Широкие возможности адаптации предусмотрены и на этапе вхождения в связь. Вхождение в связь
Процедура-вхождения в связь состоит из четырех фаз. На первой фазе модемы выбирают наивысший протокол ITU-T серии V, реализованный в обоих модемах. На этом этапе соединение устанавливается согласно Рекомендациям V. 25 и V. 8. Если оба модема поддерживают протокол V. 34, то они переходят ко второй фазе, в ходе которой производится классификация канала связи. В течение 3 и 4 фазы происходит обучение адаптивного эквалайзера, эхокомпен-сатора и ряда других систем модема.
После установления соединения процедура адаптации к каналу связи начинается с того, что передатчик модема посылает в линию специальный тестовый сигнал, представляющий собой последовательность из 21 гармонического колебания разных частот в диапазоне от 150 до 3750 Гц. Приемник удаленного модема, принимая этот сигнал, рассчитывает частотную характеристику канала связи, степень нелинейных искажений, сдвиг частот и ряд других характеристик канала. Затем выбирается, номинальная скорость модуляции, значение несу 111ей частоты, уровень передачи, номер шаблона и коэффициенты предкор-рёктора, скорость передачи данных, число состояний решетчатого кодера, тип СКК, параметры нелинейного кодера и другая информация о желаемой конфигурации удаленного передатчика. Такая же процедура выполняется и в противоположном направлении.
Далее оба модема обмениваются этими установками. Для этого используются протоколы V. 22 (скорость 600 бит/с, ОФМ в частотно-разделенных каналах на несущих 1200 и 2400 Гц) и V. 42.
Преимущества V. 34
Рекомендация V. 34 реализует системный подход к решению проблемы помехоустойчивости. Поэтому модем V. 34 может работать с большей скоростью, чем другие на каналах такого же качества. Оценочное место протокола V. 34 относительно других протоколов модуляции и граница Шеннона иллюстрируются рис. 3. 4. Здесь значение вероятности ошибочного приема принято равным 10-4.
Рис. 3. 4. Место протокола V. 34
В Рекомендации V. 34 предусмотрена возможность передачи данных со скоростью 33, 6 Кбит/с, однако юридически она была закреплена в виде поправки к стандарту в октябре 1996 г. в Женеве на международной конференции по стандартизации в области телекоммуникаций. Модемы, поддерживающие такую скорость, часто называют модемами V. 34+ или V. 34bis.
3. 4. Факс-протоколы модуляции
3. 4. 1. Протоколы V. 27, V. 27bis, V. 27ter
Из протоколов V. 27, V. 27bis, V. 27ter два первых предназначены для использования на четырехпроводных арендованных линиях, а V. 27ter—на двухпроводных коммутируемых каналах связи. В этих протоколах применяется относительная фазовая модуляция с частотой несущей 1800 Гц. Возможна работа на скоростях 2400 и 4800 бит/с. Скорость передачи 2400 бит/с достигается при скорости модуляции 1200 Бод и использовании ОФМ-4 (ДОФМ). Соответствие между дибитами и разностью фаз следующее: 00— 0°, 01 — 90°, 11 — 180°, 10 —270°. Скорость 4800 бит/с, в свою очередь, достигается посредством выбора скорости модуляции 1600 Бод и ОФМ-8. Закон кодирования трибитов значением фазы приведен в табл. 3. 2.
Протокол V. 27 предусматривает применение самосинхронизирующего скремблера с образующим полиномом 1+x-6+x-7. Схема скремблера приведена на рис. 3. 5.
Таблица 3. 2. Кодирование трибитов в модемах V. 27
Трибит
Разность фаз
Трибит
Разность фаз
001
0°
111
180°
000
45°
110
225°
010
90°
100
225°
011
135°
101
315°
Протокол V. 27bis позволяет организовать полнодуплексную передачу на четырехпроводных линиях и полудуплексную на телефонных каналах с двухпроводным окончанием. При этом скорость передачи по обратному каналу составляет 75 бит/с.
