Пди часть 2 тема 6 Построение оконечных устройств

Вид материала

Документы

Содержание 6.2. Исправляющая способность приемника 6.3. Аналоговые модемы передачи данных 6.4. Протоколы передачи модемов 6.5. Устройство и работа модема DSL Причины создания DSL Кабельные модемы Спутниковые системы Подключение абонентов с помощью оптоволокна Технология DSL Общие сведения о технологиях DSL Цифровые и xDSL-модемы Устройство цифрового модема Isdn-ba (dsl) Основы построения сетей дискретных сообщений 7.2. Топология сетей Полносвязная топология Ячеистая топология Общая шина Топология звезда (радиальная) 7.3. Методы коммутации ... Полное содержание

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине «автоматическая коммутация» (АК) Для специальности, 133.09kb.
• Ектрические параметры усилителей оконечных звуковой частоты станций проводного вещания, 55.36kb.
• Методические указания и контрольные задания к внеаудиторной самостоятельной работе, 418.16kb.
• Вид работ №20. 12. «Установка распределительных устройств, коммутационной аппаратуры,, 21.78kb.
• Задачи на построение Основные положения конструктивной геометрии, 31.73kb.
• Основная часть Примеры и построение, 31.26kb.
• Лекция Тема «Построение эффективной системы взаимоотношений оптовой и розничной торговли», 111.43kb.
• Программа для подготовки к зачету I. Теоретическая часть, 68.7kb.
• 2 Язык проектирования электронных устройств vhdl, 323.37kb.
• Тема: Построение, 96.98kb.

ПДИ


Часть 2

ТЕМА 6


Построение оконечных устройств


6.1. Структурные схемы передатчика и приемника. Алгоритм их работы


Оконечные приемно-передающие устройства документальной электросвязи представляют собой комплекс устройств, обеспечивающих ввод информации, преобразование его элементов в дискретный электрический сигнал и обратное преобразование. Это различного типа телеграфные аппараты, аппаратура передачи данных, электронные комплексы на основе ПЭВМ, автоматические датчики, плоттеры, принтеры.

Вне зависимости от их типа и конструкции оконечные устройства имеют общие принципы и алгоритм работы, характеристики помехоустойчивости и показатели надежности. Рассмотрим общий принцип построения приемопередатчиков и некоторые их характеристики.

Выполнение отдельных функций передающей и приемной частями любого оконечного устройства можно проследить на примере рассмотрения структурных схем передатчика и приемника при взаимодействии их через канал связи (рис. 6.1).

Передатчик служит для преобразования передаваемого символа (графического или функционального) в двоичные электрические сигналы в виде импульсов тока, сгруппированных в кодовые комбинации. В процессе преобразования выполняются следующие операции:

• ввод информации с клавиатуры или автоматического считывающего устройства (трансмиттер, фотосчитыватель). Устройство ввода УВ вырабатывает на одном из своих М выходов сигнал, соответствующий тому или иному передаваемому символу, который поступает на вход кодирующего устройства. КДУ формирует k информационных элементов, которые одновременно (параллельно) поступают в накопитель передачи НПер;
  
• хранение (накопление) кодовой комбинации в накопителе передачи до окончания полного цикла ее передачи в канал связи;
  
• последовательное считывание элементов комбинации и включение в ее состав служебных элементов. Эту операцию выполняет распределитель передачи РПер, считывая информационные элементы из накопителя и в нужный момент управляя датчиком служебных элементов ДСЭ. Энергию для работы он получает от привода, а режим работы (непрерывный, синхронный или прерывистый, стартстопный) обеспечивается управляющим устройством УУ;
  
• модуляция и передача электрических импульсов в канал связи. Модулятором М определяются вид переносчика и его изменяемый информационный параметр, а выходное устройство ВыхУ обеспечивает гальваническую развязку передатчика от линии и формирует нужную амплитуду сигнала.
  

Рис. 6.1


Схема алгоритма работы передатчика приведена на рис. 6.2.




