Технологии, способствующие корректной работе модема

6.1) ЭХО-КОМПЕНСАЦИЯ

Решению задачи компенсации влияния передатчика на свой приемник (при двухпроводном окончании) посвящено большое количество работ.
В литературе место возникновения взаимных влияний (эхо) условно подразделяются на " ближнее" эхо (влияние собственной дифсистемы) и " дальнее" эхо (воздействие удаленной дифсистемы). Методы построения эхо-компенсаторов (ЭК) " ближнего" и " дальнего" эха существенно отличаются, так как " ближнее" эхо имеет малое время задержки (относительно передаваемого сигнала) и высокий уровень воздействия (уровень эхо-сигнала (ЭС) может превышать принимаемый сигнал на 30-40 дБ).
В то же время " дальнее" эхо имеет низкий уровень влияния, значительное время задержки от нескольких мс до 2с (в спутниковых каналах), а также - сдвиг по частоте. В результате, эхо-компенсатор(ЭК) должен подавлять ближний ЭС на примерно на 50-60 дБ, а дальний ЭС - на 20 дБ, но с компенсацией задержки, сдвига частоты и медленных изменений фазы. При этом ЭК должен обеспечивать высокую точность компенсации и иметь малое время настройки. Так как сквозной тракт передачи эха, в первом приближении, можно рассматривать как линейный, то в качестве ЭК нашли широкое применение адаптивные фильтры, формирующие сигнал компенсации. Наибольшее распространение получили ЭК, в которых в качестве алгоритма адаптации коэффициентов применяется метод Вайнштейна, базирующийся на использовании корреляции задержанного передаваемого цифрового сигнала с принятым сигналом для формирования реплики ЭС в основной полосе и вычитания ее из принятого сигнала в полосовой области.

6.2) ПРОТОКОЛЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОШИБОК

Помехи и шумы, существующие в каналах связи, приводят к ошибкам в передаваемой информации. Частость ошибок может меняться в широких пределах и достигать величины 0, 01. Ранее функция защиты от ошибок выполнялась либо за счет вычислительных ресурсов оконечного оборудования данных (ООД) либо путем создания специальной аппаратуры - устройств защиты от ошибок. Высокая частость ошибок в системах передачи данных по коммутируемым каналам заставили ввести функцию защиты от ошибок и остальные функции 2 уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем непосредственно в модем.
С середины 80-х гг. в модемах по Рекомендации V.22bis начал широко применяться протокол MNP (Microcom Networking Protocol) компании Microcom(США). Аналогично широко распространенному протоколу HDLC, этот протокол предусматривает обнаружение ошибок с помощью кода и повторный запрос ошибочно принятых блоков информации.
Благодаря очень широкому использованию, протокол MNP превратился в фактический международный промышленный стандарт.
Несмотря на универсальные характеристики и широкое распространение протокола MNP, в качестве своего основного протокола в Рекомендации V.42, принятой в 1988 г., МККТТ стандартизировал протокол LAPM (Link Access Protocol for Modems). Решающую роль в этом выборе сыграла совместимость протокола LAPM с протоколами сетей с
пакетной коммутацией X.25(LAPB) и цифровых сетей интегрального обслуживания (LAPD). Исходной базой протокола LAPM является известный протокол передачи данных HDLC. Протокол MNP, был принят в качестве альтернативного и помещен в Приложении к Рекомендации V.42.
Таким образом, для соответствия Рекомендации V.42 модем должен одновременно использовать оба указанных протокола, а совместимость с Рекомендацией достигается применением одного из этих протоколов.
Оба рассматриваемых протокола определяют как функцию защиты от ошибок, так и другие функции уровня 2 эталонной модели взаимосвязи открытых систем: установление и прекращение соединения с исправлением ошибок, обмен с ООД и др.