Протокол V. 27ter предусматривает использование автоматического адаптивного корректора. Для настройки корректора применяется специальный генератор двухфазного сигнала.
Рис. 3. 5. Скремблер V. 27
3. 4. 2. Протокол V. 29
Протокол V. 29 предусматривает возможность работы со скоростями 9600, 7200 и 4800 бит/с по четырехпроводным арендованным телефонным каналам. Частота несущего сигнала равна 1700 Гц, а скорость модуляции—2400 Бод. Применена квадратурная амплитудная модуляция. Сигнальное созвездие протокола изображено на рис. 3. 6. При скорости 9600 бит/с поток двоичных символов разделяется на блоки по 4 бита (Ql, Q2, Q3, Q4). Второй (Q2), третий (Q3), четвертый (Q4) биты в блоке определяют изменение фазы сигнала по отношению к фазе предшествующего элемента в соответствии с табл. 3. 3, реализуя таким образом закон относительного кодирования. Амплитуда передаваемого сигнального элемента определяется первым битом (Ql) и величиной абсолютной фазы сигнального элемента в соответствии с табл. 3. 4.
Принцип формирования сигнала рассмотрим на примере передачи последовательности 1011 0000 1101 0110 0011 0101. Значения амплитуд и фаз сигналов в соответствии с диаграммой на рис. 3. 7 представлены в табл. 3. 5 (за исходную фазу предыдущей посылки по диаграмме выбрана фаза 135°). Значения фазы 270° и амплитуды 5 первой строки табл. 6. 9 получились следующим образом. Для блока Q2Q3Q4=011 по табл. 6. 7 находится фаза, равная 135°.
Рис. 3. 6. Сигнальная диаграмма протокола V. 29
Q2
Q3
04
Изменение фазы
0
0
1
0°
0
0
0
45°
0
1
0
90°
0
1
1
135°
1
1
1
180°
1
1
0
225°
1
0
0
270°
1
0
1
315°
Таблица 3. 3. Закон изменения фазы сигнала для протокола V. 29
Это значение определяет скачок фазы по отношению к фазе предыдущей посылки, равной также 135°. В результате абсолютному значению фазы 270° и значению бита Q1=1 по табл. 6. 8 соответствует амплитуда, равная 5.
При скорости 9600 бит/с в соответствии с диаграммой на рис. 3. 6 применяется сигнал КАМ-16 с четырьмя градациями амплитуды и восемью градациями фазы. На скорости 7200 бит/с при объединении в блок трех бит достаточно 8-и позиционного сигнала. Согласно V. 29 в этом случае используются 2 значения амплитуды (3 и v2) и все 8 градаций фаз. Трехбитный блок образуют 3 последние цифры комбинаций, указанных на рис. 3. 6.
Таблица 3. 4. Закон изменения амплитуды сигнала для протокола V. 29 Абсолютная фаза
Q1
Амплитуда
0°, 90°, 180°, 270°
0
3
1
5
45°, 135°, 225°, 315°
0
Ц2
1
3Ц2
На скорости 4800 бит/с при объединении в блок двух бит для передачи требуется четыре элементарных сигнала. В данном случае эти сигналы имеют вид обычной ФМ-4. Двухбитный блок образуют два средних двоичных знака комбинаций, указанных на рис. 3. 6.
Протокол V. 29 предусматривает возможность многоканальной передачи. Это означает, что вместо четырех объединенных бит можно организовать передачу Таблица 3. 5. Пример кодирования фазы и амплитуды при передачи последовательности данных по протоколу V. 29.
Блок данных
Абсолютна фаза
Амплитуда
1011
270°
5
0000
315°
^'2
1101
270°
5
0110
135°
V2
0011
270°
3
0101
225°
4-1
Таблица 3. 5. Пример кодирования фазы и амплитуды при передачи последовательности данных по протоколу V. 29.
