что такое относительная фазовая модуляция

Что такое относительная фазовая модуляция

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 6. Двоичная фазовая модуляция BPSK

Если изменение фазы может принимать всего два значения, то говорят о двоичной фазовой модуляции (Binary Phase Shift Key, BPSK). Математически сигнал, соответствующий логическому нулю, можно представить как что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, а сигнал, соответствующий логической единице, — как что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция. Тогда модулированный сигнал можно записать в виде: что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, где V(t) — управляющий сигнал, принимающий значения +1 и –1. Причем значение сигнала +1 соответствует логическому нулю, а значение сигнала –1 — логической единице.

Изменение фазы может иметь и более двух значений, например четыре (0, 90, 180 и 270°). В этом случае говорят о так называемой квадратурной фазовой модуляции (Quadrature Phase Shift Key, QPSK)

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 7. Квадратурная фазовая модуляция QPSK

Чтобы понять происхождение этого термина, рассмотрим общий вид сигнала, модулированного по фазе: что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция.
С учетом простейших тригонометрических соотношений данную формулу несложно привести к виду: что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция.
Из полученного выражения видно, что исходный сигнал можно представить в виде суммы двух гармонических составляющих, смещенных друг относительно друга по фазе на 90°, так как что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция.

В передатчике, производящем модуляцию, одна из этих составляющих синфазна сигналу генератора, а вторая находится в квадратуре по отношению к этому сигналу (отсюда — квадратурная модуляция). Синфазная составляющая обозначается как I (In Phase), а квадратурная — как Q (Quadrature).

Исходный сигнал несложно преобразовать:

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Если ввести обозначения что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция; что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, то получим следующий вид сигнала:

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Кодирующие сигналы d i и d q могут принимать значения +1 и –1; учитывая, что что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, получим соотношение между сдвигом фазы и кодирующими сигналами, приведенное в Таблице 2

Таблица 2.соотношение между сдвигом фазы и кодирующими сигналами

Фаза сигналаdidq
+1+1
90°+1-1
180°-1-1
270°-1+1

Управляющие биты di модулируют по фазе сигнал что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, а биты d q модулируют ортогональный сигнал (смещенный по фазе на 90°), то есть что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция. После этого оба сигнала складываются и образуется модулированный сигнал

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 8. Реализация квадратурной фазовой модуляци

В приведенной выше схеме квадратурной фазовой модуляции фаза результирующего сигнала может изменяться только каждые 2T секунд.

Отличительной особенностью квадратурной фазовой модуляции является наличие четырех дискретных состояний сигнала, отвечающих различным фазам. Это позволяет закодировать в одном дискретном состоянии последовательность двух информационных бит (так называемый дибит). Действительно, последовательность двух бит может иметь всего четыре различные комбинации: 00, 01, 10 и 11. Следовательно, ровно в два раза повышается и скорость передачи данных, то есть бодовая скорость в два раза больше битовой (1 Бод = 2 бит/с).

Таблица 3.соответствия между входными дибитами и фазами модулированного сигнала

Фаза сигналаdidqВходной дибит
+1+100
90°+1-101
180°-1-111
270°-1+110

Возможные дискретные состояния сигнала принято изображать на векторной диаграмме состояния или на плоскости сигнального созвездия.

При использовании векторной диаграммы состояния каждому значению сигнала ставится в соответствие вектор, длина которого — это условная амплитуда сигнала, а угол поворота вектора относительно горизонтальной оси — это фаза сигнала. То есть векторная диаграмма — это не что иное, как изображение векторов состояния в полярной системе координат. Примеры диаграмм состояния для двоичной и квадратурной фазовой модуляций показаны на

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 9. Векторная диаграмма состояния

В случае QPSK-модуляции сигнальное созвездие состоит уже из четырех точек с координатами (+1, +1), (+1, –1), (–1, +1), (–1, –1). Эти четыре точки соответствуют четырем возможным дибитам и образуют совокупность всех возможных состояний сигнала

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 10. Сигнальное созвездие для BPSK-и QPSK-модуляций

Несмотря на кажущуюся простоту метода фазовой модуляции ему присущи некоторые недостатки, связанные с трудностями технической реализации.