Рис.6.2


Сигнал пуска распределителя от устройства ввода выдается лишь в передатчиках с прерывистым режимом работы распределителя (старт-стопные аппараты). В синхронных передатчиках распределитель работает непрерывно и независимо от наличия или отсутствия ввода информации. В любом случае ввод очередного символа должен блокироваться на время передачи кодовой комбинации. В передатчике происходит развертка кодовой комбинации во времени, т.е. преобразование параллельной работы в последовательную. Каждый элемент комбинации модулируется, формируется линейный сигнал, который отправляется в канал связи. Приемник выполняет функции, обратные функциям передатчика (см. рис. 6.1). Принятый электрический сигнал преобразуется в символ сообщения с последующим нанесением его на технический носитель. При этом выполняются следующие операции:

• прием электрических сигналов и преобразование их в вид, удобный для последующей обработки. Входным устройством ВхУ обеспечивается гальваническая развязка линии и приемника и осуществляется выделение служебных элементов;
  
• регистрация информационных элементов в РГУ, т.е. в определение значащей позиции каждого из них. Эта операция выполняется в строгой последовательности, определяемой распределителем приема РПр;
  
• накопление элементов и сборка из них кодовых комбинаций в НПр;
  
• декодирование полностью принятой кодовой комбинации. После фиксации всех k информационных элементов по команде от распределителя принятая комбинация параллельно сбрасывается на декодирующее устройство ДКУ (декодер), где и отождествляется с одним из М принимаемых символов. В приемнике происходит преобразование последовательной работы в параллельную;
  
• нанесение символов на технический носитель. Устройство вывода информации УВыв обеспечивает отпечатывание символа на носителе (лента, рулон бумаги), нанесение его на магнитную ленту или в виде отверстий на перфоленту (перфокарту).
  

Схема алгоритма работы приемника приведены на рис. 6.3.



Рис.6.3


Правильные регистрация и нумерация элементов принятой комбинации возможны лишь при наличии определенных фазовых соотношений между работой распределителей передатчика и приемника. Установление таких соотношений и их поддержание во времени осуществляются коррекционным устройством КУ, выполняющим операции синхронизации и фазирования. Необходимую для этого информацию коррекционное устройство получает из принимаемой кодовой последовательности в служебных элементах, посылаемых ДСЭ передатчика.

Часть расшифрованных комбинаций является непечатаемой (регистровые, возврат каретки, перевод строки, запрос автоответчика) и служат для выполнения различных операций.

Наряду с рассмотренными узлами оконечного аппарата в его состав входят вспомогательные устройства, которые создают дополнительные сервисные услуги для оператора и улучшают качественные показатели аппарата.


6.2. Исправляющая способность приемника


На вход регистрирующего устройства приемника поступают искаженные по длительности импульсы. И тем не менее их значащая позиция в большинстве случаев оценивается правильно, как это следует из рассмотрения методов регистрации. Появление искажений есть следствие помех в канале. Следовательно, приемник способен противостоять вредному действию помех. Для оценки его помехоустойчивости вводят понятие "исправляющая способность приемника" под которой понимают способность приемника правильно воспроизводить символы при наличии на его входе искаженных импульсов.

При значительных краевых искажениях, превышающих некоторый предел, возможно неверное определение значащей позиции, а следовательно, появление ошибочного символа.

Это предельное значение искажений и оценивает величину, т.е.

 =  _доп =  _доп /t₀.




Рис. 6.4

Численно исправляющая способность приемника – это предельно допустимая величина относительного краевого искажения, при котором значащая позиция восстановления импульса определяется еще правильно.

В зависимости от факторов, учитываемых при расчетах исправляющей способности, различают несколько ее разновидностей.

Теоретическая исправляющая способность – это потенциальная способность приемника противостоять вредному действию помех. Не учитывает реальных погрешностей, возникающих в условиях эксплуатации.

Рабочая исправляющая способность – это такое значение исправляющей способности, которым обладает приемник с учетом расхождения по фазе, обусловленного искажением коррекционных импульсов.


6.3. Аналоговые модемы передачи данных


Для согласования поступающих с терминала сигналов с параметрами используемого аналогового или цифрового канала требуется выполнить их преобразование соответственно в аналоговый либо дискретный сигнал. Поэтому первые модемы назывались устройствами преобразования сигналов (УПС) и вместе с устройством защиты от ошибок (УЗО), а в некоторых случаях и автоматическим вызывным устройством (АВУ), входили в состав аппаратуры передачи данных (АПД).

