8.3.2. Общеупотребительные модемные протоколы МСЭ-Т

V.21. Дуплексный протокол с ЧРК и ЧМ. На нижнем канале (его обычно использует для передачи вызывающий модем) "1" передается частотой 980 Гц, а "0" - 1180 Гц. На верхнем канале (передает отвечающий) "1" передается частотой 1650 Гц, а "0" - 1850 Гц. Модуляционная и информационная скорости равны - 300 бод, 300 бит/с.

Несмотря на невысокую скорость, данный протокол находит применение прежде всего в качестве "аварийного", при невозможности вследствие высокого уровня помех использовать другие протоколы физического уровня. Кроме того, ввиду своей неприхотливости и помехоустойчивости, он используется в специальных высокоуровневых приложениях, требующих высокой надежности передачи. Например, при установке соединения между модемами по Рекомендации V.8, или для передачи управляющих команд при факсимильной связи (верхний канал).

V.22. Дуплексный протокол с частотным разделением каналов и относительной фазовой модуляцией (ОФМ). Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) - 1200 Гц, верхнего (передает отвечающий) - 2400 Гц. Модуляционная скорость - 600 бод. Имеет режимы двухпозиционной (кодируется бит) и четырехпозиционной (дибит) ОФМ с фазовым расстоянием между точками, соответственно, в 180° и 90° . Соответственно, информационная скорость может быть 600 или 1200 бит/с. Этот протокол фактически поглощен протоколом V.22bis.

V.22bis. Дуплексный протокол с ЧРК и КАМ. Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) - 1200 Гц, верхнего - 2400 Гц. Модуляционная скорость - 600 бод. Имеет режимы 4-позиционной (кодируется дибит) и 16-позиционной (кодируется квадробит) КАМ. Соответственно, информационная скорость может быть 1200 или 2400 бит/с. Режим 1200 бит/с полностью совместим с V.22. Протокол V.22bis является стандартом де-факто для всех низкоскоростных модемов.

V.32. Дуплексный протокол с эхоподавлением и КАМ или КАМ 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), 4-позиционной (дибит) и 16-позиционной (квадробит) КАМ. Соответственно, информационная скорость может быть 2400, 4800 и 9600 бит/с. Кроме того, для скорости 9600 бит/с имеет место альтернативная модуляция - 32-позиционная КАМ с решетчатым кодированием.

V.32bis. Дуплексный протокол с эхоподавлением и КАМ с решетчатым кодированием. Используются те же, что в V.32, частота несущего сигнала - 1800 Гц, и модуляционная скорость - 2400 бод. Имеет режимы 16-, 32-, 64- и 128-позиционной модуляции. Соответственно, информационная скорость может быть 7200, 9600, 12000 и 14400 бит/с. Режим 32-позиционной модуляции полностью совместим с соответствующим режимом V.32. Протокол V.32bis является стандартом де-факто для среднескоростных модемов.

V.34. Рекомендация обеспечила существенное увеличение скорости передачи по сравнению с рассмотренными выше, поэтому рассмотрим ее характеристики подробнее.

Полное название рекомендации: "Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями до 28800 бит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа". Принята МСЭ-Т 20 сентября 1994 года.

Ключевым моментом, позволившим увеличить скорость, является более полное использование полосы частот, предоставляемой коммутируемой телефонной сетью.

Используемая модемом по рекомендации V.34 полоса частот является адаптивно меняющейся величиной. Рекомендацией предусматривается шесть символьных скоростей S, равных 2400, 2743, 2800, 3000, 3200 и 3429 символов/с (в рекомендации V.34 не упоминается единица измерения скорости модуляции "Бод", что, видимо, связано со спецификой используемых сигналов, размерность которых больше двух) и ряд значений несущей частоты: 1600, 1646, 1680, 1800, 1829, 1867, 1920, 1959, 2000 Гц. Это дает модему возможность использовать имеющуюся полосу частот с максимальной эффективностью.

Идея адаптивной подстройки под конкретные характеристики канала, которая в предыдущих поколениях модемов реализуется лишь в приемной части модема, в данной рекомендации обрела глобальный характер. Даже сама скорость передачи данных R выбирается из множества допустимых, лежащих в диапазоне от 2400 до 28800 бит/с, кратных 2400 бит/с, и может меняться в ходе работы. При этом за один символьный интервал, длительность которого равна 1/S, может передаваться от 1 до 9 бит. Наивысшая скорость - 28800 бит/с возможна только на символьных скоростях 3200 и 3429 символов/с, при этом ширина спектра линейного сигнала превышает ЭППЧ канала ТЧ (3100 Гц). Этот противоречивый на первый взгляд факт объясняется тем, что в ряде случаев межмодемное соединение может быть организовано без участия систем передачи, ограничивающих ЭППЧ величиной 3100 Гц. Примером такого соединения может служить соединение абонентов двух АТС, расположенных недалеко друг от друга (соединение представляет собой "чистые провода").

Другим, не менее важным, моментом является система помехоустойчивого кодирования. Техника TCM (Trellis Coded Modulation - модуляция с решетчатым кодированием) значительно продвинулась вперед по сравнению с той, какая заложена в рекомендации V.32.

В рекомендацию V.34 введена четырехмерная сигнально-кодовая конструкция (СКК) со сверточным кодом на 16, 32 и 64 состояния. С увеличением числа состояний кодера растет свободное евклидово расстояние между соседними путями на решетчатой диаграмме, в результате чего улучшается помехоустойчивость всей системы сигналов. С другой стороны, эта тенденция ведет к усложнению декодера и увеличению задержки на принятие решения.

В четырехмерном пространстве каждая точка имеет четыре координаты, передается за два символьных интервала и при формировании ее позиционного номера используется один избыточный бит. Переход к четырехмерным СКК позволил существенно увеличить общее число сигнальных точек, что дало возможность поднять кодовую скорость (отношение числа информационных бит к общему числу бит) без ухудшения помехоустойчивости.

Впервые в схему передатчика модема введен генератор колец, способствующий синтезу выходного сигнала требуемой формы. Дело в том, что, несмотря на наличие скремблера на входе передатчика, используемые СКК формируют сигнал с большим пик-фактором. Следствием этого является статистическая зависимость между передаваемой информацией и уровнем сигнала на выходе, что ухудшает общие характеристики системы. Для решения этой задачи в рекомендации предложено специальное предкодирование (Shell Mapping), которое обеспечивает информационную развязку для всех типов сигнальных созвездий.

Одной из интересных технологий, нашедших отражение в рекомендации V.34, является амплитудно-фазовая предкоррекция сигнала передатчика, позволяющая получить выигрыш более 3.5 дБ в отношении сигнал/шум по сравнению с линейной коррекцией. Предискажения на передаче вводятся при помощи цифрового фильтра третьего порядка с комплексными коэффициентами, которые пересылаются от удаленного модема на этапе вхождения в связь. Таким образом, сигнал передатчика имеет искажения, обратные тем, которые он приобретает при прохождении по каналу, и за счет этого существенно облегчается задача адаптивного корректора на приемной стороне.

Кроме того, в рекомендации заложена возможность выбора одного из 11 заранее определенных шаблонов для спектра сигнала передатчика. Эти шаблоны предполагают подъем высокочастотных составляющих спектра, что должно скомпенсировать искажения, вносимые абонентскими и соединительными линиями.

Интересной особенностью рекомендации является процедура адаптации к каналу связи после установления соединения. При этом передатчик модема дважды посылает в линию специальный зондирующий сигнал, который представляет собой последовательность из 21 гармонического колебания разных частот в диапазоне от 150 до 3750 Гц (т.е. в пределах шире ЭППЧ канала ТЧ). Приемник удаленного модема при помощи этого сигнала осуществляет расчет частотной характеристики канала связи, степени нелинейных искажений, сдвига частот и других характеристик канала. В соответствии с этим выбирается номинальная символьная скорость, значение несущей частоты, уровень передачи, номер шаблона и коэффициенты предкорректора, скорость передачи данных, число состояний решетчатого кодера, тип СКК, параметр нелинейного кодера и другая информация о желаемой конфигурации удаленного передатчика. Аналогичная процедура осуществляется и в противоположном направлении. Затем оба модема одновременно обмениваются этими установками, передавая их со скоростью 600 бит/с при помощи относительной фазовой модуляции в частотно-разделенных каналах на несущих 1200 и 2400 Гц. Эта информация защищена от ошибок циклическим кодом.

Серьезное внимание уделено процедуре вхождения в связь, которая состоит из четырех фаз. Первая фаза - установление соединения согласно рекомендациям V.25 и V.8, при которой модемы выбирают рекомендацию МСЭ-Т серии V, реализованную в обоих модемах. Если оба модема поддерживают V.34, то они переходят ко второй фазе, в ходе которой производится описанное выше опробирование и классификация канала связи. Третья и четвертая фазы служат для обучения адаптивного корректора, эхокомпенсатора и других систем приемника модема. Отличительной чертой V.34 также является развитый сервис, который включает в себя такие возможности, как:

- асимметричная передача. При этом подразумевается, что два модема, работающие по V.34, могут иметь не только разные скорости передачи, но и разные несущие частоты, разные СКК и т.д.;

- полудуплексная работа. Такая возможность предполагает взаимодействие модемов без схем эхокомпенсации и, видимо, в будущем реализацию факсимильной передачи по рекомендации V.34;

- дополнительный канал. В рекомендации заложен параллельный канал со скоростью передачи 200 бит/с, который образован за счет временного уплотнения и является информационно-независимым от основного канала. Этот канал может быть использован как самим модемом для обмена служебной информацией, так и оконечным оборудованием данных, и тогда он будет называться вторичным каналом. Вторичный канал является асинхронным и основным его назначением является функция управления сетью.

Доминирующим принципом V.34 является системный подход к проблеме помехоустойчивости. Все перечисленные аспекты увязаны воедино и представляют собой симбиоз передовых технологий, органично вобравший в себя последние достижения теории и практики передачи данных.

Ресурсоемкие алгоритмы, лежащие в основе рекомендации V.34, требуют большой вычислительной мощности. Производительность сигнального процессора в модеме, удовлетворяющего рекомендации V.34, должна быть порядка 35..40 MIPS, тогда как для реализации V.32bis было достаточно 20 MIPS.

Повышение производительности процессора повышает цену модема, поэтому многие производители просто адаптируют старые микросхемы V.32bis к требованиям рекомендации V.34 без повышения производительности процессора. Такие модемы стоят дешевле, поскольку не требуют разработки или использования новых микросхем. Ограничение производительности не позволяет реализовать полный набор всех функций рекомендации V.34. К сожалению в самой рекомендации часть функций определены как факультативные и их выбор для реализации остается на совести разработчика модема. В результате появились модемы, "соответствующие рекомендации V.34", но фактически являющиеся "усеченными".

Рынок модемов V.34 распался на два сегмента: недорогие модемы для "домашнего" использования, в которых реализованы только базовые обязательные функции V.34, и надежные дорогие модемы для профессиональной связи.

Технические решения, заложенные в рекомендации V.34 далеко не исчерпаны. Об этом свидетельствует то, что в конце 1996 года МСЭ-Т приняла новую редакцию рекомендации V.34, стандартизирующую требования к модемам на скорость передачи 33600 бит/с.

Кроме того, компании Rockwell Semiconductor Systems и Lucent Technologies подготовили набор микросхем, обеспечивающих скорость передачи 56 Кбит/с. Независимо от них фирма U.S.Robotics представила свою технологию х2, обеспечивающую такую же скорость передачи. Указанная скорость может быть достигнута только в том случае, если магистральная сеть является полностью цифровой, а аналоговыми являются только абонентские линии. Выполнение этого условия для ВСС в настоящее время является проблематичным.


Назад | Содержание | Вперед

Кунегин С.В.
http://kunegin.com