12.3. Структура модема
Одна из возможных структурных схем модема показана на рис. 12.4.
Рис. 12.4. Структурная схема модема
Она содержит типовые функциональные узлы обработки и преобразования
сигналов, из числа которых намеренно исключены некоторые второстепенные
узлы, предназначенные для организации синхронизации и обработки служебных
сигналов. Далее узлы, осуществляющие прямое и обратное преобразования
в передающей и приемной части модема, рассматриваются попарно.
Кодер/декодер предназначены для защиты от ошибок и «сжатия»
данных. Защита от ошибок предполагает включение в пакеты передаваемых
данных избыточного циклического кода (CRC), как и в локальных компьютерных
сетях. При этом в качестве стандартных протоколов, более подробно описывающих
форматы данных (в том числе число бит в коде CRC - 16 или 32), используются
протоколы серии MNP (Microcom Networking Protocol от фирмы Microcom) или
V.42 (международный стандарт ITU-T).
Протокол V.42bis представляет собой протокол сжатия данных. Если нельзя
увеличить пропускную способность линии передачи из-за ограничения, накладываемого
теоремой Шеннона, то можно уменьшить избыточность передаваемой текстовой
информации, используя свойство повторяемости цепочек символов в словах.
Для этого на передающем и приемном конце линии модемы (точнее, их кодеры
и декодеры) организуют и поддерживают идентичные динамические словари
в виде структур типа дерева с отдельными символами в качестве узлов (см.
рис. 12.5). Достаточно передавать не сами слова, а, фактически, специальным
образом описанные (в виде чисел) части словарей (пути в дереве), содержащие
требуемые последовательности символов. Так, часть словаря на рис. 12.5
позволяет описать строки символов А, В, ВА, BAG, BAR, BI, BIN, C, D, DE,
DO и DOG относительно соответствующих корневых узлов.

Рис. 12.5. Пример представления части словаря
при работе протокола сжатия V.42bis
Скремблер/дескремблер производят такое преобразование передаваемого
и принятого сигналов, которое исключает влияние длинных цепочек из логический
нулей или единиц, а также коротких повторяющихся последовательностей на
надежность синхронизации в приемной части модема. Скремблер при необходимости
«прореживает» такие последовательности за счет вставляемых
принудительно логических нулей или единиц, делая преобразованные данные
псевдослучайными, а дескремблер удаляет лишние биты, восстанавливая исходный
вид данных.
Описанная проблема (зависимость качества синхронизации от вида передаваемых
данных) существенна, конечно, не только при модемной связи, но и при любых
видах обменов цифровыми данными по последовательной линии передачи, в
которой не предусмотрена посылка отдельного синхросигнала. Такая ситуация
характерна для компьютерных сетей, в которых для решения указанной проблемы
вместо простых кодов передачи используются самосинхронизирующиеся коды
(типа двухуровневых кодов Манчестер-П или трехуровневых кодов с высокой
плотностью единиц — КВП или BNZS в английском варианте названия).
Эквалайзер включается в приемной части модема и служит для компенсации
зависимости группового времени запаздывания в линии от частоты. Для улучшения
качества передачи речевых сигналов их спектральные составляющие на разных
частотах должны приходить к удаленному модему с одинаковой задержкой.
Идеальная компенсация показана на рис. 12.6. На практике в высокоскоростных
модемах собственное групповое время запаздывания эквалайзера подстраивается
автоматически.
В приемной части модемов, работающих в дуплексном режиме на обычной
двухпроводной телефонной линии, требуется осуществлять также эхо-компенсацию.
Соответствующий функциональный узел на рис. 12.4 не показан. Проблема
состоит в том, что при дуплексном обмене передающий модем может воспринять
порожденный им же сигнал, отраженный от другого конца линии, как пришедший
от удаленного модема. В стандартах для высокоскоростных модемов (в частности,
в стандарте V.34) предусмотрена процедура эхо-компенсации и установлены
ограничения на уровень отраженного сигнала (он должен быть меньше полезного
сигнала не менее чем на 25...30 дБ) и его максимальную задержку (не более
200...300 мс). Практическая реализация эхо-компенсации в высокоскоростных
модемах предусматривает автоматическое определение параметров отраженного
сигнала (его амплитуды и задержки) на этапе установления соединения.

Рис. 12.6. Идеальная компенсация эквалайзером
зависимости группового времени запаздывания в линии от частоты
Фильтры и усилители на рис. 12.4 являются традиционными устройствами
при обработке сигналов на фоне шумов и помех и не нуждаются в более подробном
описании. В то же время модулятор и демодулятор в модемах реализуют специфические
и достаточно сложные методы модуляции, которые рассматриваются в разделе
12.4.
В современных модемах большая часть функций выполняется программой,
управляющей работой цифрового сигнального процессора (ЦСП). Для исключения
эффекта наложения спектров принципиально использование непрерывных аналоговых
фильтров. Нужны также аналоговые усилители, АЦП и ЦАП для преобразования
аналоговых сигналов в цифровые и обратно.
|