Протокол V.32bis

Протокол модуляції V.32bis розроблений для забезпечення передачі даних зі швидкістю до 14400 біт/с двопровідними комутованими і виділеними телефонними каналами. Даний протокол прийнятий в якості стандарту ITU-Т в 1991 році. Основні характеристики модемів, що підтримують цей протокол, наступні:

· Дуплексний режим роботи по комутованих каналах телефонних мереж загального користування та орендованих двопровідних лініях передачі;

· Реалізація ехопридушення;

· Застосування КАМ для режимів синхронної передачі зі швидкістю модуляції 2400 Бод;

· Частота несучої дорівнює 1800 Гц;

· Приймач модему повинен забезпечувати безперебійну роботу при нестабільності частоти сигналу, що приймається не більше ± 7 Гц;

· Швидкості передачі даних:

- 14400, 1200, 9600, 7200 біт/с з треллис-кодуванням;

- 4800 біт/с без кодування;

· Сумісність з модемами V.32 на швидкостях 9600 і 4800 біт/с;

· Обмін керуючими послідовностями і вибір швидкості передачі протягом процедури встановлення зв'язку;

· Процедура зміни швидкості передачі протягом сеансу зв'язку без розриву з'єднання;

· Режим асиметричної передачі не підтримується; іншими словами, швидкості передачі і прийому кожного взаємодіючого модему повинні бути однакові;

· Спектр сигналу обмежений смугою частот від 600 Гц до 3000 Гц.

Пристрій кодування за протоколом V.32bis показано на рис. При швидкості передачі 14400 біт/с на вхід кодера подаються всі шість бітів Qln – Q6n в паралельному коді. При швидкості 12000 біт/с вхідна інформаційна послідовність поділяється на блоки по п'ять бітів Qln-Q5n. Аналогічно, при швидкостях 9600, 7200 і 4800 біт/с задіюються чотири (Qln-Q4n), три (Q1n-Q3n) і два (Qln-Q2n) входи відповідно.

Схема кодування інформації в модемі V.32bis

Таблиця – Правило диференціального кодування при використанні сигнально-кодової конструкції

Два перших біта Qln і Q2n в кожному блоці при будь-якій швидкості передачі (індекс n позначає, номер блоку інформаційної послідовності) надходять на диференційний кодер, де вони перекодовується в біти Y1n і Y2n згідно з таблиці.Диференціальні біти Y1n і Y2n використовуються як вхідні для систематичного згортальної кодер, який генерує надмірний біт YOn. Цей надлишковий біт і шість інформаційних бітів Y1n, Y2n,

Q3n, Q4n, Q5n, Q6n надходять на пристрій сигнального відображення, яке формує елементи сигнального сузір'я, представленого на рис. Двійкові числа на рис. відповідають послідовності бітів YOn, Y1n, Y2n, Q3n, Q4n, Q5n, Q6n, а позначення А, В, С, D – синхронізуючим сигнальним елементам.

На швидкості передачі 12000 біт/с вхідний проскрембльований потік даних ділиться на групи по п'ять біт. Процес диференціального кодування і кодування кодом згортки принципово нічим не відрізняється від кодування при швидкості 14400 біт/с. При швидкості 12000 біт/с формуються елементи сигнального сузір'я, наведеного на рис. Двійкові числа на рис. відповідають послідовності шести бітів YOn, Y1n, Y2n, Q3n, Q4n, Q5n, а позначення А, В, С, D, як і раніше, відповідають синхронізуючим сигнальним елементам.

Сигнальна діаграма для швидкості 14400 біт/с

Сигнальна діаграма для швидкості 12000 біт/с

Протокол V.33 призначений для забезпечення дуплексного зв'язку з чотирипровідні виділені канали на частоті 1800Гц і зі швидкістю модуляції 2400Бод. У режимах протоколу СКК-64 та СКК-128 використовується квадратурна амплітудна модуляція спільно з гратчастим кодуванням. Завдяки цьому досягаються швидкості передачі 12000 і 14400біт/с. Цей протокол схожий на V.32bis без ехоподавлення. Схема модему містить диференціальний кодер і кодер згортки зі швидкістю 2/3, аналогічний модемам V.32bis.