Современные модемы, кроме преобразования сигналов и коррекции ошибок, выполняют целый ряд дополнительных функций, в том числе и интеллектуальных: автоматически устанавливают протоколы работы и максимально достижимую скорость передачи при требуемой верности и существующих качественных показателях линий связи; автоматически корректируют амплитудно- и фазочастотную характеристики каналов связи; автоматически тестируют состояния линий связи и модема с выводом результатов на печать или минидисплей; осуществляют сжатие-расширение информации; преобразовывают асинхронные сигналы оконечного оборудования в синхронные и др.

Основными являются три разновидности модемов:

• простые (без "интеллекта"), при использовании которых соединение (набор номера на телефонном аппарате) в коммутируемой телефонной сети происходит ручным способом;
  
• с упрощенным "интеллектом", что позволяет осуществлять программное управление набором номера;
  
• интеллектуальные, у которых большинство функций взаимодействия абонентской системы с телефонной сетью осуществляется программным путем.
  

Интеллектуальные возможности модемов реализуются благодаря наличию схемы управления.

Особую группу модемов составляют так называемые факс-модемы. Они имеют в своем составе все составные элементы факсимильных аппаратов, за исключением сканирующего и воспроизводящего устройств. Они позволяют организовать связь с обыкновенным факсимильным аппаратом (факсом), но при этом принимаемая информация об изображении выдается на компьютер, где она преобразуется в один из графических форматов. В дальнейшем полученный таким образом Документ можно редактировать, вывести на печать (принтер) или передать другому пользователю, имеющему факсимильный аппарат или компьютер с факс-модемом.

Для работы по радиоканалам, в том числе сотовой и спутниковой связи, разработаны радиомодемы, а для волоконно-оптических линий связи – оптические модемы. Их особенность вытекает из используемых линий связи. В радиоканалах вследствие большого уровня внешних помех скорость передачи информации обычно составляет 1200-9600 бит/с. В волоконно-оптических линиях связи, где уровень помех очень низкий, а полоса пропускания очень большая, скорость передачи составляет мегабиты в секунду.

Высокая верность передачи модемной связи достигается применением решающей обратной связи с использованием помехоустойчивых кодов с обнаружением и исправлением ошибок, высокая скорость –синхронным способом передачи, сжатием информации, многопозиционной модуляцией. Базовыми элементами, реализующими модемы, являются микропроцессоры.

Для программного управления режимами работы модема (его схемы управления) со стороны компьютера используется набор специальных команд. Команды управления воспринимаются модемом только, если он находится в командном режиме. Каждый конкретный модем может воспринимать определенное множество команд, в общем случае не совпадающих с командами, поддерживаемыми другими модемами. Однако для удобства их применения и совместимости коммуникационных программ необходимо иметь стандартный набор таких команд. В роли стандартов для интеллектуальных модемов в настоящее время выступает набор команд модемов фирмы Hayes, называемый также AT-командами, и команды, определяемые рекомендацией V.25bis.

Современный модем (рис. 6.5) содержит адаптеры портов канального и DTE-DCE интерфейсов, универсального процессора PU, сигнального процессора DSP и модемного процессора, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ, ROM), постоянно энергонезависимого перепрограммируемого (ППЗУ, EEPROM), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ, RAM) и индикатора состояния модема.



Рис. 6.5


Порт интерфейса DTE-DCE обеспечивает взаимодействие модема с DTE, порт канального интерфейса – согласование электрических параметров с используемым каналом связи. Канал может быть аналоговым или цифровым, с двух- и четырехпроводным окончанием.

Универсальный процессор PU выполняет функции управления взаимодействием с DTE и индикатором состояния модема. Именно он реализует посылаемые DTE команды и управляет работой остальных устройств модема. Он также может производить операции сжатия/расширения данных.

Интеллектуальные возможности модема определяются в основном типом используемого универсального процессора PU и микропрограммой управления модема, хранящейся в ROM. Замена или перепрограммирование ROM позволяет существенно изменить его возможности, обеспечить поддержку новых протоколов или сервисных функций, например автоматическое определение номера (АОН) вызывающего абонента и др.

Энергонезависимая память EEPROM позволяет сохранить состояния устройств модема на время его выключения. Оперативное запоминающее устройство RAM используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений как универсальным PU, так и цифровым сигнальным процессором DSP.