Один из недостатков связан с тем, что в случае квадратурной фазовой модуляции при одновременной смене символов в обоих каналах модулятора (с +1, –1 на –1, +1 или с +1, +1 на –1, –1) в сигнале QPSK происходит скачок фазы на 180°. Такие скачки фазы, имеющие место и при обыкновенной двухфазной модуляции, вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей сигнала. В результате этого при прохождении сигнала через узкополосный фильтр возникают провалы огибающей до нуля. Такие изменения сигнала нежелательны, поскольку приводят к увеличению энергии боковых полос и помех в канале связи.

Для того чтобы избежать этого нежелательного явления, прибегают к так называемой квадратурной фазовой модуляции со сдвигом (Offset QPSK, OQPSK). При таком типе модуляции формирование сигнала в квадратурной схеме происходит так же, как и в модуляторе QPSK, за исключением того, что кодирующие биты в Q-канале имеют временную задержку на длительность одного элемента Т. Изменение фазы при таком смещении кодирующих потоков определяется лишь одним элементом последовательности, а не двумя. В результате скачки фазы на 180° отсутствуют, поскольку каждый элемент последовательности, поступающий на вход модулятора синфазного или квадратурного канала, может вызвать изменение фазы на 0, 90 или 270° (–90°).

Другим, более серьезным недостатком фазовой модуляции является то обстоятельство, что при декодировании сигнала приемник должен определять абсолютное значение фазы сигнала, так как в фазовой модуляции информация кодируется именно абсолютным значением фазы сигнала. Для этого необходимо, чтобы приемник имел информацию об «эталонном» синфазном сигнале передатчика. Тогда путем сравнения принимаемого сигнала с эталонным можно определять абсолютный сдвиг фазы. Следовательно, необходимо каким-то способом синхронизировать сигнал передатчика с эталонным сигналом приемника (по этой причине фазовая модуляция получила название синхронной). Реализация синхронной передачи достаточно сложна, поэтому более широкое распространение получила разновидность фазовой модуляции, называемая относительной фазовой модуляцией (Differential Phase Shift Keying, DPSK). При относительной фазовой модуляции (также называемой относительной фазовой манипуляцией) кодирование информации происходит за счет сдвига фазы по отношению к предыдущему состоянию сигнала. Фактически приемник должен улавливать не абсолютное значение фазы принимаемого сигнала, а лишь изменение этой фазы. То есть информация кодируется изменением фазы. Естественно, такая модуляция уже не является синхронной и проще реализуется. Во всем остальном DPSK-модуляция не отличается от PSK-модуляции.

Для технической реализации DPSK-модуляции входной поток информационных бит первоначально преобразуется, а затем подвергается обычной фазовой модуляции. Если необходимо, чтобы скачки по фазе происходили при появлении логического нуля, то преобразование исходной последовательности сводится к следующему: при появлении нуля происходит преобразование сигнала на инверсный, а при появлении единицы сигнал не меняется. Для примера рассмотрим преобразование 11-чиповой последовательности Баркера по описанному правилу

Исходная последовательность11100010010
Преобразованная последовательность111101001001

Данный алгоритм можно записать как логическую операцию неравнозначности над исходной последовательностью и преобразованной последовательностью, задержанной на один бит (смещенной по времени)

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 11. Преобразование входящей последовательности для получения относительной фазовой модуляции

Математически это записывается в виде формулы:что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция, где m k — исходная последовательность, d k — преобразованная последовательность (при расчетах предполагается, что первый бит преобразованной последовательности равен 1).

Аналогично производится преобразование входящей последовательности для получения относительной фазовой модуляции и во втором случае, то есть когда требуется, чтобы фаза сигнала менялась каждый раз при появлении на входе логической единицы. Однако в этом случае формула преобразования будет выглядеть так: что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция. Пример получения двоичной относительной фазовой модуляции DBPSK показан на

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис. 12. Получение двоичной относительной фазовой модуляции DBPSK

Источник

Относительная фазовая модуляция

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Относительная фазовая (или фазоразностная) модуляция (PSK) является практическим методом реализации приема сигналов с фазовой модуляцией. Перекодировка модулирующего сигнала данных из абсолютного в относительный код позволяет учитывать при декодировании не абсолютные значения фазы сигнала, а ее относительные сдвиги, что устраняет неопределенность решения о значении символа.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рисунок 3.12 — Временные диаграммы сигналов при фазовой модуляции:

а) модулирующий сигнал; б) — модулированный сигнал

Модуляция 2-PSK тождественна балансной 2-АМ и имеет то же самое сигнальное созвездие, с которым совпадает и диаграмма состояний (см. рисунок 3.5,а). В цифровых системах передачи применяют сигналы многопозиционной МPSK, то есть модуляции с повышенной кратностью К (М = 2 К ) по отношению к PSK, кратность которой принята за единицу. Обычно используют наборы сигналов 4-, 8-, 16-PSK, созвездия которых показаны на рисунке 3.5,б. Но 8- и 16-PSK проигрывают 2-PSK и 4-PSK по энергетической эффективности, требуя значительно более высокой мощности передатчика для достижения тех же характеристик.