6.3) СЖАТИЕ ДАННЫХ

Сжатие данных, наряду с защитой от ошибок, является той функцией, введение которой в модемы позволило значительно повысить их эффективность и, тем самым, продлить существование модемов на этапе перехода к полностью цифровым сетям. В то время, как протокол MNP (класс 5) стал фактическим промышленным стандартом на сжатие данных в модемах, МККТТ в качестве предварительной Рекомендации V.42 bis принял метод сжатия данных BTLZ (British Telecom Lempel-Ziv), разработанный компанией British Telecom.
Выбор указанного метода был сделан на основании сравнительного анализа результатов испытательной передачи определенных файлов с использованием 5 различных методов сжатия: MNP, классы 5 и 7, фирмы Microcom(США); CommPressor, фирмы Adaptive Computer Technologies(США); модифицированный алгоритм Lempel-Ziv(BTLZ), компании British Telecommunication PLC(Великобритания). Испытательные последовательности включали: текстовые файлы; электронные таблицы; записи сессий электронной почты; файлы программ для главных ЭВМ и микрокомпьютеров. На основании полученных результатов был сделан вывод, что метод BLTZ обеспечивает высокую степень сжатия и более эффективное использование памяти и ресурсов процессора.
Первым отличием алгоритма BTLZ от других алгоритмов является способ организации справочника, в котором хранятся более короткие коды, используемые для передачи вместо повторяющихся длинных отрезков данных. При других алгоритмах справочник заранее определен и хранится в ПЗУ, алгоритм BTLZ динамически формирует идентичные справочники на передающей и приемной сторонах, и последние хранятся в ОЗУ. Поэтому достигаемая степень сжатия при этом тем больше, чем больший объем памяти занят справочником, в то время, как степень сжатия при других алгоритмах ограничена фиксированным объемом справочника.
Другим преимуществом протокола BTLZ является его способность распознавать наличие последовательностей данных, близких к случайным. При обнаружении таких последовательностей алгоритм выключает механизм сжатия, продолжает контроль, и включает этот механизм при пропадании случайного характера последовательности данных. Другие рассмотренные протоколы в такой ситуации снижают пропускную
способность до величины меньшей, чем даже номинальная скорость модема.
При сжатии текстов с помощью протокола BTLZ могут быть получены коэффициенты сжатия до 3, в то время, как для более регулярных данных, таких, как файлы электронных таблиц и некоторые графические файлы, коэффициент сжатия может достигать
значений 4.
Данный метод сильно чувствителен к ошибкам в потоке данных, которые приводят к изменению передающего и приемного справочников. Поэтому он должен использоваться в сочетании с исправлением ошибок; по этой причине он введен как Рекомендация V.42.bis - добавление к Рекомендации V.42.
Возможны 2 варианта реализации метода: простой и сложный, последний вариант обеспечивает более высокий коэффициент сжатия информации, но требует больших аппаратных и программных затрат.
На базе стандартного тестового оборудования на моделях коммутируемых каналов с искажениями были испытаны 12 модемов разных изготовителей при различных видах передаваемых данных(тексты, графика, программы и др.). Получаемые коэффициенты сжатия для метода BTLZ были всегда лучше, чем для протокола MNP, класс 5, и
сопоставимы с результатами для протокола MNP, класс 7, а в некоторых случаях даже лучше. При этом реальная скорость передачи информации составляла от 6000 до 9000 бит/с для модемов на скорость 2400 бит/с. Применение сжатия данных в модемах, соответствующих Рекомендации V.32, позволяет повышать фактическую скорость передачи информации до 38400 бит/с, а в модемах по Рекомендации V.32bis -
до 57600 бит/с, т.е., до скорости, близкой к скорости передачи в цифровом канале (64000 бит/с).
Несмотря на указанные преимущества, имеются 2 причины, замедляющие широкое распространение Рекомендации V.42bis. Первая, причина, заключается в том, что отдельные алгоритмы протокола защищены патентами, являющимися собственностью компаний British Telecom, IBM и Unisys. Поэтому компании, желающие применить Рекомендацию V.42bis, должны прежде приобрести лицензии у указанных компаний.
Вторая причина связана с наличием ограничения по скорости (20 Кбит/с) на стыке с ООД (Рекомендация V.24), в то время, как при использовании сжатия данных фактическая скорость обмена может достигать значений 40-60 Кбит/с.