Маніпулюючий вхідний потік скремблюється скремблером із сомосинхронізацією, утворюючи поліном 1+х~+ х~. Схема скремблера представлена на рис. З урахуванням додаткового біта за рахунок треліс-кодування швидкість передачі вихідного потоку, модему складає 2400х7 = 16800 біт/с.

Скремблер V.33

Протоколи V.34, V.34 +, V. Fast

Рекомендація V.34 була прийнята ITU-Т 20 вересня 1994 Вона регламентує процедури передачі даних по комутованих телефонних каналах зі швидкостями до 28 800 біт/с. Модем, відповідний V.34, називають " модемом, що забезпечує передачу даних зі швидкістю до 28800 біт/с, для використання в комутованій мережі загального користування і на двоточкових двопровідних виділених каналах телефонного типу". До прийняття цієї рекомендації багато виробників користувалися проміжною Рекомендацією V.Fast, яка не передбачала великої кількості нововведень, проте дозволяла передавати дані зі швидкістю 28, 8 Кбіт/с.

Стандарт передбачає можливість використання інтерфейсів двох типів. Перший інтерфейс (бажаний) являє собою роз'єм з 25 або 26 контактами, причому сигнали даних і синхронізації передаються у симетричному режимі, а сигнали управління – у несиметричного. Такий інтерфейс кращий для використання в синхронному режимі передачі. Другий варіант інтерфейсу (альтернативний) сумісний з RS-232C. Модеми V.34, що випускаються у теперішній час, як правило, мають інтерфейс RS-232C з UART 16550, порти ЕРР, ЕСР, PCMCIA або V.35. Протокол V.34 припускає велику кількість режимів роботи і сервісу. Зупинимося на деяких з них.

Швидкість модуляції й передачі. Швидкість передачі даних вибирається з безлічі допустимих значень в діапазоні від 2400 до 28800 біт/с з кроком 2400 біт/с. Таким чином можливий вибір 12 значень, а також зміна швидкості передачі в процесі сеансу зв'язку. На відміну від більш ранніх протоколів, швидкість модуляції не є фіксованою величиною. Рекомендація передбачає шість швидкостей модуляції, рівних 2400, 2743, 2800, 3000, 3200 і 3429 символів в секунду. Слід зазначити, що в Рекомендації V.34 замість одиниці виміру " Бод" введено поняття " символ на секунду". Для досягнення більшої швидкості передачі необхідно вибирати більше значення швидкості модуляції. Однак для смуги пропускання стандартного телефонного каналу 3100 Гц (300–3400Гц) дві останні модуляційні швидкості є неприйнятними. Цей факт випливає з теореми Найквіста. Тим не менше, робота на таких швидкостях можлива в основному завдяки неідеальності характеристик фільтрів каналоутворюючої апаратури. При введенні таких " позамежних" швидкостей була врахована тенденція збільшення в КТСОП частки систем передачі з імпульсно-кодовою модуляцією (І КМ), в яких реальна смуга пропускання телефонного каналу може досягати 3500 Гц. Крім того, при встановленні з'єднання через КТСОП в межах міста канал зв'язку найчастіше представляє собою з'єднання декількох фізичних (кабельних) ліній. Такий канал за наявності спеціальних засобів частотної корекції також може забезпечити передачу сигналу з більш широким спектром. Для каналу, що не дозволяє розширити стандартну смугу пропускання, максимально допустимою символьною швидкістю є значення 3000 символів засекунду. При цій символьної швидкості можливе встановлення з'єднання зі швидкістю до 26400 біт/с.

Особливості модуляції. У модемах V.34 застосовується багатопозиційна КАМ з гратчастим кодуванням. На відміну від більш ранньої Рекомендації V.32, в V.34 збільшена розмірність кодованого інформаційного елемента. У попередніх протоколах з КАМ інформаційний елемент був двовимірним, так як значення елемента характеризувалося амплітудою і фазою сигналу. Рекомендація V.34 передбачає використання третього параметра – часу, який породжує ще два виміри інформаційного елемента. У цьому випадку кожен елемент, що кодується, включає в себе два символи, які послідовно передаються і представляють собою сигнали, промодульовані по амплітуді і фазі. Таким чином, в чотиривимірному просторі кожен інформаційний елемент (сигнальна точка) має чотири координати і передається за два символьних інтервали. У самій Рекомендації представлено 50 різних сигнальних сузір'їв, які забезпечують роботу на всіх швидкостях. Перехід до чотиривимірних СКК дозволив істотно збільшити загальне число сигнальних точок, що, у свою чергу, дозволило підвищити швидкість коду без погіршення завадостійкості. За один символьний інтервал тепер може передаватися від одного до дев'яти біт, тобто одній точці в чотиривимірному просторі може відповідати одночасно 18 біт. Однак при формуванні її позиційного номеру, як і раніше, використовується лише один надлишковий біт ґратчастого кодера.

У Рекомендації V.34 зроблено крок вперед і в області треліс-кодування. Тут використовується код згортки на 16, 32 і 64 стани, що дозволяє підвищити завадостійкість всієї системи сигналів за рахунок збільшення вільної евклідової відстані між сусідніми коліями на ґратчастій діаграмі. Однак це призводить до збільшення затримки на прийняття рішення і до підвищення вимог до обсягу пам'яті та обчислювальної потужності процесора модему.

Значення частоти несучої згідно V.34 також не є фіксованим. Воно вибирається з ряду: 1600, 1646, 1680, 1800, 1829, 1867, 1920, 1959, 2000 Гц. Велика кількість можливих значень швидкості модуляції, швидкості-передачі та несучої частоти надає модему можливість використовувати наявну смугу частот з максимальною ефективністю.

Особливості дуплексного передачі. Нововведення протоколу V.34 в області організації дуплексного зв'язку полягає в його асиметричності за багатьма параметрами. Передача даних між двома модемами V.34 може здійснюватися не тільки з різними швидкостями, а й на різних несучих частотах з використанням різних СКК. У стандарті також передбачений режим напівдуплексний передачі, яка передбачає взаємодію модемів без схем ехокомпенсаціі. Крім того, Рекомендація V.34 передбачає наявність додаткового каналу зі швидкістю передачі 200 біт/с, який утворюється за рахунок тимчасового ущільнення (мультиплексування). Цей канал може бути використаний як самим модемом для обміну службовою інформацією, так і DTE. В останньому випадку він називається вторинною каналом. Вторинний канал є асинхронним.

Можливості адаптації. У попередніх поколіннях модемів адаптивне налаштування під конкретні характеристики каналу здійснювалася виключно на приймальному кінці. На відміну від них у модемах V.34 ідея адаптації носить глобальний характер.

У передавальну частину модему введено так званий генератор кілець, що сприяє синтезу потрібної форми вихідного сигналу. При КАМ з великим сигнальним простором діапазон можливих амплітуд сигналів досить великий. Через це може виникнути статистична залежність між переданою інформацією та рівнем сигналу на виході. Що може спричинити за собою ситуації, при яких вихідний сигнал буде мати малу амплітуду протягом тривалого часу. У таких ситуаціях можливі збої декодера і втрата сигналу на приймальній стороні. Також можливе формування сигналу з великим пік-фактором (відношення пікового значення потужності до середнього значення), що призводить до погіршення загальних характеристик системи (збільшує рівень взаємних та нелінійних спотворень). Для вирішення цієї проблеми Рекомендація пропонує спеціальне предкодування, в якому двовимірне сузір'я розбивається на концентричні кільця, що містять рівні кількості сигнальних точок з близькою або однаковою амплітудою.

Стандарт V.34 передбачає амплітудно-фазову передкорекцію сигналу передавача для усунення міжсимвольної інтерференції. Ця передкорекція дозволяє отримати виграш більше 3, 5 дБ в порівнянні з лінійною корекцією, що застосовується в протоколі V.32. Передвикривлення на передавальній стороні вводяться за допомогою цифрового фільтра третього порядку з комплексними коефіцієнтами, значення яких передаються від віддаленого модему на етапі входження в зв'язок. В результаті цієї процедури передаваний сигнал має спотворення, що компенсують ті, які він набуває при проходженні по каналу. За рахунок цього істотно полегшується робота адаптивного еквалайзера на приймальній стороні.

Крім цього в Рекомендації закладена можливість вибору одного з 11 заздалегідь заданих шаблонів для спектру передавача. Ці шаблони передбачають підйом високочастотних складових спектра, що компенсує спотворення, що вносяться абонентськими та з'єднувальними лініями.

У стандарті V.34 передбачено введення в передаваний сигнал нелінійних передвикривлень. Це дозволяє частково компенсувати залишкові специфічні спотворення сигналу, що вносяться апаратурою ІКМ. Ці викривлення призводять до неоднозначної трансформації сигнального простору, збільшуючи захищеність його периферійних точок.

Нововведенням є використання ієрархічної кадрової структури на фізичному рівні. Сигнальні кадри, що складаються з чотиривимірних інформаційних елементів (8 символів), об'єднуються в кадри даних, які, у свою чергу, складають суперкадр. Суперкадр має фіксовану тривалість 280 мс. Внаслідок цього в систему введені кошти для підтримки синхронізації по кадрам.

Широкі можливості адаптації передбачені і на етапі входження в зв'язок.

Входження в зв'язок. Процедура-входження в зв'язок складається з чотирьох фаз. На першій фазі модеми вибирають найвищий протокол ITU-T серії V, реалізований в обох модемах. На цьому етапі з'єднання встановлюється згідно з Рекомендаціями V.25 і V.8. Якщо обидва модеми підтримують протокол V.34, то вони переходять до другої фази, в ході якої проводиться класифікація каналу зв'язку. Протягом 3 та 4 фази відбувається навчання адаптивного еквалайзера, ехокомпенсатора і ряду інших систем модему.

Після встановлення з'єднання процедура адаптації до каналу зв'язку починається з того, що передавач модему посилає в лінію спеціальний тестовий сигнал, який представляє собою послідовність з 21 гармонійного коливання різних частот у діапазоні від 150 до 3750 Гц. Приймач віддаленого модему, приймаючи цей сигнал, розраховує частотну характеристику каналу зв'язку, ступінь нелінійних спотворень, зсув частот і ряд інших характеристик каналу. Потім вибирається, номінальна швидкість модуляції, значення несучої частоти, рівень передачі, номер шаблону і коефіцієнти предкоректора, швидкість передачі даних, число станів ґратчастого кодера, тип СКК, параметри нелінійного кодера та інша інформація про бажану конфігурацію віддаленого передавача. Така ж процедура виконується і в протилежному напрямку.

Далі обидва модеми обмінюються цими установками. Для цього використовуються протоколи V.22 (швидкість 600 біт/с, ВФМ в частотно-розділених каналах на несучих 1200 і 2400 Гц) і V.42.

Переваги V.34

Рекомендація V.34 реалізує системний підхід до вирішення проблеми завадостійкості. Тому модем V.34 може працювати з більшою швидкістю, ніж інші на каналах такої ж якості. Оціночне місце протоколу V.34 щодо інших протоколів модуляції і межа Шеннона ілюструються рис. Тут значення ймовірності помилкового прийому прийнято рівним 10 ~ 4.

Місце протоколу V.34

У Рекомендації V.34 передбачена можливість передачі даних зі швидкістю 33, 6 Кбіт/с, проте юридично вона була закріплена у вигляді поправки до стандарту в жовтні 1996 р. в Женеві на міжнародній конференції із стандартизації в галузі телекомунікацій. Модеми, що підтримують таку швидкість, часто називають модемами V.34 + або V.34bis.