В цифровом телевидении для передачи по спутниковым трактам и в наземном вещании при тяжелых условиях приема используется двукратная, или четырехфазовая модуляция 4-PSK, обеспечивающая наилучший компромисс по соотношению мощность-полоса. Другое название этого вида модуляции, связанное с методом получения модулированного колебания, квадратурная относительная фазовая модуляция (QРSКQuadrature Phase Shift Keying).

Модуляция QРSК предоставляет необходимый компромисс между скоростью передачи и помехоустойчивостью и применяется как самостоятельно, так и в комбинациях с другими методами. Диаграммы состояний модуляции QРSК и офсетной дифференциальной QРSК (S-DQРSК) показаны на рисунке 3.13.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рисунок 3.13 — Диаграммы состояния сигналов QРSК (а) и S-DQРSК (б)

При реализации дифференциального кодирования в сочетании со сдвигом несущей на π/4 сигнальное созвездие формируется двумя четырехточечными созвездиями QРSК, наложенными со сдвигом 45°. В результате в сигнале присутствуют восемь фазовых сдвигов, причем фазы символов выбираются поочередно то из одного созвездия QРSК, то из другого. Последовательные символы имеют относительные фазовые сдвиги, соответствующие одному из четырех углов: ±π/4 и ±3π/4.

Структурная схема модулятора QРSК показана на рисунке 3.14. Входной поток данных D разделяется на два параллельных потока А и В, которые затем в преобразователе кода (ПК) перекодируются в относительный код двух каналов (компонентов) I′ и Q′. Цифровые потоки I′ и Q′ подвергаются сглаживанию в формирующих фильтрах (ФФ), выходные сигналы которых I и Q непосредственно управляют работой четырёхфазового модулятора, состоящего из двух балансных модуляторов и сумматора.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рисунок 3.14 — Структурная схема модулятора QРSК

Фазовый сдвиг несущих в каналах I и Q‚ равен 90°. Правило кодирования фазовых сдвигов показано в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Кодирование фазовых сдвигов при QРSК

АВQPSK
45°
135°
315°
225°

Способ модуляции PSK применяется в случаях, когда необхо­димо сохранить постоянной амплитуду передаваемого сигнала или исключить амплитуду из числа параметров, изменяемых в процессе модуляции. Это очень важно, например, применительно к спутниковым системам ТВ вещания.

Источник

Относительная фазовая модуляция (ОФМ)

Называют также DPSK (Differential Phase Shift Keying). В зависимости от значения информационного элемента изменяется только фаза сигнала при неизменной амплитуде и частоте. Причем каждому информационному биту ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения.

Если число кодируемых бит более трех (т.е. 8 позиций поворота фазы), помехоустойчивость ОФМ резко снижается. По этой причине ОФМ для высокоскоростной передачи данных не применяется.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис.8.14.

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ)

Называют также QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Здесь изменяется как амплитуда сигнала, так и фаза, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость.

В настоящее время используются способы модуляции, в которых число кодируемых в одном бодовом интервале информационных бит может достигать 8 9, а число позиций в сигнальном пространстве — 256512.

Каждый сигнал КАМ (при геометрической трактовке) можно изобразить вектором в сигнальном пространстве. Совокупность сигнальных точек образует так называемое сигнальное созвездие (signal constellation). Пример такого созвездия, представляющего сразу 4 бита информации, показан на рисунке.

Сигнально-кодовые конструкции (триллис-модуляция).

Для повышения помехоустойчивости в современных высокоскоростных модемах КАМ используется совместно с решетчатым кодированием – специальным типом сверточного кодирования. За рубежом это определяют как триллис-модуляцию TCM (Trellis Coded Modulation), а у нас – как сигнально-кодовые конструкции (СКК).

СКК позволяет повысить помехозащищенность передачи. При этом число сигнальных точек увеличивается вдвое за счет добавления к информационным битам одного избыточного, образованного путем сверточного кодирования. Расширенный таким образом блок битов подвергается КАМ.