по четырем каналам со скоростью 9600/4=2400 бит/с. Возможны также комбинации скоростей 2400, 4800, 7200 бит/с, дающие в сумме скорость 9600 бит/с. Многоканальный режим также может быть осуществлен при скорости передачи модема 7200 бит/с (объединение до трех каналов) и 4800 бит/с (два канала по 2400 бит/с). Более подробная информация о режимах работы внешнего мультиплексора приведена в табл. 3. 6.
Варианты конфигурации 1 —5 рассчитаны на групповую скорость 9600 бит/ с, варианты 6—8 — на скорость 7200 бит/с, а варианты 9—10 — на скорость 4800 бит/с. В модемах V. 29 применяется адаптивный корректор (эквалайзер) и скремблер. Скремблирование передаваемых данных осуществляется по закону образующего полинома 1+x –18 + x –23.
3. 4. 3. Протокол V. 17
Протокол V. 17 является самым скоростным факс-протоколом модуляции. По своим же параметрам он похож на протокол V. 32bis.
Частота несущего колебания принята равной 1800 Гц, а скорость модуляции — 2400 Бод. При этом используются режимы СКК-16, СКК-32, СКК-64 и СКК-128.
Таблица 3. 6. Варианты работы мультиплексора V. 29
Номер конфигурации
Скорость в подканалах, бит/с
Канал мультиплексирования
Модуляционные биты
Q1
Q2
Q3
Q4
1
9600
А
х
х
х
х
2
7200
А
х
х
х
2400
В
х
3
4800
А
х
х
4800
В
х
х
4
4800
А
х
х
2400
В
х
2400
С
х
5
2400
А
х
2400
В
х
2400
С
х
2400
D
х
6
7200
А
х
х
х
7
4800
А
х
х
2400
В
х
8
2400
А
х
2400
В
х
2400
С
х
9
4800
А
х
х
10
2400
А
х
2400
В
х
Соответственно информационная скорость передачи может быть 7200, 9600, 12000 и 14400 бит/с.
3. 5. Фирменные протоколы модуляции
3. 5. 1. Протокол V. 32terbo
Протокол V. 32terbo был разработан фирмой AT&T. Он опубликован и доступен разработчикам модемов. За исключением модемов фирмы AT&T данный протокол реализован в большинстве модемов корпорации MultiTech и некоторых модемах фирмы U. S. Robotics. Протокол V. 32terbo предусматривает более развитые технические решений, чем те, которые предусмотрены в V. 32bis:
технология эхоподавления, модуляция с решетчатым кодированием (СКК). В данном протоколе скорость модуляции принята равной 2400 Бод, а несущая частота 1800 Гц. В отличие от V. 32bis, за счет применения СКК-256 и СКК-512 обеспечиваются скорости передачи 16800 и 19200 бит/с.
Модемы V. 32terbo предъявляют жесткие требования к качеству используемого телефонного канала. Так, для устойчивой работы на скорости 19200 бит/с необходимо, чтобы отношение сигнал/шум в канале было не менее 30 дБ. 3. 5. 2. Протоколы ZyX, ZyCELL
Протокол ZyX разработан корпорацией ZyXEL Communications и реализован в ее собственных модемах. Данный протокол, также как и V. 32terbo, обеспечивает скорости передачи 16800 и 19200 бит/с. Предусмотрено применение технологии эхо-подавления и модуляции решетчатым кодом несущего колебания с частотой 1800 Гц. Скорость модуляции 2400 Бод сохраняется лишь для скорости передачи 16800 бит/с. Скорость 19200 бит/с обеспечивается за счет повышения модуляционной скорости до 2743 Бод при сохранении 256-позици-онной СКК для обеих скоростей передачи. Такое решение позволило снизить требования к качеству канала связи на 2, 4 дБ. Однако расширение спектра сигнала за счет увеличения скорости модуляции может негативно сказаться на качестве связи в каналах с большой неравномерностью амплитудно-частотной характеристики.
Протокол ZyCELL разработан специально для передачи информации по телефонным каналам низкого качества (с высоким уровнем помех), какими также являются каналы сотовых сетей связи.
Технология ZyCELL включает в себя 5 процедур физического уровня и 2 процедуры канального, улучшающие реализацию протокола исправления ошибок V. 42. Поэтому протокол ZyCELL является не только протоколом модуляции, но и протоколом исправления ошибок.
Процедуры физического уровня:
быстрая повторная синхронизация;
кодирование с прямым исправлением ошибок;
автоматическое регулирование уровня передачи;
динамический выбор скорости передачи;
улучшенная процедура вхождения в связь. Процедуры канального уровня; модифицированная процедура адаптивного изменения размера передаваемого кадра; процедура селективного повтора кадра (ARO типа SR или SREJ). При перемещении мобильного телефона из одной соты в другую происходит переключение с одного радиоканала на другой. При изменении расстояния от сотового радиотелефона до базовой станции производится автоматическое переключецие мощности передатчика. В результате таких переключении радиосвязь, а значит и несущая частота модема, прерывается на 0, 2.... 1, 2 с. Обычный модем реагирует на такой перерыв связи процедурой повторного соединения, которая обычно продолжается около 10с, или даже рассоединением. При смене сот или изменении мощности сигнала протокол ZyCELL предусматривает применение процедуры быстрой повторной синхронизации (FRS— Fast ReSynchronization). Большой проблемой при обеспечении безошибочной передачи данных через сотовые системы связи являются замирания сигнала, вызванные его многократным отражением. Из-за различия фаз сигналов, пришедших к приемнику разными путями, возникает интерференция, которая в зависимости от места расположения приемника влияет на мощность принятого сигнала. В результате колебаний амплитуды несущей при передаче данных возникают ошибки и нарушается режим работы модема. Для уменьшения влияния эффекта замирания сигнала в протоколе ZyCELL применяетсякодирование с прямым исправлением ошибок (FEC — Forward Error Correction), названное фирмой сотовым FEC (CFEC — Cellular FEC). Применение такого "кода позволяет на приемной стороне исправить ряд ошибок, не запрашивая повторной передачи искаженных кадров. Повторная передача запрашивается только в том случае, когда корректирующей способности кода FEC для исправления всех ошибок оказывается недостаточно. Таким образом, протокол ZyCELL предусматривает гибридное кодирование как кодом с обнаружением ошибок для формирования контрольного поля кадра в рамках протокола канального уровня типа V. 42, так и кодом с исправлением ошибок. При очень низком качестве канала это позволяет резко снизить число повторных передач и, следовательно, повысить реальную скорость передачи.
Аналоговые системы сотовой связи первоначально были разработаны для голосовой связи. Они используют компандирование и предварительную коррекцию, которые вносят дополнительные искажения в передаваемый сигнал. Очень сильный сигнал может исказиться компандером при его ограничении по амплитуде. Слишком слабый сигнал даст низкое отношение сигнал/шум на приемной стороне. Поэтому для установки оптимального уровня передаваемого сигнала используется процедураавтоматической регулировки уровня передачи (АТРА — Automatic Transmit Power Adjustment). Протокол ZyCELL для быстрого выбора рабочей скорости передачи и режимов кодирования с целью максимизации пропускной способности предусматривает димал
Протокол ZyCELL обеспечивает скорость передачи данных в диапазоне от 2400 до 14400 бит/с. В нем используется два новых фирменных метода модуляции: ZyCELL-T и ZyCELL-C.
Метод ZyCELL-Т используется при относительно низком уровне помех и обеспечивает передачу данных со скоростями 14400, 12000, 9600, 7200 и 4800 бит/с. При этом используются СКК на 128, 64, 32, 16 и 8 сигнальных позиций соответственно. В режиме ZyCELL-Т на скорости 4800 бит/с реализация СКК-8 дает более высокие показатели допустимого отношения сигнал/шум, по сравнению с режимом ДОФМ протокола V. 32 для такой же скорости.