На сигнальный процессор DSP, как правило, возлагаются задачи по реализации основных функций (модуляции/демодуляции, кодирования/декодирования, скремблирования-скремблирования и др.). В некоторых случаях функции модуляции-демодуляции выполняются модемным процессором. Таким образом, основные функции, связанные с обработкой сигналов, реализуются цифровым сигнальным процессором, модемным процессором и собственно канальным интерфейсом.


6.4. Протоколы передачи модемов


Модемы также можно классифицировать в соответствии с реализованными в них протоколами. Все протоколы, регламентирующие те или иные аспекты функционирования модемов, могут быть отнесены к двум большим группам: международным и фирменным.

Протоколы международного уровня разрабатываются под эгидой ITU-T и принимаются им в качестве рекомендаций (ранее ITU-T назывался Международным Консультативным Комитетом по Телефонии и Телеграфии – МККТТ, международная аббревиатура – CCITT). Все рекомендации ITU-T относительно модемов относятся к серии V. Фирменные протоколы разрабатываются отдельными компаниями – производителями модемов, с целью преуспеть в конкурентной борьбе. Часто фирменные протоколы становятся стандартными протоколами и принимаются частично, либо полностью в качестве рекомендаций ITU-T, как это случилось с рядом протоколов фирмы Microcom. Наиболее активно разработкой новых протоколов и стандартов занимаются такие известные фирмы, как AT&T, Motorolla, U.S. Robotics, ZyXEL и другие.

С функциональной точки зрения модемные протоколы могут быть разделены на следующие группы:

• определяющие нормы взаимодействия модема с каналом связи (V.2, V.25);
  
• регламентирующие соединение и алгоритмы взаимодействия модема и DTE (V.10, V.11.V.24, V.25, V.25bis);
  
• определяющие основные характеристики модемов, предназначенных для коммутируемых и выделенных телефонных каналов. К ним относятся такие протоколы, как V.17, V.22, V.32, V.34, HST, ZyX и большое количество других;
  
• коррекции ошибок (V.41, V.42, MNP1-MNP4);
  
• сжатия передаваемых данных, такие как MNP5, MNP7, V.42bis;
  
• определяющие процедуры диагностики модемов, испытания и измерения параметров каналов связи (V.51, V.52, V.53, V.54, V.56);
  
• согласования параметров связи на этапе ее установления (Handshaking), например V.8.
  

Приставки «bis» и «ter» в названиях протоколов обозначают, соответственно, вторую и третью модификацию существующих протоколов или протокол, связанный с исходным протоколом. При этом исходный протокол, как правило, остается поддерживаемым.

Некоторую ясность в многообразие модемных протоколов может внести условная классификация, приведенная на рис. 6.6.

Классификация модемных протоколов





Рис. 6.6


6.5. Устройство и работа модема


Передатчик и приемник модема.

Большинство современных модемов обеспечивают синхронную передачу данных по каналу связи. Поэтому остановимся на их функциональном устройстве и принципе работы.

В общем случае синхронный модем содержит передатчик, приемник, компенсатор электрического эха, устройство управления и источник питания (рис. 6.7). Устройство управления - универсальный микропроцессор обеспечивает интеллектуальный интерфейс с DTE и осуществляет управление работой передатчика, приемника и эхо-компенсатора. Эхо-компенсатор предназначен для ослабления мешающего влияния электрического эха (собственного отраженного сигнала в канале связи) на прием сигналов от удаленного модема.




Рис. 6.7


Рассмотрим работу передатчик синхронного модема (рис. 6.8). Поступающие из DTE сигналы данных подвергаются в скремблере операции, смысл которой состоит в получении последовательности, в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной. Придание свойств случайности (рандомизации) передаваемой последовательности данных облегчает выделение тактовой частоты приемником удаленного модема и его синхронизацию с передатчиком. Затем происходит кодирование помехоустойчивым кодом, и сигнал поступает в аналоговый канал связи. В некоторых модемах перед поступлением сигнала в канал происходит его обработка (перекос уровней спектра линейного сигнала) с целью уменьшения влияния амплитудно- и фазочастотных характеристик канала на искажения сигналов.




Рис. 6.8


Схема синхронизации вырабатывает тактовые импульсы для синхронизации всех устройств модема. Источником их является или внутренний высокостабильный генератор опорной частоты, или непосредственно DTE. В последнем случае модем обязан поддерживать синхронный режим работы не только по каналу с удаленным модемом, но и по интерфейсу DTE-DCE.