Все современные высокоскоростные модемы (с протоколами V.32, V.32 bis, V.34 и т.д.) предполагают обязательное применение СКК.

Основные протоколы модуляции

Протокол V.21

Используется частотная модуляция. Полоса частот телефонного канала делится на 2 подканала – для вызывающего и отвечающего модемов. В 1-м канале: «1» — 980 Гц, «0» — 1180 Гц. Во втором канале: «1» — 1650 Гц, «0» — 1850 Гц. Предусматривается дуплексная передача. Скорость модуляции и скорость передачи в этом случае равны соответственно 300 бод и 300 бит/с.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Этот протокол применяется в высокоскоростных модемах на этапе установления соединения.

Протокол V.22 bis

Протокол V.32 bis.

Передача ведется с триллис-кодированием. На вход кодека информация подается порциями по 6 бит, формируется 7-битовый код путем сверточного кодирования. Эти 7 бит поступают на устройство сигнального отображения, формирующее элементы сигнального созвездия. Протокол обеспечивает скорость 14400 бит/с.

Этот протокол был принят в 1996 году. Скорость была доведена до 33,6 Кбит/с. Применяется многопозиционная КАМ с решетчатым кодированием. Отображение элементов ведется в 4-мерном пространстве, каждая точка которого отображает сразу блок из 18 бит. Используется триллис-кодирование и сверточный код.

Применяется сложная процедура вхождения в связь.

· Сначала модемы выбирают наивысший протокол серии V, реализованный на обоих модемах.

· Затем производится классификация канала связи. Передатчик модема посылает в канал тестовый сигнал, представляющий собой последовательность из 21 частоты от 150 до 3750 Гц. Приемник удаленного модема, принимая этот сигнал, рассчитывает частотную характеристику канала связи, степень нелинейных искажений, сдвиг частот и другие характеристики канала.

· После этого выбирается номинальная скорость модуляции, значение несущей частоты, уровень передачи, номер шаблона, коэффициенты предкорректора, скорость передачи данных, число состояний решетчатого кодера, тип СКК, параметры нелинейного кодера и т.д.

· Такая же процедура выполняется и в противоположном направлении.

·

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Оба модема обмениваются этими установками.

В процессе передачи возможно изменение скорости (рис.8.17.).

Протокол был разработан фирмой ZyXEL Communications специально для работы по телефонным каналам низкого качества. Укажем ряд особенностей этого протокола.

· Применяется метод СКК.

· Используется быстрая повторная синхронизация.

· Применяются как код с исправлением ошибок, так и код с обнаружением ошибок. Последний применяется в том случае, если не хватает способности кода с исправлением ошибок.

· Автоматическое регулирование уровня передачи.

· Динамический выбор скорости передачи.

· Улучшенная процедура вхождения в связь.

· Адаптивное изменение размера передаваемого кадра.

· Процедура селективного повтора кадра (с помощью команды SREJ).

Стандарт 56K

В 1996 году ряд фирм (в том числе Motorola, U.S. Robotics и другие) выпустили модемы, позволяющие работать с телефонной сетью со скоростью 56 Кбит/с. Были предложены 2 рекомендации: K56 flex (Motorola, Rockwell и др.) и x.2 (U.S. Robotics, Texas Instruments и др.). В дальнейшем появилась и компромиссная рекомендация V.90.

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Идея метода состояла в следующем. В общем случае модемы V.34 (достигающие наивысшей скорости передачи 33,6 Кбит/с) работают так, как будто вся телефонная сеть является аналоговой (см. рис.8.18.).

Однако даже в России это далеко не так. Большая часть телефонных магистральных каналов в мире являются цифровыми (Т1/Е1). Все время растет число узлов Интернет-провайдеров и предприятий, подключенных к телефонной сети общего пользования цифровыми линиями (Т1 – в Америке, Е1 – в Европе).

Разработчики модемов 56К рассматривали телефонную сеть общего пользования как цифровую магистраль с одним плохим участком (абонентская линия до ближайшей АТС). На этой АТС расположен кодек, имеющий выход в цифровую сеть. Далее сигнал без преобразования следует в цифровом виде до цифрового модема на оконечном узле (см. рис.). Шум квантования возникает только при аналого-цифровом преобразовании. Таким образом при такой структуре скорость передачи в одном направлении (к пользователю), там где стоит только ЦАП, может достигнуть 56 Кбит/с.

