избежать диапазонов спектра, наиболее подвер-женных различного рода помехам и искажениям.

При DMT обычно используется частотный диапазон от 26 кГц до 1,1 МГц, который делится на 256 поддиапазонов по 4 кГц (рис. 12.14).

Рис. 12.14. Спектр DMT-сигнала

Рис. 12.15. Спектры сигналов CAP, 2B1Q

На рис. 12.15 представлены для сравнения спектры сигналов для САРи2В1О.

Основные преимущества САР по сравнению с 2B1Q заключаются в следующем:

• повышение дальности работы, обусловленное тем, что более низкочастотный (по сравнению с 2B1Q) сигнал меньше ослаб-ляется кабельной линией;

• благодаря отсутствию в спектре высокочастотных составляю-щих обеспечивается нечувствительность к высокочастотным и импульсным шумам, радиоинтерференции, значительное сни-жение перекрестных наводок;

• отсутствие взаимовлияния в низкочастотной части спектра, тра-диционно используемой для аналоговой передачи телефонных разговоров и сигнализации;

• нечувствительность к низкочастотным наводкам от силовых установок (метро, железнодорожный транспорт и др.) и элект-рических сетей;

• высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому времени задержки. Ввиду отсутствия в спектре высокочастотных (свыше 260 кГц) и низкочастотных (ниже 40);

• поскольку ширина спектра составляет лишь 200 кГц, не прояв-ляются эффекты, вызываемые групповым временем задержки;

• минимальный уровень создаваемых помех и наводок на сосед-ние пары;

• в спектре нет составляющих ниже 4 кГц;

• совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по со-седним парам.

Каждая из 256 несущих моделируется информационным сигналом по методу QAM. Использование QAM позволяет регулировать ско-рость в каждом из подканалов в зависимости от отношения сиг-нал/помеха в подканале (рис. 12.16).

Рис. 12.16. Адаптация скорости передачи данных при использовании модуляции DMT

Это является существенным преимуществом DMT перед САР. DMT обеспечивает большие скорости передачи информации и позво-ляет перекрыть большие расстояния по сравнению с САР.

Как и следовало ожидать, высокие скорости передачи информации в технологиях XDSL обеспечиваются прежде всего за счет передачи нескольких бит на одном единичном интервале и идеях, позволяющих снизить влияние помех. Одной из таких идей, позволяющих снизить влияние помех за счет исправления ошибок, является ранее рас-смотренное сверточное или треллис-кодирование с декодированием по алгоритму Витерби.

Контрольные вопросы

1. Какие методы защиты от ошибок вам известны?

2. Каково необходимое условие для того, чтобы код был способен обнару-живать ошибки?

3. В чем отличие понятий расстояние Хемминга и кодовое расстояние?

4. Какова связь между кратностью обнаруживаемых и исправляемых оши-бок и кодовым расстоянием?

5. Постройте производящую матрицу для кода, у которого d_o = 3, k = 5.

6. Запишите синдром для кода (7,4), для которого а₅ = a₁+ а₂, а₆= а₁ + а₃, а₇ = a₁ + а₂ + а₃, при появлении ошибки в а₃.

7. Запишите кодовую комбинацию циклического кода, у которого Р(х) = х³ + х + 1, а исходная кодовая комбинация имеет вид 1111.

8. Определите содержит или нет принятая кодовая комбинация циклического кода 1111000 ошибки, если Р(х) = х³ + х² + 1.

9. Зачем используются системы с обратной связью?

10. Охарактеризуйте системы с ИОС и РОС.

11. Каковы источники потерь скорости в системе РОС-ОЖ?

12. За счет чего в системах с непрерывной передачей и системах с адрес-ным переспросом удается повысить скорость передачи информации по сравнению с системами с РОС-ОЖ?

13. В чем отличие относительной фазовой модуляции от абсолютной фазо­вой модуляции?

14. Поясните сущность многократной фазовой модуляции.

15. Что такое квадратурная амплитудная модуляция?

16. Дайте краткую характеристику протоколов, используемых в современных модемах.

Список литературы

1. Минкин Э.Б. Модемные технологии на отечественном рынке телекоммуникаций // Технологии и средства связи. - 1997. - № 1.

2. Модемы: разработка и использование в России. Технологии электронных коммута-ций. - М.: Эко-трендз, 1996. - Т.62.

3. Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифро-вой связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

4. Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях. - М.: Эко-Трендз, 2001. -221 с.

5. Горальски В. Технологии ADSL и DSL. - М.: Изд-во «ЛОРИ», 2000. - 296 с.