Приемник синхронного модема (рис. 6.9) содержит адаптивный корректор с устройством управления, промежуточный модулятор с задающим генератором, демодулятор, декодер, дескремблер и устройство синхронизации.




Рис. 6.9


Адаптивный корректор приемника позволяет компенсировать межсимвольные искажения сигналов, вносимых каналом связи. Его адаптивность заключается в способности подстраиваться под изменяющиеся параметры канала в течение сеанса связи с целью минимизации межсимвольных искажений и повышения помехоустойчивости приема.

Промежуточный модулятор приемника совместно с задающим генератором предназначен для переноса спектра принимаемого сигнала (300-3400 Гц) в область более высоких частот с целью уменьшения искажений сигналов при его последующей демодуляции. Декодер и дескремблер выполняют операции, обратные осуществляемым в передатчике. Устройство синхронизации выделяет тактовую частоту из принимаемого сигнала и подает ее на другие узлы приемника.


Скремблирование

Двоичный сигнал на входе модема может иметь произвольную статистическую структуру, которая не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым синхронным способом передачи. Среди этих требований основными являются следующие:

• частота смены символов (1,0) должна обеспечивать надежное выделение тактовой частоты непосредственно из принимаемого сигнала;
  
• спектральная плотность мощности передаваемого сигнала должна быть, по возможности, постоянной и сосредоточенной в заданной области частот с целью снижения взаимного влияния каналов.
  

Приведенные требования должны выполняться независимо от структуры передаваемого сообщения. Поэтому в модемах, реализующих синхронные способы передачи в канале, исходная последовательность двоичных посылок часто подвергается определенной обработке. Смысл такой обработки состоит в получении последовательности, в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной, что позволяет удовлетворить два названные выше требования.

Одним из способов такой обработки является скремблирование (scramble – перемешивание). Скремблирование – это обратимое преобразование структуры цифрового потока без изменения скорости передачи с целью получения свойств случайной последовательности. Скремблирование производится на передающей стороне с помощью скремблера, реализующего логическую операцию суммирования по модулю 2 исходного и псевдослучайного двоичных сигналов. На приемной стороне осуществляется обратное преобразование – деск-ремблирование, выполняемое дескремблером. Дескремблер выделяет из принятой последовательности исходную информационную последовательность.

Коррекция ошибок. В основу коррекции ошибок положены системы с решающей обратной связью с ожиданием РОС-Ож (SAW), с блокировкой РОС-Бл (GBN) и адресным повторением РОС-АП (SR). Для обнаружения ошибок в передаваемой информации в общем случае могут применяться различные методы: посимвольный контроль четности, поблочный контроль четности, расчет контрольной суммы, контроль циклическим избыточным кодом (CRC).

Корректирующая способность первых трех методов низка. Поэтому основное применение находят циклические коды, обнаруживающие и исправляющие одиночные ошибки и пакеты ошибок, в основу которых положены операции умножения и деления на образующий многочлен g(x).

К рекомендованным МСЭ-Т (V.41) относятся циклический код с образующим многочленом g(x) = х¹⁶ + х¹² + х⁵ + 1, который обозначают как МККТТ-16 (CCITT-16). Другим является код CRC-16 (V.42) с образующим многочленом g(x) = x^l6+ x¹⁵ + х² + 1, который получил широкое применение при синхронной передаче BSC (Binary Synchronous Communications). Находит применение также код CRC-12 с образующим многочленом g(x) = х¹²+ х¹¹ + х³ + 1.

Увеличение числа проверочных разрядов (степени образующего многочлена) позволяет значительно повысить корректирующую способность кода. Поэтому на каналах связи низкого качества рекомендован (V.42) циклический код g(x) = х³² +х²⁶ + х²³ + х²² + х¹⁶ + х¹² + х¹¹ + х¹⁰ + х⁸ + х⁷ + х⁵ + х⁴ + х² + х + 1, известный как CRC-32.

Совершенствование методов коррекции ошибок V.42 и сжатия данных V.42 bis отразилось на создании аппаратных протоколов микрокоманд MNP (Microcom Network Protocols), реализуемых многими современными модемами. К настоящему времени известны десять протоколов MNP.