В цифровой сети используется метод импульсно-кодовой модуляции. Производится квантование аналогового сигнала на входе 8000 раз в секунду (каждые 125 мкс) и снятые значения передаются 8-битовым кодом. Таким образом скорость передачи составляет 64 Кбит/с. Однако технология 56К была разработана в США, где на каналах системы Т1 младший 8-й бит байта используется для целей синхронизации. Поэтому полезная скорость цифрового канала составляет 56Кбит/с (В Европе теоретически возможна скорость 64 Кбит/с, т.к. здесь для синхронизации введен специальный канал).

Протоколы исправления ошибок.

Методы борьбы с ошибками подразделяются на использующие и не использующие обратную связь (ОС). При отсутствии ОС производится декодирование на приемной стороне с исправлением ошибок. В системах же с ОС используются процедуры обнаружения ошибок и переспроса, которые называют решающей ОС или обнаружением ошибок с автоматическим запросом повторения ARQ (Automatic Repeat Request).

В модемах чаще всего используются методы ARQ (но иногда применяются и комбинированные методы, например, исправление ошибок и ARQ в протоколе ZyX).

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Для организации ARQ передаваемые данные размещаются в кадрах следующего формата (рис.8.18.):

Здесь FCS (Frame Check Sequence) – контрольная последовательность кадра. Часто это поле называют также CRC (Cyclic Redundancy Check) – полем избыточного циклического кода. Flag — это уникальная последовательность 01111110, которая служит для распознавания начала и конца кадра, а также для синхронизации. Control — поле управления кадра. Information — поле данных кадра.

Кодонезависимость протокола достигается за счет использования флаговой комбинации 01111110. Для предотвращения появления в передаваемом кадре этой комбинации битов применяется процедура битстафинга (bit staffing). Это вставка (а затем удаление на приемной стороне) «0» после пяти идущих подряд единиц при передаче в канал связи.

Кроме этого флага HDLC-подобные протоколы используют еще 2 служебных сигнала:

· От 7 до 14 подряд идущих единиц — интерпретируется как сигнал аварийного завершения;

· От 15 и более подряд идущих единиц — сигнал покоя канала (в полудуплексном режиме он означает разрешение на изменение направления передачи).

Обнаружение ошибок. В основном применяется циклический код CRC. Содержимое кадра делится на образующий полином g(x). Остаток от деления помещается в контрольное поле FCS. На приемной стороне производится такое же деление и сравнение результата с FCS.

В основном используют следующие полиномы g(x):

МККТТ-16 — g(x) = x 16 +x 12 +x 5 +1

CRC-16 — g(x) = x 16 +x 15 +x 2 +1

CRC-32 — g(x) = x 32 +x 26 +x 23 +x 22 +x 16 +x 11 +x 10 +x 8 +x 7 +x 5 +x 4 +x 2 +x+1

CRC-12 — g(x) = x 12 +x 11 +x 3 +1

Техническая реализация вычисления CRC основана обычно на сдвиговом регистре с сумматорами по mod 2.

Методы повторной передачи (ARQ).

1) Стартстопный метод (передача с остановкой и ожиданием) SAW (Stop and Wait). Часто называют еще блочным методом передачи.

2) С возвращением на N кадров GBN (Go Back N). Называют также потоковым методом передачи или ARQ типа REJ по названию служебных кадров с отрицательной квитанцией.

3) Метод выборочного (селективного) повтора SR (Selective Repeat). Еще одно название данного метода – ARQ типа SREJ.

Протокол V.42

Обмен по протоколу V.42.

Фаза обнаружения.

Каждый из модемов определяет, к какому классу относится его корреспондент. Один из модемов становится инициатором соединения, а другой – ответчиком. Каждый модем определяет возможности партнера.

Фаза установления соединения.

Производится обмен кадрами XID, содержащими информацию о конкретных возможностях модема. Согласуются значения параметров и ряда необязательных процедур:

· использование селективной повторной передачи (SREJ);

· размер контрольной последовательности (16 или 32 бита).

Фаза испытания канала (не обязательна).

Производится обмен пакетами TEST. По результатам делаются выводы о качестве канала связи.

Фаза передачи данных.

Сигналом перехода к этой фазе является передача кадра SABME. Модем-партнер отвечает кадром UA.

