Передача дискретных сообщений

" 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

Рош ( АМ ) = 0,5(1-Ф(h/2)) = 0,5(1-Ф(4,45)) = 4,610-10

Рош ( ЧМ ) = 0,5(1-Ф(h)) = 0,5(1-Ф(6,3)) = 6,5210-10

Рош ( ФМ ) = 0,5(1-Ф(h2)) = 0,5(1-Ф(8,91)) = 9,2210-10

Рош ( ОФМ ) = 1-Ф2(h2) = 1-Ф2(8,91)) = 1,910-19

Пропускная способность непрерывного и дискретного каналов:

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

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

В = 2400 бод.

( АМ ) Сд = В = 2400 бит/с,

( ЧМ ) Сд = В = 2400 бит/с,

( ФМ ) Сд = В = 2400 бит/с,

( ОФМ ) Сд = В = 2400 бит/с.

Сн = F log(1+Рс/Рш),

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

Коэффициент использования КТЧ:

Ки = С/Вмах;

Ки ам = Ки чм = Ки фм = Ки офм = 2400/2400 = 1

Для непрерывного канала Вмах = 2F = 6200,

Ки = 2676/6200 = 0,43.

Задача №3.

1. КОА с групповым кодеком.

Структурная схема каналообразующей аппаратуры ЦСП с ИКМ, предназначенной для передачи аналоговых (речевых) сигналов, приведена на рис.3.1.

рис 3.1. Тракт передачи аппаратуры.

Поступающие на двухпроводные входы N каналов ТЧ, передаваемые речевые сигналы N абонентов через ДС каналов поступают на входные усилители, где нормализуются по уровню передачи. Ограниченый по спектру с помощью ФНЧ-3,4 сигнал подвергается дискретизации повремени в канальном модуляторе АИМ-1, который представляет собой электронный ключ. Работой ключей управляют канальные импульсы от генераторного оборудования, сдвинутые

друг относительно друга на величину канального интервала Т. Частота следования этих импульсов в канале равна частоте дискретизации fд =8 кГц. В результате получается канальный сигнал АИМ с интервалом между импульсами 125 мкс. Такие сигналы объединяются с аналогичными сигналами других каналов, т.е. формируется групповой сигнал АИМ, который поступает в групповой АИМ-тракт. В групповом усилителе ГУС-1 импульсы АИМ-1 усиливаются, а затем преобразуются в импульсы АИМ-2, т.е. расширяются по длительности и приобретают плоскую вершину. Это необходимо для последующего их кодирования.

Частота следования импульсов группового сигнала АИМ определяется произведением fгр =fд x(N+2), где (N+2) - общее число канальных интервалов в КОА. Для аппаратуры первичной ЦСП fгр =8х(ЗСН-2)=8х32=256 кГц. Через усилитель ГУС-2 групповой сигнал АИМ-2 поступает на вход кодирующего устройства. В кодере выполняющем функции квантования сигналов по уровню и кодирования квантовых сигналов, каждый импульс группового сигнала АИМ-2 с помощью m-значного кода преобразуется в кодовую группу, последовательность которых образует импульсно-кодовый сигнал в цифровой форме, т.е. цифровой групповой сигнал. Этот информационный сигнал 30-ти каналов ТЧ в устройстве ФГС объединяется с двумя кодовыми группами служебных сигналов. К последним относятся:

- сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации;

- сигналы управления и взаимодействия (СУВ);

- сигналы дискретной информации (телеграфной связи);

- сигналы телеконтроля и аварийной сигнализации. На выходе ФГС образуется цифровой групповой сигнал первичной ЦСП с тактовой частотой следования кодовых символов

fт =fд *(N+2)*m=8*32*8=2048кГц. В выходном устройстве этот сигнал проходит ПКпер , ФЛС и далее поступает в ЦЛТ.

Процесс обработки сигналов в тракте приема аппаратуры выполняется в обратной последовательности. Принятый ЦЛС, пройдя входное устройство, поступает в регенератор станционный (PC), где он восстанавливается по амплитуде, форме и длительности. В ПКпр биполярный ЦЛС преобразуется в однополярный ЦГС, который поступает в распределитель группового сигнала (РГС), или демультиплексор. В нем выделяются все служебные сигналы, которые подаются в соответствующие устройства приема:

- приемники сигналов синхронизации (ПР.СС);

- приемники СУВ и ДИ;

-плату контроля и сигнализации (ПКС) для приема сигналов об авариях.

Информационный поток с выхода РГС поступает в декодер, где из последовательности единиц и нулей кодовых групп формируется групповой сигнал АИМ Этот сигнал после усиления в групповом усилитете ГУС-3 поступает на временные селекторы (ВС) каналов. Каждый из них замыкается поочередно и выделяет только последовательность сигнала АИМ данного канала. Из этой последовательности импульсов с помощью ФНЧ-3,4 восстанавливается переданный с противоположной оконечной станции аналоговый (речевой) сигнал. Он усиливается в канальном усилителе (УС) до значения 4 дБ на выходе усилителя и через ДС канала поступает на двухпроводный выход канала ТЧ для передачи абоненту. Выделитель тактовой частоты ( ВТЧ ) обеспечивает формирование импульсов тактовой частоты для генераторного оборудования приемной части аппаратуры.

Страницы: 1, 2, 3, 4