Данные передаются в кадрах типа I, имеющих последовательные номера. На приеме проверяется правильность по FCS. На правильно принятый кадр посылается подтверждение в составе любого кадра. При этом сообщается номер кадра на единицу больший правильно принятого (ожидаемый на приеме). При временной невозможности приема данных модем отвечает кадром RNR (не готов к приему), если свободен – кадром RR (готов к приему).

В кадрах I, RR, RNR сообщается номер ожидаемого кадра — все предыдущие считаются подтвержденными. При обнаружении ошибок в принятом кадре повторная передача запрашивается (в зависимости от режима работы) кадром REJ или SREJ. В REJ указывается номер того кадра, начиная с которого надо повторить передачу. В SREJ — номер конкретного кадра с ошибкой. О приеме кадра с неустранимыми искажениями (недопустимое поле Control, неправильная длина, недействительный номер) модем уведомляет партнера кадром FRNR (неприем кадра). Это ведет к переходу в фазу повторного установления соединения.

Фаза завершения связи.

Начинается с передачи кадра DISC. Ответом могут быть кадры UA или DM.

Фаза разрыва соединения.

Модемы переходят в эту фазу в случае необходимости срочного прекращения связи (до полной передачи данных).

Для этого применяются кадры UI, содержащие в поле информации параметр BRK (разрыв) или BRK ACK (подтверждение разрыва). Соединение при этом сохраняется, но модем игнорирует все кадры, кроме DISC и SABME. Прием SABME вызывает переход в фазу установления соединения (рис.8.20.).

что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть фото что такое относительная фазовая модуляция. Смотреть картинку что такое относительная фазовая модуляция. Картинка про что такое относительная фазовая модуляция. Фото что такое относительная фазовая модуляция

Рис.8.20.

Здесь используется метод скользящего окна (рассмотренный ранее). Обычный размер – до 7 кадров, в расширенной версии – до 127 кадров.

Протоколы сжатия данных

Основные методы сжатия делятся на 2 типа:

· с потерями (к ним относится, например, метод MPEG, позволяющий сжимать изображения 20:1).

Среди алгоритмов сжатия без потерь выделяют следующие методы:

Кодирование повторов RLE (Run-Length Encoding). Производится замена последовательности повторяющихся символов на строку, содержащую этот символ и число, соответствующее количеству его повторов. Применяется в основном для графических файлов (пример: PCX).

Вероятностные методы сжатия. Основаны на алгоритмах Шеннона-Фано и Хаффмена. Идея — построение дерева, положение символа на ветвях которого определяется частотой его появления. Каждому символу присваивается код, длина которого обратно пропорциональна частоте появления символа.
Различают статические и динамические методы. В статических методах используется фиксированная таблица частот появления символов, рассчитанная перед началом сжатия. При использовании динамических (или адаптивных) методов по мере появления нового блока данных происходит перерасчет начальных значений частот.
Статические методы используются в архиваторах, таких как ARC, PKZIP. В системах передачи данных эти методы применяются редко.

В модемах применяется в основном метод словарей.
Этот метод впервые описан в 1977 году в работах израильских исследователей Якова Зива и Абрахама Лемпеля. Алгоритм получил название LZ. В основе метода лежит идея замены наиболее часто встречающихся последовательностей символов (строк) в передаваемом потоке на «образцы», хранящиеся в специально создаваемой таблице (словаре). Алгоритм основывается на том, что по потоку данных движется скользящее «окно», состоящее из двух частей. В большей по объему части содержится уже обработанная информация, а в меньшей помещается информация, прочитанная по мере просмотра. Во время считывания новой порции информации производится проверка, и если оказывается, что такая строка уже помещена в словарь ранее, то она заменяется ссылкой на нее.

Развитие этого алгоритма было предложено в 1984 году Терри Уэлчем и получило название LZW. Здесь таблица отображает строки символов в коды длиной 12 бит. Метод LZW применяется в протоколе V.42 bis, а алгоритм LZ77 – в утилите Double Space. Метод словарей LZW в протоколе V.42 bis позволяет достичь коэффициента сжатия 4:1.

В протоколах группы MNP применяются другие алгоритмы. Например, протокол MNP5 реализует комбинацию адаптивного кодирования с применением кода Хаффмена и группового кодирования. При этом достигается коэффициент сжатия примерно 2:1. В протоколе MNP7 используется метод Хаффмена в сочетании с марковским алгоритмом прогнозирования. Коэффициент сжатия — 3:1.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *