|
|
ВСТУПЛЕНИЕ
Кто-то сказал: " Если вы думаете, что образование дорого-попро-
буйте невежество ". В области модемов и передачи данных особенно
требуется наличие хорошей книги, верится, что данная публикация
поможет Вам.
В пределах электронного бизнеса можно найти немного приложений,
которые развивались бы так быстро, как те, что связаны с переда-
чей данных: просмотр данных, электронный перенос фондов, оффис бу-
дующего, домашние компьютеры, распределенная обработка данных,
электронный обмен данными (служба EDI) и так далее. Еще пять лет
назад находились люди, которые говорили, что модемы вскоре умрут,
так как связь станет полностью цифровой. Однако мы считаем, что
модемы еще послужат долго и вполне оправдано издание книги, посвя-
щенной им.
Многие существующие книги по передаче данных были написаны исследо-
вателями и академиками и предназначены для увеличения информации по
по теоретическим аспектам, подготавливали почву для новых теорий и
идей.
Однако пользователю систем передачи данных, менеджеру по системам
связи или обработки данных, гораздо более интересно чего можно дос-
тичь и как с помощью передачи данных, вплоть до вопроса, а что про-
исходит на конкретной ножке разъема модема. Такого рода практическая
информация, чтобы быть полной, нуждается в поддержке общей теорией и
знанием телефонной сети. Эта книга является попыткой предоставить
такие сбалансированные знания.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Эта книга зародилась из проекта по исследованию степени в которой
стандарты модемов реализуются на практике. Существует около двух
дюжин стандартов различного рода, имеющих отношение к интерфейсу
терминал/модем, начиная от стандартов международной организации по
стандартизации (ISO) и рекомендаций МККТТ (CCITT) до торговых стан-
дартов и индивидуальных стандартов производителей, многие из которых
содержат опции подключениия способные, потенциально, вызвать пробле-
мы. И все же, на практике , оказывается, что интерфейс терминал/модем
вызывает не много трудностей; пользователи находят, что это одна из
наименьших проблем в системах передачи данных. Обычно любой обще-
принятый терминал будет работать с любым модемом. Такая совместимость
довольно редкая вещь в вычислительной технике и интересно рассмотреть
почему так происходит. Есть 3 основных причины:
1. Хорошие стандарты
Они хороши в смысле того, что соединение между терминалом и модемом
- это вполне разумный интерфейс для стандартизации. Это граница меж-
ду вычислительной системой и системой передачи данных, и это вполне
"естественная" граница. Стандарты также хороши, так как они
вполне устоявшиеся, возникнув в 60-х годах к сегоднешнему дню из
них удалены все ошибки. Также, эта зрелость или стабильность
обеспечивает производителям недежный рынок, который в свою очередь
дал им уверенность в инвестициях для развития новых технологий -
такой как внедрение микропроцессоров.
2. Производители модемов приспособились.
Различные опции возможные в различных стандартах могли очень
просто привести к несовместимости комбинаций терминал/модем, но
производители модемов, обеспечивая возможности конфигурации моде-
мов под различные нужды за счет переключателей, перемычек и прог-
раммых опций, сделали возможным адаптировать свои модемы для боль-
шинства конфигураций терминалов данных.
3. Администрации связи выступали как органы сертификации и одобре-
ния для стандартов.
Это само по себе явилось наиважнейшей причиной почему стандарты
модемов с успехом внедрены на практике.
Обычно администрации связи настаивают на использовании их
собственных модемов на коммутируемой телефонной сети общего поль-
зования (PSTN), и обычно требуют, чтобы терминалы подсоединенные
к этим модемам были одобренного типа и соответствовали междуна-
родным стандартам интерфейса терминал/модем. Существование огром-
ного семейства терминалов соответствующих одобренному администра-
цией связи стандарту интерфейса, в свою очередь обеспечивает то,
что частые поставщики модемов так же обеспечивают стандарт, даже
в том случае, когда администрация связи требует только одобрения
на интерфейс включения со стороны линии передачи.
В Великобритании очень часто критикуют эту роль организации -
сертификатора Почтовую Службу ; обычно жалуясь на стоимость,
задержки или на факт того, что сертификация является монополией
и Почтовая Служба в состоянии не допустить производителя обору-
дования для работы на национальных линиях связи. Однако,любому
специалисту стоит только посмотреть на уровень стандартизации
в любых других областях вычислительной техники, чтобы оценить
сколь эффективна эта сертификация, позволяющая надежно связывать
устройства. Это открытый вопрос, были бы достигнуты теже самые
результаты при другой политике сертификации, но в данной книге
мы не намерены идти вглубь этой проблемы.
Цель.
Эта книга предназначена для пользователей модемов. Она описывает,
что делает модем, как он взаимодействует с другими компонентами
системы передачи данных, но мы не пытаемся описать модем изнутри.
Эта книга не является гидом покупателя по модемам, но она поможет
потенциальным пользователям понять жаргон рекламных проспектов
производителей модемов.
1. ТЕОРИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.
ВСТУПЛЕНИЕ.
Первый трансатлантический кабель для телеграфа был успешно проло-
жен в 1858 году. Это был настолько большой прорыв в электросвязи
- начало международной передачи данных - что он обратил на себя
внимание королевы Виктории, которая послала поздравления тогдаш-
нему президенту Соединенных Штатов. Говорили,что телеграмма
длинной в 100 слов потребовала 16 часов для передачи - не очень
впечатляющая скорость передачи данных даже по тем стандартам,
когда 25 слов/в минуту считалось нормальным для наземной связи.
Первые пионеры обнаружили, что когда напряжение прикладывалось
к одному концу кабеля, оно не появлялось немедленно на другом
конце и вместо скачкообразного нарастания достигало стабильного
значения после некоторого периода времени. Когда снимали напряже-
ние, напряжение приемного конца не падало резко, а медленно сни-
жалось. Кабель вел себя как губка, накапливая электричество
когда прикладывали напряжение и разрешая ему стекать, когда убира-
ли напряжение. Это свойство мы теперь называем емкостью. Этим
сильно снижалась скорость сигнализации; с каждым сигналом необхо-
димо было достаточно долго заниматься, чтобы он достиг уровня
детектирования и затем дать время на снятие, перед тем как послать
следующий сигнал.
В попытке обойти "медлительность" кабеля и для достижения разумной
скорости передачи данных при использовании приемников на реле,
прикладывали все большие и большие напряжения, пока в конечном сче-
те, спустя 11 недель после прокладки, пробили изоляцию кабеля и он
стал бесполезным. Прошло еще 8 лет, когда через Атлантику проло-
жили другой кабель. Достаточно большой интервал, однако, он дал
время на становление и распространение теории передачи данных по
кабелю. Одним из блестящих умов работавших с проблемами телегра-
фии был Вильям Томсон, позже получивший титул лорда Кельвина,
который в свою очередь питался теориями француза Фурье по переносу
тепла.
Как мы увидим работы Фурье имели более широкие приложения, чем он
возможно догадывался, и сегодня они являются фундаментальными в
теории передачи данных.
В 1866 году возобновилась телеграфная передача через Атлантику, и
в течении следующих 90 лет все трансатлантические кабели были те-
леграфными. Первый телефонный кабель, ТАТ-1, был проложен в 1951
году.
На суше развитие шло другим путем. Следом за представлением Беллом
в 1876 году телефона, телефонные сети расширялись очень быстро и
скоро обогнали телеграфные сети, как в размерах, так и в пере-
носимом трафике,несмотря на пессимизм телеграфных операторов, ко-
торые сомневались, что публике можно доверить обращение с "тех-
ническим оборудованием электросвязи".
Потребность в передаче данных, как мы ее понимаем сегодня,встала в
50-х годах, с развитием вычислительной техники. Низкоскоростные
телеграфные цепи не удовлетворяли на перспективу, и стали искать
средства для использования более высокой пропускной способности
телефонных каналов. Цифровой сигнал совершенно отличается от ана-
логовых разговорных сигналов, и для передачи данных через теле-
фонную цепь было разработано преобразующее устройство - модем.
Что из себя представляет модем и рассматривается в этой книге, но
но перед этим приведем несколько основных положений о цифровых
данных, которые необходимо знать.
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ.
Цифровой сигнал, который генерирует типичный терминал данных, яв-
ляется прямоугольной волной, подобно изображенной на рис.1.1. Два
различных состояния могут быть двумя различными тонами или напря-
жениями. От ранней телеграфии остались в наследие термины:
"метка"(mark) и " пробел"(space), что соответствует "1" и "0", в
те времена сигналы регистрировались чернильной меткой или ее от-
сутствием на бумажной ленте. Сигнал с двумя состояниями называют
бинарным.
Фактически на рис.1.1. воспроизведен полярный сигнал, так как два
состояния имеют одинаковую положительную и отрицательную величину.
При следовании по оси времени вправо, биты из рисунка 1.1. будут
передоваться в последовательности 0,1,1,0,1,0,0. В технике пере-
дачи данных принято, что первым передается всегда наименее зна-
чащий бит.
Наибольшая скорость изменения информации в бинарном сигнале про-
исходит когда передается последовательность нулей и единиц. Если
скорость битов равна N бит/сек, то из рис. 1.2. можно увидеть,
что бинарный сигнал 0,1,0,1,0,1..... переносит информацию с той
же скоростью, что и синусоидальная волна частотой N/2 Герц. (На-
помним,герц - единица частоты.1 Гц = 1 период в секунду).Поэтому,
если бы мы намеривались передать эти данные в виде прямоугольной
волны по каналу связи с ограничением на верхнюю частоту в N/2 Гц,
мы бы обнаружили, что прямоугольная волна совершенно округлилась.
Если мы взглянем на формы волн на рис.1.2.с, то поймем почему.
Время необходимое сигналу для перехода от своего максимального до
минимального значения показано как "R". Чем выше частота, тем ко-
роче R. Прямоугольная волна изменяет свои состояния почти мгновен-
но (т.е. R мало), это говорит о присутствии очень высоких частот.
Фактически полный анализ непрерывной прямоугольной волны показыва-
ет, что она состоит из целого ряда гармоник синусоидальных и коси-
нусоидальных волн с различными амплитудами. Такие ряды называют
рядами Фурье. Таким образом, чтобы перенести прямоугольную волну
неискаженной, а у нее вертикальные концы, потребуется канал связи
с безграничной полосой. (Под "полосой" понимается полоса частот,
которую может переносить канал связи, она измеряется в Гц). Теперь
мы можем предположить, что результаты полученные на первом транс-
атлантическом телеграфном кабеле соответствуют очень низкой полосе
частот цепи.
Фурье также занимался анализом единичного прямоугольного импульса.
В этос случае составляющие частоты не являются серией дискретных
частот, а составляют непрерывный спектр. Амплитуда каждой состав-
ляющей частоты задается преобразованием Фурье единичного импульса.
Преобразование Фурье единичного импульса является кривой вида
sinx/x, как показано на рис.1.3. Эта кривая задает амплитуды всех
составляющих частот импульса. Заметьте, что для импульса с перио-
дом Т, некоторые частоты: f, 2f, 3f и т.д. имеют величину 0 (на-
помним f=1/Т).
Давайте представим, что мы будем иметь дело не с прямоугольным
импульсом, а с одной из кривых вида sinx/x.(рис. 1.4.а). Какие
будут составляющие частоты такого импульса? Здесь преобразование
Фурье импульса вида sinx/x даст спектр с конечной частотой, как
показано на рис.1.4.в. Так как наш канал передачи имеет всегда
конечную полосу, это кажется идеальным импульсом для избежания
искажений. В 1928 году Найквист показал, что максимальная ско-
рость повторения таких импульсов через идеальный канал составит
2f импульсов в секунду, где f это полоса канала в Гц. Период 1/2f,
который является временем между импульсами, известен, как интер-
вал Найквиста. Скорость сигнализации в 2f импульсов в секунду из-
вестна, как скорость Найквиста.
Хотя импульсы sinx/x идеальны в теории, существуют другие виды
кривых, которые практически достижимы в реальных системах переда-
чи. Одна из них основана на спектре, который называют поднятым
косинусным импульсом. Поднятый косинусный импульс изображен на
рис.1.5.a вместе со своим спектром (Преобразованием Фурье) на рис.
1.5.b. Импульс на основе спектра поднятого косинусного импульса
(рис.1.5.c) имеет Преобразование Фурье, как показано на рис.1.5.d.
Видна цена, которую приходиться платить за использование импуль-
са этого вида, по сравнению с импульсом вида sinx/x, удваивается
необходимая полоса. Однако, одной наиважнейшей особенностью этого
импульса является то, что уровень амплитуды на половине длитель-
ности импульса спадает вдвое и импульсы продолжительностью T можно
посылать с интервалом Т/2 секунд.
Рис.1.6. показывает, как набор бит 0110100 будет выглядеть в форме
спектра поднятого косинусного импульса, вместе со значащами отсче-
тами.
Такие, более подходящие кривые импульсов, нельзя увидеть на выходе
терминала данных, но они могут быть сгенерированы модемом или дру-
гим передающим оборудованием, к которому подключен терминал.
СИНХРОННАЯ И АСИНХРОННАЯ ПЕРЕДАЧА.
Данные генерируемые терминалом - это обычно знаки и на выходе они
имеют вид последовательной серии бит одинаковой протяженности.
Знаки могут либо генерироваться в случайные интервалы времени,
тогда метод передачи называют старт-стопным или асинхронным, или
только в определенные моменты, тогда метод называют синхронным
или,(более правильно) изохронным. В обоих случаях, сигнал называ-
ют широкополосным сигналом, потому что он содержит частоты вплоть
до постоянного тока.
СТАРТ-СТОПНАЯ ПЕРЕДАЧА.
В свободном состоянии старт-стопный терминал удерживает состояние
"МЕТКА" (MARK - бинарная 1) на линии связи. Любому передаваемому
знаку предшествует состояние ПРОБЕЛ (SPACE - бинарный 0) на про-
тяжении по крайней мере одного бита, для индикации начала знака.
Детекция этого "стартового" бита на приемнике запускает механизм
тайминга (временного отсчета), который показывает, когда нужно
брать отсчеты (стробировать) приходящий с линии сиг-
нал.(рис.1.7.а). Ясно, что механизм тайминга приемника должен
быть установлен на туже самую номинальную скорость сигнализации
что и передатчик, и приемник должен знать число бит в знаке.
Рисунки 1.7.b,c показывают, что произойдет при расхождении таймин-
га между приемником и передатчиком. Если тайминг приемника слишком
быстр, он будет стробировать один бит дважды, а если он слишком
медлителен пропустит один бит. Для правильного декодирования
приемник должен синхронизироваться под входящий сигнал на длитель-
ность знака.Стабильность механизма тайминга должна соответство-
вать максимальной длине знака. Общепринято, что телеграфные аппа-
раты используют 5-ти битовый код с одним стартовым и 1-2 стопо выми
битами . Бит, стоящий на конце знака позволяет сброситься механизму
тайминга, чтобы быть готовым к прему следующего знака. Современные
терминалы данных используют 8 или 9 битовые коды с 1, 1,5 , а
иногда и с 2-мя стоповыми битами.
Старт-стопная передача широко используется в низкоскоростных тер-
миналах. Такую передачу часто называют анизохронной работой (хотя,
строго говоря, анизохронная передача описывает сигналы данных
подобных факсимильным, где каждый элемент сигнала может иметь раз-
личную длину).
СИНХРОННАЯ РАБОТА.
Для высокоскоростных терминалов, стартовые и стоповые биты асинх-
ронного режима вводят непреемлемую избыточность, снижают произво-
дительность канала. При синхронном режиме работы знаки передаются
один за другим, постоянным потоком, без присутствия стартовых и
стоповых битов. Это называют изохронной передачей. Если нет данных
на передачу, то тогда передаются специальные знаки заполнения.
(В качестве альтернативы изохронный поток бит может быть ис-
пользован для переноса старт-стопных данных. Для этого режима
используют термин "изохронный старт-стоп").
Синхроимпульсы в синхронных терминалах обязаны быть высокоста-
бильными, так как они дают синхронизацию на множество знаков, а
не на один. Для поддержания синхронизма синхроимпульс приемника
отслеживает переходы во входных данных и корректирует сам себя,
путем добавления или удаления по необходимости интервалов отсче-
тов. Для уверенности того, что во входных данных будет достаточ-
но переходов,и для коррекции приемника,общепринято включать спе-
циальные знаки синхронизации через регулярные периоды в поток
бит.
Для синхронизации на уровне бита приемник также должен знать,где в по-
токе битов начинается знак. (Все знаки одной длины. И если извест-
но начало первого знака, то позицию остальных можно предугадать).
Синхронизм по знакам достигается путем посылки группы знаков
синхронизации в начале каждого блока знаков данных переносимых в
ходе передачи.
Определение последовательностей синхронизации, размера блоков,
служебных знаков и тому подобное составляет протокол. Протокол по
сути является согласованной процедурой, которая обеспечивает нор-
мальное прохождение данных. Взаимодействие между синхронными тер-
миналами требует соответствия общему протоколу. Логика, которая
необходима для внедрения этого протокола, вместе с другими цепями,
такими как буффер для передаваемых данных,делают синхронные
терминалы более дорогими, чем соответствующие асинхронные.
БИТЫ И БОДЫ.
Мы уже видели, что идеальный канал передачи полосой "В" Гц способен
передать 2В сигналов в секунду. Скорость сигнализации или скорость
модуляции измеряется в бодах; бод - это один сигнал в секунду.
Если мы будем использовать бинарный сигнал, подобный изображенному
на рис.1.2.,скорость в битах будет равна скорости в бодах. Предпо-
ложим, однако, что наши изначальные бинарные данные были закодиро-
ваны другим путем. Мы можем использовать 4 различных уровня для
сигнализации, скажем ё2 и ё1, вместо только двух уровней, как
это было раньше. Бинарные данные могут быть закодированы путем
разбивки их на пары бит и присвоения одного уровня каждой возмож-
ной паре бит, как показано в таблице 1/1.
комбинация бит уровень
00 +2
01 +1
10 -1
11 -2
табл.1/1
Тогда волна, подобная изображенной на рис.1.8. будет представлять
данные 0001101100 ( передача идет с наименее значащих бит). Хотя
скорость сигнализации таже самая, как и до этого,скорость данных
удвоилась и мы переносим теперь 2 бита на бод.Таким образом в 4-х
уровневой системе скорость в битах равна двойной скорости в бодах.
Вообще мы можем сказать:
скорость в битах = скорости в бодах х число бит на бод
Для кодировки 1 бита на бод нам необходим 2-уровневый сигнал,для
представления 0 и 1;для кодирования 2 бит на бод нам нужен 4-х
уровневый сигнал,для представления 00,01,11 и 10;и так далее.
Выражая все это математически - нам необходим сигнал с 2 в степени
"n" уровнями для кодирования "n" бит - или говоря наоборот,систе-
ма с "m" уровнями может кодировать log m бит (m = 2 в степени
"n").
Так как канал полосой В может переносить 2В сигналов/секунду,
емкость (максимальная скорость в битах) идеального канала передачи
с полосой "В",при использовании m-уровней,будет равна:
С = скорость в бодах х число бит/бод = 2Вlog m бит/сек.
Это равенство представляет только теоретический интерес,поскольку
не существует идеального канала связи.На реальном канале воз-
действует шум и Шенон показал,что емкость зашумленного канала
равна:
C = Blog (1+S/N)
Где S/N - отношение сигнал шум.Для типичного телефонного канала
с В = 3000 Гц,S/N = 1000:1 (30 dB)
С = 3000 х log (1+1000) = 30000 бит/сек
(dB - абвеатура для единицы децибел.Децибел представляет отношение
мощностей,и подсчитывается как 10lg(P1/P2) , где Р1 и Р2 два
уровня мощностей кторые сравнивают.Если Р2 = 1 милливатту то
используют абвеатуру dBm.
Пример: если мощность сигнала равна 1 млВт,а мощность шума равна
1 мкВт,тогда отношение сигнал/шум равно 1000:1 или 10lg1000/1 =
= 30 dB.Мощность шума также можно выразить -30dBm,а мощность
сигнала как 0dBm.
2 УСЛУГИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ
СЕТЬ СВЯЗИ ВЕЛИКОБРИТАНИИ
Связь в Великобритании,как и во всех других странах мира,
направляется потребностями телефонных услуг.Единственным следом
телеграфных систем,с которых все началось,осталась сеть телекс,
которая хотя и отделена функционально от телефонной службы в
Великобритании,тем не менее делит с ней некоторое каналообразующее
оборудование.Еще совсем недавно телекс был единственной цифровой
системой передачи,но его скорость и ограниченный код припятство-
вали его широкому использованию для передачи данных.И напротив
требования по возможностям передачи данных должны были найти
решение в "общирных" возможностях,которые обеспечивает телефония.
Телефонная система достаточна гибка,чтобы позволить такое расши-
рение и достаточно хорошо отвечает требованиям,которые предъявля-
ет к ней передача данных.
Сегодня большинство развитых стран мира имеют или планируют иметь
выделенные сети передачи данных используя цифровую передачу и
коммутацию,многие рассматривают это как первый шаг к интегриро-
ванной цифровой сети,которая обеспечит полный набор телекоммуни-
кационных услуг,включая голос,данные,факсимиле и многое другое.
Однако полезно знать,что в настоящее время в Великобритании на
1 соединение для передачи данных приходится 100 телефонных соеди-
нений,и понятно,что в обозримом будущем телефонный трафик будет
привалировать и явится основной задачей служб и компаний связи.
Пройдет еще несколько лет,перед тем как трафик данных на новых
сетях сравняется с трафиком данных на телефонных сетях.
Модемы - устройства предоставляющие возможность передачи данных
по аналоговым телефонным цепям - наверное станут неныжными в дол-
госрочной преспективе,но в настоящее время они играют важную роль.
При описании сети связи в Великобритании в этой главе мы делаем
ударение на телефонную сеть,потому что эта сеть на которой рабо-
тают модемы и поэтому важно иметь представление о ее структуре и
организации.
ТЕЛЕКС И СЕТЬ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ.
Телекс и сеть пакетной коммутации являются цифровыми службами -
хотя представляют крайности.Телекс это очень старая,негибкая и
низкоскоростная служба;тогда как система пакетной коммутации
(PSS) является современной высокоскоростной службой.Будучи цифро-
выми ни одна из этих служб не используют модемы (за исключением
случая доступа в сеть PSS через телефонную сеть),поэтому эти
службы здесь не рассматриваются.
Что касается телекса,то необходимо помнить,что эта старейшая и
хорошо развлетвенная международная сеть,которая еще долго будет
служить для переноса деловых сообщений.
ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ ВЕЛИКОБРИТАНИИ.
ТОПОЛОГИЯ.
Телефонная сеть общего пользования (PSTN) является распреде-
ленной коммутируемой сетью,с набором сетевых узлов (станций
АТС) различного уровня иерархии.(PSTN - Public Switching Tele-
phone Network).
На нижнем уровне стоит местная АТС.Пользователи - которые в
большинстве случаев удалены до 3 миль от станции - подсоединены к
ней парой проводов.Местные АТС варьируются в размерах от 200 ли-
ний,в удаленной сельской местности,до 20 или 30 тысяч линий в
больших городах.Местные АТС работают как интеллигентный концент-
ратор;они коммутируют трафик между локальными абонентами и кон-
центрируют трафик по относительно малому числу линий в направлении
либо на главный магистральный центр коммутации,либо на другие
местные АТС.Степень взаимодействия местной АТС варьируется в за-
висимости от распределения трафика по направлениям.Там где трафик
между двумя АТС велик устанавливают прямые связи;в других случаях
трафик направляют через промежуточные АТС.В больших городах выде-
ляются специальные АТС (tandem) для осуществления этой функции
взаимосвязи между АТС.
Большинство городов имеют главный центр коммутации сети (MNSC),
который взаимодействует с местными АТС.MNSC также часто называют
групповым центром коммутации (GSC);они представляют второй уровень
иерархии и их в Велткобритании порядка 360,каждый из который ра-
ботает на группу местных АТС.
Цепи между местными АТС и цепи между местными АТС и MNSC называют
"узловыми" (junction).MNSC связаны между собой через магистральную
(trunk) сеть,которая представляет из себя переплетенную смесь
высокопропускных кабелей связи и радиорелейных линий с мультип-
лексированием каналов связи (мультиплексирование позволяет среде
передачи,например кабелю,переносить более чем один канал в одно
время).Оборудование мультиплексирования для магистральной сети
располагают на усилительных станциях.В США вместо терминов
junction и trunk используется один термин - toll circuit - между-
городная цепь.
Прямой маршрут точка-в-точку между MNSC организуется там где этого
требует трафик,в других случаях трафик направляется через одну
или более АТС.Маршрутизация через несколько линий MNSC снижает
качество передачи вызова и с целью избежать этого некоторые марш-
руты организуются через высокоуровневую сеть,называемую транзит-
ной,котрая охватывает ряд MNSC.
На верхнем уровне иерархии находятся международные станции в го-
родах Глазго и Лондон,которые переносят весь трафик между Вели-
кобританией и всем миром.На рис.2.1 в форме диаграммы показаны
уровни иерархии станций.
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗГОВОРНОЙ ЦЕПИ.
Человеческий голос содержит частоты вполоть до 8 КГц.Очень
низкие частоты как правило отсутствуют,основная информация содер-
жится в диапазоне 100 - 400 Гц.Верхние частоты дают "характер"
голосу.
Предоставление полосы частот в технике связи вещь весьма дорогая
и должен быть достигнут компромисс между качеством голоса,который
требует широкой полосы,и ценой,которая требует снижения полосы.
Номинальной полосой разговорной цепи,т.е. полосой частот переда-
ваемой удовлетворительно, является полоса шириной 3,1 КГц в
диапазоне от 300 до 3400 Гц.
На некоторых международных каналах верхний предел снижают до
3 КГц,предоставляя полосу в 2,7 КГц.
ПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА.
МЕСТНЫЕ СЕТИ
В местной сети для подсоединения абонента к его местной станции
используется витая пара для обеих направлений передачи; т.е. мы
имеем двухпроводную цепь. Обычно используемые провода имеют диа-
метр жил 0,63мм, но могут быть использованы и более тонкие прово-
да, которые отвечают требованию Почтовой Службы на 1000 омное
сопротивление постоянному току по петле. Это сопротивление не за-
висит от частоты, но провода имеют емкость, которая вызывает поте-
ри с ростом частоты, как показано на рис.2.2. Не существует опре-
деленного предела на частоты, которые можно передавать; полоса
(диапазон переносимых частот) определяется допустимыми потерями.
Документы Почтовой Службы определяют максимальные потери в 10 дб
для местного конца (линия от абонента до местной АТС). Путь посто-
янному току обрывается на местной АТС на передающем мосте, который
пропускает звуковые частоты, но обрывает подачу постоянного тока
на другие АТС.
УЗЛОВЫЕ (JUNCTION) ЦЕПИ
Узловые цепи тоже, как правило в UК 2-х проводная витая пара, но в
отличае от местных цепей их обычно пупинизируют и часто ставят
усилители. "Пупинизация" означает, что в телефонную пару добавляют
индуктивность для компенсации емкости и улучшения возможностей пе-
редачи голоса. Добавление индуктивности производят в форме катушек
индуктивности, которые включают в телефонную пару через определен-
ные интервалы. На рис.2.3. представлена частотная характеристика
пупинизированного кабеля; вместо постоянного роста потерь в непу-
пинизированном кабеле (рис.2.2) характеристика пупинизитрованного
кабеля достаточно плоская до определенной частоты, после которой
потери резко растут. Таким образом, пупинизированный кабель ведет
себя,как фильтр низкой частоты.
Усилители для 2-х проводных линий позволяют продлить узловые цепи
до 24 миль на стандартном кабеле. Для более длинных дистанций
используют 4-х проводные цепи, из-за технических ограничений 2-х
проводных усилителей. Четырехпроводные цепи обеспечивают раздель-
ные каналы приема и передачи, с раздельным усилителем для каждого
направления.
Сейчас в узловых сетях широко используется техника временного
мультиплексирования, которая резко улучшает использование кабель-
ных цепей. Стандартная система временного уплотнения обеспечивает
30 телефонных каналов с использованием импульсно-кодовой модуля-
ции (PCM) и агрегатной (общей) скоростью в линии связи 2,048
Мбит/сек. Более ранние образцы оборудования PCM имели стандарт
24 канала, подобно системе Т1 в США, и скоростью в линии 1,544
Мбит/сек. (В технике временного мультиплексирования каждому ка-
налу назначается через равные интервалы отрезок времени, поэтому
данные одного канала чередуются с данными от других каналов сис-
темы). В настоящее время системы РСМ самым широким образом ис-
пользуются для организации сети связи.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ (TRUNK) ЦЕПИ
Мультиплексоры для организации магистральных каналов связи исполь-
зуются очень давно и ранее это, как правило были мультиплексоры с
частотным разделением каналов (FDM). (В системах FDM каждому кана-
лу отведена своя полоса частот в пределах общей полосы частот, пе-
редаваемой по проводящей среде). С годами передающая среда меня-
лась - на смену приводам пришли коаксиальные кабели и радиорелей-
ные линии, но принцип оставался темже самым. Современные ко-
аксиальные системы переносят более 10.000 дуплексных каналов на
коаксиальную пару.
Таблица 2/1 показывает иерархию по ступеням систем FDM
Наименование Состоит из: Полоса Число тлф. каналов
(первичная) 12 тлф. 48 кГц 12
группа каналов
супергруппа 5 групп 240 кГц 60
гипергруппа набор
супергрупп варьируется варьируется
(часто 15 (часто 4 мГц)
или 16)
Табл.2/1 Иерархия FDM
Все магистральные цепи являются 4-х проводными, обеспечивая раз-
деление приема и передачи.
Главные центры коммутации используют 2-х проводную коммутацию,
поэтому после MNSC осуществляется переход с 4-х проводных магист-
ральных цепей на 2-х проводные местные цепи. Транзитные АТС
используют 4-х проводную коммутацию.
В настоящее время цифровые сети, на основе временных мультиплек-
соров (TDM), повсеместно вытесняют оборудование FDM, это является
стратегией Почтовой Службы UK. Цифровая сеть привлекательна с эко-
номической точки зрения, а также потому, что она позволит предос-
тавлять для передачи голоса, данных и других услуг единую интег-
ральную сеть связи. Таблица 2/2 представляет иерархию по ступеням
для временных мультиплексоров.
Уровень Агрегатная скорость Емкость
первичный мульти- 2,048 МБит/сек 30 тлф.каналов
плексор
вторичный 8,448 МБит/сек 4 30 каналов
третичный 34,368 МБит/сек 16 30 каналов
четверичный 139,264 МБит/сек 64 30 каналов
Табл.2/2 Иерархия TDM
ОГРАНИЧЕНИЯ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ
Требования к системе передачи данных не совпадают с требованиями
к передаче голоса и соответственно использование телефонной сети
для переноса трафика данных вызывает некоторые проблемы. Основные
факторы, которые присущи телефонной сети и которые имеют отрица-
тельное воздействие на данные, описаны ниже.
ЗАТУХАНИЕ (ATTENUATION, LOSS)
Затухание (потеря мощности сигнала) на цепи абонент-абонент
измеряются на различных частотах разговорной полосы, оно типично
представляет кривую вида U, как показано на рис.2.4. Затухание в
верхней области спектра вызвано частото-зависимыми потерями мест-
ных концов; затухание в нижней области спектра вызвано передаю-
щими мостами АТС и другим подобным оборудованием на цепи. Если
цепь проходит через оборудование системы FDM в магистральной се-
ти, то некоторые потери будут вызваны фильтрами, использующимися
для разделения каналов в группы, которые по своей конструкции
имеют крутую характеристику обрезания на концах разговорной по-
лосы.
В результате неравномерности затухания сигналы данных
искажаются. Это может быть исправлено путем соответствующей ком-
пенсирующей реакции усиления приемника, например за счет исполь-
зования эквалайзера, который настраивается так, чтобы в итоге
реакция линии была близка к линейной (рис.2.5.). Альтернативно,
если характеристика цепи известна заранее, передаваемые данные
могут быть предъискажены таким образом, чтобы на входе приемника
присутствовала верная форма волны (предъискажение сигнала).
ИСКАЖЕНИЕ ГРУППОВОЙ ЗАДЕРЖКИ
(GROUP DELAY DISTORTION)
Групповая задержка связана с тем фактом, что не все частоты
проходят линию с одинаковой скоростью. Человеческое ухо не чувс-
твительно к этой форме искажений, но они сильно влияют на сигналы
данных. В главе 1 мы видели, что прямоугольная волна содержит
очень высокочастотные компоненты; задержка этих частотных компо-
нент на различную величину вызывает размазывание концов прямоу-
гольной волны, как это показано на рис.2.6. Размытые концы растя-
гиваются на 500-1000 микросекунд. Это наиболее вредно для высоких
скоростей передачи данных, когда флуктуации становятся длиннее,
чем сам импульс.
Групповая задержка _ это не тоже самое, что задержка рас-
пространения (PROPAGATION DELAY), которая представляет из себя
время необходимое сигналу для прохода от передатчика к приемнику.
Групповая задержка отражает только относительную задержку между
различными частотами, которые составляют этот сигнал. Рис.2.7.
показывает типичную кривую групповой задержки.
Искажения групповой задержки в основном вазываются пупинизирован-
ными кабелями и фильтрами FDM. Их можно обойти тем же образом,
как и амплитудные искажения, при помощи эквалайзера, который
имеет характеристику обратную линии передачи.
ШУМ
Белый шум, который слышен, как фон при телефонном соединении,
присущ любой передающей системе и его невозможно полностью уб-
рать. По счастью он обычно имеет довольно малую амплитуду и не
влияет на сигналы данных.
Импульсный шум, то есть присутствие случайных всплесков напря-
жения в линии, вызывает больше проблем и является причиной боль-
шинства ошибок по битам в линиях связи. Электромеханическое ком-
мутационное оборудование, все еще широко используемое на АТС, в
большинстве случаев является причиной этого шума. Импульсный
шум, а следовательно и поток ошибок, обычно достигают максимума
в периоды наибольшей телефонной нагрузки (утро и конец рабочего
дня).
Системы с импульсно-кодовой модуляцией (PCM) (ИКМ системы с
временным уплотнением) дают третий тип шума, шум квантования, ко-
торый является следствием прцесса аналого/цифрового преобразова-
ния.
РАСХОЖДЕНИЕ ЧАСТОТ ( FREQUENCY OFFSET )
Системы частотного уплотнения (FDM), используемые на магист-
ральных сетях, используют модуляцию с одной боковой без несущей.
Это более широко описано в главе 3, но здесь скажем, что демоду-
ляция такого сигнала требует присутствия местного генератора не-
сущей, которая может отличаться от частоты на передаче.
Если есть такая разница в частотах, то информация переносимая
по этому каналу связи будет сдвинута на соответствующую частоту.
К счастью техника передачи данных может переносить сдвиг в час-
тоте, который обычно не превышает несколькых Герц.
ПЕРЕХОДЫ (CROSSTALK)
Переход - это нежелательное взаимодействие между цепями, когда
информация на одной цепи бывает "слышна" на другой цепи. Переходы
случаются на цепях, которые физически находятся рядом. При нор-
мальных условиях переходная помеха едва заметна, однако в особых
условиях, когда, например, чрезмерно повышают мощность передачи,
это может вызвать значительные переходы.
ЭХО
Если дифференциальные системы,используемые на цепях для перехода
с 2-х проводной на 4-х проводную цепь,недостаточно сбалансирова-
ны, они могут вызвать отражение части сигнала и возвращение его
назад по каналу связи. (См. рис.2.8.). Это является причиной
"Эха говорящего", когда человек слышит эхо своего голоса. Если
отраженный сигнал, отразится второй раз на передающем конце,
тогда приемник получит не только первоначальный сигнал, но и его
задерженную копию. Это называют " Эхом слушающего".
Для передачи данных серьезной проблемой является не сколько само
эхо, сколько средства, которые используют в телефонии для борьбы
с ним. Для борьбы с эхом используют эхозаградители, которые регу-
лируют затухание в обратном канале, когда есть полезный сигнал в
прямом канале и наоборот. Это действительно убирает эхо в разго-
ворных цепях, но вместе с тем исключает одновременную, двунаправ-
ленную передачу данных (полный дуплекс).
Современные эхозаградители тем не менее снабжены специальным ме-
ханизмом отключения, который может быть активизирован модемом.
Эхозаградитель остается выключенным до тех пор, пока передаются
данные. Внутри UK не используют эхозаградители, но их широко
используют на международных каналах.
СЛУЧАЙНЫЕ СКАЧКИ
Случайные скачки амплитуды или фазы, замирания (моменталь-
ное пропадание сигнала) и другие кратковременные явления время от
времени имеют место на каналах связи. Они бывают вызваны погодой,
действиями дежурного персонала на сети связи, оборудованием выхо-
дящим из строя или в момент перехода на резерв.
Подобно шуму, расхождению частот и переходным помехам эти
флуктуации должны восприниматься, как характеристики сети связи.
Системы передачи данных должны быть сконструированы так, чтобы
бороться с этим.
Также нужно предпринять усилия для борьбы с другими глав-
ными влияниями - искажением затухания и группового времени. Как
мы говорили ранее, для этого существует устройство,называемое эква-
лайзером.
ЭКВАЛАЙЗЕР
Эквалайзер компенсирует искажения затухания и групповой
задержки. Эквалайзер искажает сигнал таким образом, чтобы ском-
пенсировать искажения, вносимые линией передачи, и в результате
сложения искажений, вносимых эквалайзером и линией, общая харак-
теристика системы становится достаточно линейной по частоте.
Обычно эквалайзер устанавливается в приемнике.
Ранние модели эквалайзеров с ручным управлением использовали на-
бор частотно-селективных цепей для разрезания спектра входного
сигнала на дискретные полосы, каждую из которых можно усиливать
и/или вносить соответствующие задержки.
Сегодня повсеместно используется техника автоматической компенса-
ции на основе трансверсальных (поперечных) линейных фильтров за-
держки. Отметим, что только анализ сигнала по его частотным сос-
тавляющим, является приемлимым; амплитудно-временное представле-
ние также необходимо - и это составляет основу, на которой рабо-
тают эти виды компенсаторов.
Эквалайзер проверяет форму принимаемого импульса путем взятия
отсчетов (стробирования) импульса в различные временные интерва-
лы, сравнивает эту форму с формой неискаженного импульса и произ-
водит корректирование, которое необходимо приложить к искаженному
импульсу для восстановления его первоначальной формы. Эту технику
можно применять к сигналам данных только потому, что эквалайзеру
заранее известна форма неискаженного импульса.
Этот процесс может быть реализован на трансверсальном линейном
фильтре задержки (или его эквивалента на цифровых цепях),
(рис.2.9). Линия задержки запоминает приходящие импульсы и поз-
воляет сделать стробирование на каждом отводе. Сигнал, застроби-
рованный на каждом отводе, может быть изменен относительно цент-
рального отсчета по средствам умножителей на отводах. Чем больше
число отводов, тем более эффективна корректировка.
На практике на вход дают заранее известную последовательность
данных и настраивают коэффициенты умножителей для получения луч-
шего выходного сигнала. Этот процесс инициализации называют
"Трейнингом" (training - обучение).
Эквалайзеры, которые делают это автоматически, могут сначала быть
отрегулированы на меньшую, чем максимальная скорость данных для
достижения приблизительной настройки, а затем "зацепиться" на
более высокой скорости для точной настройки. Как только автомати-
ческий эквалайзер настроился на линию, то последующие периоды
трейнинга, которые, например, следуют за сменой направления пере-
дачи, могут быть достаточно короткими.
Адаптивные эквалайзеры все время подстраиваются вслед за измене-
нием состояния линии на период передачи данных, и они обычно в
состоянии работать при кратковременных прерываниях линии. С не-
адаптивными эквалайзерами в этих случаях приходится прерывать
поток данных и делать повторные трейнинги, если эквалайзеры те-
ряют синхронизацию.
Эквалайзеры просто необходимы при высоких скоростях данных, когда
существует потребность использовать всю доступную полосу теле-
фонного канала.
Автоматические адаптивные эквалайзеры используются при скорости
4800 бит/сек и выше. На скорости 2400 бит/сек, когда работают
через коммутируемый канал АТС, используют компромиссную подстрой-
ку. Компромиссный эквалайзер, известный также как статический,
установлен на компенсацию усредненных характеристик соединения
через АТС. Ниже 2400 бит/сек компенсация не требуется, посколько
передаваемый сигнал занимает лишь часть полосы телефонной цепи и
колебания в искажениях затухания и групповой задержки в этой ог-
раниченной полосе достаточно малы.
ГЛАЗКОВАЯ ДИАГРАММА (EYE PATTERN)
Глазковая диаграмма является средством для оценки качества
сигнала данных. Глазковая диаграмма для 3-х уровневого сигнала
показана на рис.2.10. Это отображение всех возможных переходов
волны данных, наложенных друг на друга. На рис.2.10. представлена
идеальная глазковая диаграмма; на практике колебания в амплитуде
и времени дают менее выраженные "глаза". "Отрытые" глаза указы-
вает на качество цепи.
Аналогичные глазковые диаграммы могут быть воспроизведены для 4 и
8 уровневого сигналов, но достигнуть качества с ростом числа
уровней очень не просто.
Сегодня обычно оценивают качество канала при помощи точечной ди-
аграммы модулированного сигнала.
Рис.2.11. демонстрирует идеальную точечную диаграмму для 8-ми
уровневого фазо-модулированного сигнала; качество цепи оценивают
по положению и яркости точек. Точечная диаграмма фактически яв-
ляется диаграммой сигнал-пространство. В США иногда неверно назы-
вают точечную диаграмму глазковой.
МОНОПОЛИЯ ПОЧТОВОЙ СЛУЖБЫ (PO - POST OFFICE)
Почтовая Служба в Англии имеет монополию на представление
любых связных возможностей, которые не входят полностью в помеще-
ние пользователя. Даже системы домофона (телефон на дверях много-
квартирных домов) входят в эту монополию, однако в этом случае
"Почтовая служба" (PO) выдает лицензии, позволяющие производить
работы другим организациям не относящимся к PO.
Пользователи,которые имеют задачи, не решаемые на телефонной
сети общего пользования (или на телексе,или сети коммутации паке-
тов), могут арендовать "личные" каналы связи от PO. В некоторых
случаях PO дает лицензию особым пользователям, например, газодо-
бытчикам или производителям электроэнергии, для развертывания
своих собственных сетей.
Нужно отметить,что в настоящее время в Великобритании частным
компаниям предоставлено право продавать свои услуги электросвязи,
даже если они основаны на арендованных от государственных копма-
ний каналах связи,при условии,что добавляются дополнительные
услуги (Value Added Network - VAN = сети с добавленными услуга-
ми).
АРЕНДОВАННЫЕ КАНАЛЫ
ТЕЛЕГРАФНЫЕ АРЕНДОВАННЫЕ КАНАЛЫ
Телеграфные каналы обеспечивают цифровой интерфейс и поэтому
не нуждаются в модемах. PO обеспечивает два варианта линий - по
тарифу H для работы до 50 Бод и по тарифу J для работы вплоть до
110 Бод. Эти линии не используются широко для передачи данных,
они слишком медленны для большинства приложений.
ТЕЛЕФОННЫЕ КАНАЛЫ
Арендованные телефонные каналы наиболее часто используют для
построения частных сетей. Эти каналы образуют в тех же кабелях,
используют те же мультиплексоры и усилители, что и PO для орга-
низации телефонной сети, с одним только отличаем - эти каналы
постоянно скроссированы на пользователя и не заводятся на ком-
мутационное оборудование АТС. Это делает их более надежными, ме-
нее зашумленными по сравнению с коммутируемыми соединениями и ко-
нечно они не страдают от задержек установления вызовов.
Арендованные линии и линии PSTN (PABLIC SWITCHED TELEPHONE
NETWORK - телефонная сеть общего пользования) имеют одну номи-
нальную полосу частот (300- 3400 Гц), но использование тонов
сигнализации в спектре голосовых частот для цепей управления,
может уменьшить полезную полосу. Арендованные линии точка в точку,
на которых нет необходимости включать сигнализацию, избавлены от
этого ограничения.
PO предлагает для аренды "улучшенные" и "не улучшенные" цепи
( в UК используют соответственно термины "scheduled" и
"unscheduled", а в США "conditioned" и "unscheduled"). Не улуч-
шенные линии связи стандартизируют только по номинальному затуха-
нию (в децибелах) на частоте 800 Гц. Таблица 2/3 показывает это.
Затухание на f 800 Гц Вид линии
17 db 2-х проводная
10 db 2-х проводная
3 db 2-х проводная
0 db 4-х проводная
Табл. 2/3. Арендованные от PO "не улучшенные" линии
Улучшенные линии стандартизируют более детально. Таблица
2/4 демонстрирует категории этих линий. Категория D соответствует
требованиям рекомендации MKKTT M.1020 для высококачественных меж-
дународных арендованных линий связи.
КОРОТКИЕ ЦЕПИ
Цепи короче 7-ми миль в длину, часто будут включать только
местную АТС и поэтому канал связи представляет из себя физическую
пару проводов.
Таблица 2/4. Параметры "улучшенных" цепей, арендованных у PO
КАТЕГОРИЯ КАТЕГОРИЯ КАТЕГОРИЯ КАТЕГОРИЯ
А В С D
Потери/зависимосость от частоты (в dB по отношению к 800 Гц)
300 -500 Гц -7 до+12 -3 до+10 -2 до+7 -2 до+6
500 -2000 Гц -7 до+8 -3 до+6 -1 до+4 -1 до+3
2000-2600 Гц не норм. -3 до+6 -1 до+4 -1 до+3
2600-2800 Гц не норм. -3 до+10 -1 до+4 -1 до+3
2800-3000 Гц не норм. -3 до+10 -2 до+7 -2 до+6
Групповая задержка/зависимость от частоты,мксек по отнош.к min
500 -600 Гц не норм. не норм. не норм. 3000
600 -1000 Гц не норм. не норм. не норм. 1500
1000-2600 Гц 1250 1000 1000 500
2600-2800 Гц не норм. не норм. не норм. 3000
Уровень шума ( в dBm0p -
- 42 - 42 - 42 - 45
Импульсный шум.
Не более 18 импульсов
за 15 мин.,при измерении
на уровне : -18dBm0 -18dBm0 -18dBm0 -21dBm0
Отношение сигнала
к взвешенному
шуму(dB) 22 22 22 22
Максимальное расхож-
дение частот,Гц 2 2 2 2
Затухание передачи
попереходам на при-
еме в dB,на частоте
200 Гц,4-х провод-
ный канал не норм. 45 45 45
Отношение сигнала
к эху слушающего в
2 dB,на 2-провод-
ном канале 16 20 20 20
Изменение остаточ-
ного затухания на
частоте 800 Гц ё3 ё3 ё3 ё3
Обычно бывает возможна передача постоянного тока и организация
широкополостной передачи. Передача постоянного тока также воз-
можна на цепях длиной до 25 миль, посколько обычно физические
пары до такой длины можно арендовать на узловой сети.
Широкополостная передача на расстояние до 7-ми миль возможна
только по непупинизированным кабелям. Фактически же любая пере-
дача за пределами полосы 300-3400 Гц расценивается PO, как не
стандартная и является предметом специальных соглашений.
ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ЦЕПИ
Широкополосные цепи доступны с полосами частот: 48 кГц;
240 кГц; 5,5 мГц. Все эти услуги предполагают прокладку специ-
ального кабеля между зданием пользователя и ближайшей точкой
доступа в главную сеть, такой как усилительная станция, поэтому
для организации связи требуется время. Линии в 48 кГц используют
для передач в 48 кБит/сек (или до 168 кБит/сек при использовании
специальных модемов); другие цепи (5,5 мГц) используют в основном
для организации передачи голоса и видео.
КОНФИГУРАЦИЯ ЦЕПЕЙ
PO предлагает три основных конфигурации:
- цепи точка в точку (point to point);
- омнибус (omnibus - охватывающий несколько пунктов);
- многоточечные цепи (multipoint). Рис.2.12.
Цепи точка в точку соединяют на прямую два терминала. Цепи
омнибус соединяют три и большее число терминалов с полной взаи-
мосвязью между ними. Многоточечные цепи соединяют одну централь-
ную станцию со многими сторонними станциями (до 12); связь между
сторонними станциями не возможна.
Многоточечная конфигурация разработана только для приложений по
передаче данных, и она хорошо подходит для иерархической струк-
туры большинства компьютерных сетей. Две другие конфигурации мо-
гут быть использованы для передачи речи и данных.
ПОДАЧА АРЕНДОВАННЫХ ЦЕПЕЙ
Арендованные каналы подают пользователю в виде 2-х или 4-х
проводных цепей. 2-х проводная цепь использует одну пару проводов
и для передачи и для приема; 4-х проводная цепь использует одну
пару на передачу и одну на прием. Цепи омнибус и многоточечные
делают 4-х проводными. Телефонные цепи имеют номинальный импеданс
(т.е. сопротивление на аудио частотах) в 600 Ом.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ К ОБОРУДОВАНИЮ ПОЧТОВОЙ СЛУЖБЫ
PO осуществляет прямой контроль над оборудованием, подклю-
ченным к его сооружениям и к его оборудованию. Это сделано для
обеспечения безопасности работы сети и обслуживающего персонала.
Любой тип терминала или модема, подключенного к сети связи,
должен быть официально одобрен PO. Помимо проверок на безопас-
ность, процедура одобрения для терминала данных включает проверку
того, что терминал отвечает соответствующим стандартам на интер-
фейс, как электрически, так и по процедуре. В случае использо-
вания модемов на арендованных каналах, PO проверяет только анало-
говый интерфейс в линию связи; а проверка цифрового стыка на
терминал входит в обязанность пользователя.
3. МОДЕМЫ И ТЕОРИЯ МОДУЛЯЦИИ
МОДЕМЫ
Модемы осуществляют две важные функции - модуляция и демо-
дуляция (поэтому и происходит название "модем").
Внутри модем состоит из 3-х частей:
- цепи, связанной с передачей (модуляция);
- цепи, связанной с приемом (демодуляция);
- цепи для синхронизации и подачи питания, т.е. служебные функции
по отношению к первым двум.
На рис.3.1 представлена упрощенная блок-диаграмма модема. Мы не
будем глубоко вникать во внутреннюю работу модема, потому что
эта книга по сути для людей, которые используют модем и для поль-
зователя важным является поведение модема, как составной единицы
общей системы передачи данных. Поэтому последующие главы посвя-
щены тому, как предоставляется модем для компонентов по любую его
сторону - терминал или компьютер с одной стороны и линия переда-
чи с другой. Сначала рассмотрим немного основной теории.
ТЕОРИЯ МОДУЛЯЦИИ
Говоря совсем просто, модуляция это процесс при котором
высокочастотная волна используется для переноса низкочастотной
волны. Существует масса случаев, когда передающая среда доста-
точно хорошо проводит высокочастотные сигналы, но не низкочас-
тотные и здесь точно требуется модуляция. Радио является хорошим
примером. Высокочастотная электромагнитная волна хорошо распрост-
роняется в пространстве, а низкочастотные сигналы голоса и музыки
нет. Таким образом в радио сигналы голоса и музыки модулируют вы-
сокочастотную несущую в несколько сотен килогерц, и этот
модулированный высокочастотный сигнал затем передается. На при-
емнике эта модулированная высокочастотная волна демодулируется
для получения изначальных сигналов голоса и музыки.
"Высокая" и "низкая" частота - это относительные термины. Мы уже
видели, что телефонная цепь передает "высокие" частоты между
300-3400 Гц, но не передает "низкие" частоты ниже 300 Гц.
Сигналы данных содержат низкочастотные компоненты ниже 300 Гц, и
тогда для переноса таких сигналов через телефонные цепи необхо-
дима модуляция.
Существует три параметра несущей, которые можно изменять: ампли-
туда, частота и фаза.
Рис.3.2. показывает синусоидальную волну.
Смысл амплитуды понятен - это размах (напряжения) волны.
Частота - это число периодов в секунду, измеряется в Герцах.
С фазой разобраться сложней, поэтому давайте уделим ей время.
Начнем с фазовой или векторной диаграммы, которая представляет из
себя просто указатель, изначально показывающий на восток и дви-
гающийся против часовой стрелки. Пусть указатель медленно враща-
ется пртив часовой стрелки; если бы мы стали строить график угла
вращения против расстояния конца указателя до линии основания, то
получили бы синусоидальную волну, как на рис.3.3.b. Если указа-
тель продолжать вращать, волна будет повторяться, один полный
оборот будет соответствовать одному периоду. Число оборотов в се-
кунду соответствует частоте волны, длина указателя ее амплитуде
(в нашем случае постоянная) и угол вращения соответствует фазе
волны. Один полный период волны соответствует изменению фазы в
360 (2 радиан). Фаза волны постоянно увеличивается с ее распро-
странением; после 11/4 периода фаза равна 450 . В практических
системах истинная фаза редко известна, а важным фактором является
фаза в пределах одного периода, т.е. 90 для случая 11/4 периода.
Остаток главы посвящен трем типам модуляции.
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В системах с амплитудной модуляцией (АМ) модулирующая волна
изменяет амплитуду высокочастотной несущей волны. Рис. 3.4. по-
казывает форму волны на входе и выходе модулятора для простого
случая, когда модулирующая волна является тоном одной частоты
(Fm). Анализ частот на выходе показывает присутствие не только
входных частот Fc и Fm, но также их сумму и разность: Fc + Fm и
Fc - Fm. Это конечно не следует напрямую из формы волны на рис.
3.4. и лучшим представлением этого является использование гори-
зонтальной оси частот, вместо времени, как это дано на рис.3.5.
Если модулирующая волна является комплексной, как например сигнал
речи, который состоит из множества частот, то суммы и разности
различных частот займут две полосы, одна ниже, другая выше несу-
щей частоты. (Рис.3.6.). Их называют верхней и нижней боковыми.
Верхняя полоса является копией изначального разговорного сигнала,
только сдвинутого на частоту Fc. Нижняя полоса это инвертирован-
ная копия изначального сигнала, т.е. верхние частоты в оригинале
являются нижними частотами в нижней боковой.
Нижняя боковая это зеркальное отображение верхней боковой по от-
ношению к частоте несущей Fc. (Треугольная форма разговорного
сигнала на рис.3.6. просто упрощение, которое иллюстрирует ин-
версию нижней боковой; она не отражает распределение энергии
различных частот внутри сигнала).
Система с АМ, которая передает обе боковых и несущую, известна,
как двухполосная система (DSB - double sidebaud). Несущая не
несет никакой полезной информации и может быть убрана, но с не-
сущей или без,полоса сигнала DSB вдвое больше полосы изначального
сигнала. Для ссужения полосы возможно вытеснение не только
несущей, но и одной из боковых, так как они несут одну информа-
цию. Этот вид работы известен, как однополосная модуляция с по-
давленной несущей (SSB-SC - Single SideBand Suppressed Carrier).
( Эта техника широко используется в телефонных системах на FDM
мультиплексорах). Вообщем все, что делает SSB-SC это получение
нового сигнала идентичного оригиналу, но сдвинутого вверх по
частоте. Частоту несущей выбирают для того, чтобы дать наилучшие
условия транспортирования.
Демодуляция сигнала АМ достигается путем смешивания модулирован-
ного сигнала с несущей той же самой частоты, что и на модуляторе.
Изначальный сигнал затем получают, как отдельную частоту (или по-
лосу частот) и его можно отфильтровать от других сигналов. При
использовании SSB-SC несущая для демодуляции генерируется на месте
и она может не совпадать каким либо образом с частотой несущей на
модуляторе. Небольшая разница между двумя частотами является при-
чиной несовпадения частот, что присуще телефонным цепям.
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Рис.3.7.b показывает несущую волну модулированную по амплиту-
де бинарным сигналом данных, показанным на рис.3.7.a.
Специальным случаем амплитудной модуляции является случай,
когда нижний из двух уровней амплитуд доведен до нуля; тогда
процесс модуляции состоит во включении и выключении несущей.
(рис.3.7с). Однако скачки в передаваемой энергии делают эту тех-
нику, не подходящей для передачи данных по сетям связи.
Прямоугольная волна, представленная на рис.3.7а, содержит высо-
кочастотные компоненты, и на практике в системах АМ сигнал данных
пропускают через фильтр нижних частот до модулятора. Это скруг-
ляет прямоугольную волну (рис.3.8), но не влияет на информацию,
содержащуюся в сигнале данных. На выходе модулятора содержатся
частоты, как показано на рис.3.9. Заметьте, что поскольку бинар-
ный сигнал данных имеет составляющие вплоть до нулевой частоты,
верхняя и нижняя боковые фактически встретились на Fc. Это обсто-
ятельство делает затруднительным подавление несущей или одной бо-
ковой и несущей, без влияния на оставшуюся полосу. Для уменьшения
полосы модулированного сигнала можно реально убрать большую часть
одной полосы, оставив только небольшой ее конец возле несущей.
(рис.3.10). Потери информации нет, так как нижняя полоса просто
дублирует информацию верхней полосы. Подобная техника называется
VSB ( VSB - vestigial sideband - модуляция с частично подавленной
боковой).
При разумном построении фильтра в системах VSB возможно подавить
несущую. Это приведет к подавлению и части верхней полосы, но
остаток нижней полосы, который будет сохранен, даст недостающие
частоты.
Правильная однополосная амплитудная модуляция с цифровым моду-
лирующем сигналом может быть достигнута только путем скремблиро-
вания (scrambeing - перемешивание) изначальных данных (т.е. внося
беспорядочность в поток бит) с целью удаления низкочастотных ком-
понентов, которые образуются от ряда поледовательных 1 или 0.
Это влечет рассоединение боковых от несущей (рис.3.11), что поз-
воляет отфильтровать одну боковую и несущую.
ИМПУЛЬСНАЯ АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
(PAM - pulse amplitude modulation)
Импульсная амплитудная модуляция - это когда модулирующий
сигнал является цифровым - дает средства кодирования более чем од-
ного бита на бод, путем кодирования бинарного сигнала данных в
сигнал с более чем двумя уровнями. Для примера, биты бинарного
сигнала данных могут быть разбиты на пары. Возможны четыре ком-
бинации пары бит и каждая пара может быть представлена одним из
4-х уровней амплитуды. Закодированный 4-х уровневый сигнал имеет
половину скорости в бодах изначального сигнала данных и может
быть использован для амплитудной модуляции несущей обычным обра-
зом.
ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В системах частотной модуляции FM частота несущей изме-
няется в соответствии с формой модулирующого сигнала.
Системы, где модулирующим сигналом является бинарный
сигнал и, следовательно, несущая переключается сигналами с одной
частоты на другую, называют системами FSK. (FSK - freguency
shift keying - с ключиванием частоты). Рис.3.12. показывает би-
нарный сигнал данных и соответствующую частотно-модулированную
несущую.
Анализ сигнала FM не так прост, как для сигнала AM, но
можно сделать одно упрощение, рассматривая сигнам FM, как сумму
двух сигналов AM, что показано на рис.3.13. И тогда не удиви-
тельно обнаружить, что полоса неодходимая для FM сигнала более
чем в два раза превышает полосу AM сигнала.
Частотная модуляция превосходит амплитудную в отношении устойчи-
вости к некоторым воздействиям, которые есть на телефонной сети
и ее следует использовать на более низких скоростях, где не тре-
буется большая полоса частот. FSK является асинхронной техникой
модуляции, для нее не требуется синхроимпульсов в модеме.
Таблица 3/1 показывает один из вариантов
Пара бит Изменение фазы
00 0
01 90
11 180
10 270
Табл.3.1. Кодирование парабит
Изменения фазы, показанные в таблице 3.1 это скачки фазы по от-
ношению к предыдущей фазе несущей. Рис.3.17 дает пример модуляции
частоты этим способом.
Альтернативным способом представления информации приведенной в
таблице 3/1, является использование фазовой диаграммы, показыва-
ющей возможные скачки фазы (рис.3.18).
Диаграмма этого вида позволяет получить очень наглядный метод
иллюстрации состояний, которые может принимать передаваемая несу-
щая, особенно для более сложной техники фазо-амплитудной моду-
ляции.
Мы уже видели, что для бинарного модулирующего сигнала двухфаз-
ная модуляция является эквивалентом амплитудной модуляции с двумя
боковыми и подавленной несущей (DSB - SC).
4-х фазовая модуляция является эквивалентом двух волн сигналов
DSB-SC со сдвигом фазы несущей на 90 по отношению к друг другу,
передаваемых одновременно и можно считать, что это особый тип
квадратурной амплитудной модуляции (QAM - Quadrature Amplitude
Modulation).Фазовая модуляция - это синхронный метод передачи,
требующий наличия в модеме синхроимпульсов.
ФАЗО-АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (КВАДРАТУРНАЯ МОДУЛЯЦИЯ - QAM).
Для дальнейшего роста числа бит на бод можно скомбинировать фа-
зовую и амплитудную модуляцию.Рис.3.18 показывает варианты скач-
ков фазы при одном из видов 4-фазной системы кодирования двух бит
на бод.Если позволить теперь амплитуде несущей принимать два
значения уровня для каждого из этих сигналов фазы,то мы получим
8 возможных состояний,которые может принимать несущая на каждый
период бода (рис.3.19).Это позволит переносить 3 бита на бод.
АМПЛИТУДНО-ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ НЕСУЩИМИ.
Один из современных методов амплитудно-фазовой модуляции
основан на одновременной передаче множества несущих.
Наиример, в одном конкретном приложении, используют 48 несущих,
разделенных полосой в 45 Гц. Путем комбинирования фазовой и амп-
литудной модуляции, каждая несущая может иметь до 32 дискретных
состояний на каждый период бода, позврляя переносить 5 бит на
бод. Таким образом 48 несущих могут переносить:5 х48 = 240 бит на
бод. Для работы со скоростью 9600 бит/сек скорость модуляции тре-
бует только 40 бод (9600:240); такая низкая скорость весьма тер-
пима к фазовым и амплитудным скачкам, которые присущи телефонной
сети. Реально используемая полоса - 2240 Гц. Модуляция и демоду-
ляция идут в цифровом виде в микропроцессоре.
Эта техника иллюстрирует, что достаточно дешевая электроника поз-
воляет реализовывать идеи, которые ни когда не стали бы практикой
совсем недавно.
ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ (PCM - PULCE CODE MODULATION)
Импульсно-кодовая модуляция включена в нашу дискуссию о
системах модуляции только из-за своей важности. Она обычно
рассматривается, как система для передачи аналоговых сигналов,
таких как голос, в цифровом виде. ИКМ не является техникой моду-
ляции используемой в модемах. (Хотя, некоторые широкополосные
модемы используют, подобно системам PCM линейный код HDB3).
В PCM аналоговый сигнал стробируется со скоростью (берутся
отсчеты) по крайней мере в два раза выше, чем наивысшая частотная
компонента аналогово сигнала. Системы PCM на телефонных сетях
стробируют 8000 раз в секунду. Каждый отсчет представляет из себя
уровень напряжения, который кодируется 7-ми битным кодом. Кодиро-
вание следует логарифмическому закону для лучшего представления
широкой гаммы возможных уровней речи. Эти семь бит, вместе с
восьмым битом, подтверждающим наличие сигнала, образуют октет.
Поэтому скорость в битах одного канала PCM составляет 8 8000 =
64 Кбит/сек.
Стандартная телефонная система PCM использует временное
мультиплексирование для переноса 32 каналов связи (30 для речи
плюс два управляющих) и агрегатная скорость в линию равна 2,048
МБит/сек. Поток бит со скоростью 2,048 МБит/сек нельзя передавать
прямо в линию, и он преобразуется в трехуровневый линейный код,
известный как HDB3 ( High Density Bipolar 3 - биполярный 3 с вы-
сокой плотностью). Код HDB3 обеспечивает передачу данных без
постоянной составляющей тока, так как переходы из
уровня в уровень достаточно часты для того, чтобы получить точные
синхроимпульсы. Рис.3.20 показывает этапы кодирования HDB3.
На приеме поток бит декодируется и демультиплексируется;
отсчеты восстанавливаются, выдавая "квантованную"(ступенчатую)
волну, весьма близкую к изначальной. Эти искажения квантования
не заметны в телефонии; для передачи же данных это дополнительный
источник шумов.
4 СТАНДАРТНЫЕ МОДЕМЫ
МОДЕМЫ MKKTT
CCITT ( Comite Consultatie International Telegraphigue et
Telephonigue - МККТТ - Международный Комитет по Телеграфии и Те-
лефонии) является частью Международного Союза Электросвязи
(ITU - International Telecommunication Union ), который в свою
очередь является специальным агенством ООН.
CCITT это стандартизирующая организация для администраций
связи и организаций, представляющих сервис общего пользования; в
него также входят представители от организаций, занимаюшихся
производством оборудования электросвязи. CCITT издает не стандар-
ты, а рекомендации. Европейские Администрации имеют тенденцию
следовать этим рекомендациям весьма близко (но не точно) и поэ-
тому в Европе многие рекомендации играют роль стандартов. США в
недалеком прошлом не придерживались этих рекомендаций, но сегодня
по крайней мере в области передачи данных, американские произво-
дители подтверждают рекомендации CCITT в значительно большей сте-
пени, чем раньше.
200-х бодный модем
CCITT V.21 (1964) BELL 103.113
Модемы V.21 используют частотную модуляцию FSK и обес-
печивают полный дуплекс ( передача одновременно в обе стороны)
при работе через PSTN до 300 Бод. FSK - это асинхронная техника
модуляции; приемный модем не выделяет синхроимпульсы из входящего
сигнала для демодуляции данных. Модем фактически совершенно
прозрачен, может принимать данные в любом коде (5,7,8 Бит на
знак) вплоть до максимальной скорости. Это делает его весьма
привлекательным для низкоскоростных терминалов, работающих с раз-
личными кодами и скоростями.
Используемые частоты приведены в таблице 4/1
0, пробел(space) 1,метка(mark)
канал 1 1180 980 Гц
канал 2 1850 1650 Гц
Табл.4/1 Частоты V.21
Обычно, при вызовах через PSTN, модем, который принимает
входящий вызов, передает на частоте канала-2, хотя это можно из-
менить если требуется.
Модемы Bell используют другие частоты (канал1 - 1070 Гц =
0 и 1270 Гц = 1; канал2 - 2025 Гц = 0 и 2225 Гц =1).
МОДЕМ 600/1200 Бод CCITT V.23 (1964)
US BELL 202
Используется частотная модуляция FSK, но другие частоты
по сравнению с 200 бодным модемом. Передача на 1200 Бод может
быть дуплексной при работе на 4-х проводный арендованный канал и
полудуплексной при 2-х проводном PSTM соединении. (Полудуплекс
предполагает передачу в любом направлении, но не в обоих одновре-
менно).
Стандартные частоты даны в таблице 4/2.
0,пробел(space) 1,метка(mark)
передача до 600 Бод 1700 1300 Гц
передача до 1200 Бод 2100 1300 Гц
Табл. 4/2 Частоты V.23
В нижней части спектра остается некоторый запас полосы, кото-
рый можно использовать для организации низкоскоростного 75-ти
бодного вторичного канала, использующего тоже FSK. Для него час-
тоты будут:
0 1
450 Гц 390 Гц
Этот канал работает в направлении обратном главному каналу и
одновременно с ним. Работу с использованием вторичного обратного
канала часто называют ассиметричным дуплексом. Когда этот канал
не используют для данных пользователя, его забирают для целей
диагностики.
Техника модуляции V.23 по своей природе асинхронная, но модем
можно использовать и для синхронной передачи если это необходимо,
поэтому модем может выдавать синхроимпульсы для терминала.
Модем Bell 202 не совместим V.23 модемом из-за использования
различных частот (2200 Гц = 0; 1200 Гц = 1). Он также выдает
только один сигнал по обратному каналу, сигнал управления потоком
данных (flow control) - ON/OFF тоном 387 Гц.
МОДЕМ 600/1200 Бит/сек CCITT V.22 (1979)
US Bell 212 A
Этот стандартный модем позволяет организовать дуплексную
работу на скорости 1200 Бит/сек через PSTN. Он использует диффе-
ренциальную фазовую модуляцию, применяя несущую частоту 1200 Гц
в одном направлении и 2400 Гц в другом.
Фазовая модуляция является синхронной технологией, но за
счет включения конвертора из старт/стопа в синхронный поток, мо-
дем может работать со старт/стопными терминалами. Модем обеспечи-
вает 5 режимов работы. Различные варианты модема имеют разные
комбинации этих 5-ти режимов.
Режим: 1). 1200 Бит/сек синхронный
2). 1200 Бит/сек старт/стоп
8,9,10 или 11 Бит на знак
3). 600 Бит/сек синхронный
4). 600 Бит/сек старт/стоп
8,9,10 или 11 Бит на знак
5). асинхронный режим
1200 Бит/сек старт/стоп
или 300 Бод анизохронный
Для работы в синхронном режиме со скоростью 1200 Бит/сек поток
данных для передачи делится на парабиты, дифференциальная 4-х фа-
зовая модуляция используется для кодирования 2-х Бит ни Бод.
Скорость модуляции равна 600 Бодам. Табл.4/3 демонстрирует ис-
пользуемые изменения фазы. Модем включает скремблирование до мо-
дуляции, для избежания потери синхронизации за счет длинной пов-
торяющейся последовательности парабитов. Самосинхронизирующейся
дискремблер используют на приемном модеме для восстановления
изначальных данных после демодулятора.
Парабиты Биты Изменения фазы Изменения фазы
1200 Бит/сек 600Бти/сек режимы 1-4 режим 5
00 0 + 90 + 270
01 - 0 + 180
11 1 + 270 + 90
10 - + 180 0
Табл. 4/3 Сдвиги фазы V.22
Конвертор из старт/стопного в синхронный представляет собой
гибкий буффер в модеме, который компенсирует любую разницу между
скоростью данных модема и скоростью данных старт/стопного терми-
нала путем добавления или удаления стоповых битов по
необходимости. Модем сам по себе продолжает работать синхронно,
передавая в линию 1200 или 600 Бит/сек +- 0,01 . Старт/стопный
терминал может передавать со скоростью 1200 или 600 Бит/сек + 1 ,
- 2,5 или даже с большим допуском +2,3 , -2,5 . Приемный терми-
нал принимает данные со скоростью между 1200 и 1221 Бит/сек
(или 600 и 610 Бит/сек), с длительностью стопового бита, меняю-
щейся приемным модемом для координации с изменениями скорости
передаваемых Бит.
В режиме S модем всегда передает данные на более высокой ско-
рости, чем он их принимает от терминала. Разрешенными скоростями
терминала являются:
- 0-301 Бит/сек и 1170 -1204 Бит/сек (модем передает в линию
на скорости 1205 Бит/сек;
- 0-305 Бит/сек и 1190 -1221 Бит/сек (модем передает в линию
со скоростью 1223 Бит/сек).
Этот режим позволяет перемешивать старт/стопные знаки раз-
личной длины (полагая, что длины различаются в 1 Бит, например,
знаки в 9 и 10 Бит на знак).
При соединении PSTN вызываемый модем передает на верхнем ка-
нале, т.е.:
Несущая частота
Передача Прием
Вызывающий модем 1200 Гц 2400 Гц
Вызываемый модем 2400 Гц 1200 Гц
При передаче на частоте 2400 Гц модем выдает также тон
1800 Гц, для защиты от срабатывания сигнализации телефонного обо-
рудования.
В настоящее время широко используется модем соответствующей
рекомендации V.22 bis ( bis - этим по МККТТ обозначается вторая
версия в группе относящейся к одной рекомендации). Этот модем
умеет работать со скоростью 2400 Бит/сек при соединениях через
PSTN, т.е. по двухпроводной цепи.
МОДЕМ 1200/2400 Бит/сек CCITT V.26(1968) V.26bis(1972)
VS Bell 201
Модем использует дифференциальную и фазную модуляцию с несу-
щей 1800 Гц для передачи 2400 Бит/сек, и дифференциальную 2-х
фазную модуляцию с той же несущей для 1200 Бит/сек. Скорость мо-
дуляции в обеих случаях равна 1200 Бодам.
Модем V.26 обеспечивает полный дуплекс 2400 Бит/сек на 4-х
проводной арендованной линии. Модем V.26 bis обеспечивает полу-
дуплексную работу 2400 Бит/сек на соединениях PSTN (или полный
дуплекс на 4-х проводной линии) со сниженной (fall-back) на
1200 Бит/сек.
Оба модема предлагают низкоскоростной (75 Бит/сек) обратный
канал, использующий технику FSK в соответствии с CCITT V.23. На
2400 Бит/сек определены два возможных варианта кодирования фазы,
как это показано на рис.4.1 и таблице 4/4
Изменения фазы
Парабиты Вариант А Вариант В
00 0 + 45
01 + 90 + 135
11 + 180 + 225
10 + 270 + 315
Табл. 4/4 Кодирование фазы по V.26
Модем не включает скремблера и поэтому вариант А более
восприимчив к потере синхронизации, если данные содержат длинные
последовательности нулей. Вариант В стандартизирован при работе
через PSTN. При снижении скорости на 1200 Бит/сек фазу кодируют
так:
- бинарный 0 +90 сдвиг фазы
- бинарная 1 +270 сдвиг фазы
Модем V.26 bis, разработанный для работы через PSTN, включает в
себя эквалайзер. Оба модема работают только с синхронными терми-
налами.
МОДЕМ 4800 Бит/сек CCITT V.27 (1972) V.27 bis, V.27 ter (1976)
VS Bell 208 B
Модем V.27 и V.27 bis обеспечивают работу 4800 Бит/сек, пол-
ный дуплекс на 4-х проводных арендованных цепях. Модем V.27 bis
дает дополнительную возможность снижения до скорости 2400
Бит/сек. Третий член семьи, модем V.27 ter (ter - этим символом
по МККТТ обозначается третья версия в группе, относящейся к од-
ной рекомендации), разработаны для использования на коммутируемой
телефонной сети; он обеспечивает полудуплексную передачу 4800
Бит/сек со снижением до 2400 Бит/сек. Все три модема используют
одну и туже технику дифференциальной фазовой модуляции на ско-
рости 4800 Бит/сек, использующей 8 возможных изменений фазы
несущей, с кодированием 3-х бит данных в одно время. Частота не-
сущей равна 1800 Гц, скорость модуляции 1600 Бод. Табл.4/5 и
рис.4.2 показывают скачки фазы, используемые на 4700 Бит/сек.
Модем включает в себя скремблер.
ЭКВАЛАЙЗЕР
Автоматический адаптивный эквалайзер необходим при работе через
PSTN или по обычной арендованной линии связи. На высококачест-
венных арендованных цепях, соответствующих рекомендации CCITT
M 1020, V.27 предполагает использование ручного эквалайзера. Это
вполне приемлимо для линий точко в точку, но для многоточечной
сети необходимо использование автоматического адаптивного эква-
лайзера, что обеспечивает модем V.27 bis. Рекомендация V.27 bis
предусматривает две последовательности трейнинга для подготовки
приемного модема - длинную (708 Мсек) для линий плохого качества
и короткую (50 Мсек) для качественных каналов. При работе на
скорости 2400 Бит/сек необходимы более длинные задержки.
Автоматическую адаптивную компенсацию также необходимо исполь-
зовать при работе через PSTN и рекомендация V.27 ter определяет
последовательности тренировок. Существует длительная последова-
тельность при первоначальном вхождении в связь, и короткая пос-
ледовательность при перемене направления передачи. Последова-
тельности те же самые, что и для модемов V.27 bis, за исключением
того, что есть возможность более длительной последовательности
при необходимости защиты от разговорного эха.
Трибиты Скачок фазы
001 0
000 45
010 90
011 135
111 180
110 225
100 270
101 315
Табл. 4/5 Скачок фазы при 4800 Бит/сек
(V.27, V.27 bis, V.27 ter).
Парабиты Скачок фазы
00 0
01 90
11 180
10 270
Табл. 4/6 Скачок фазы при 2400 Бит/сек
(V.27 bis, V.27 ter).
СНИЖЕНИЕ СКОРОСТИ
Возможность снижения (перехода) на скорость 2400 Бит/сек,
которую дают модемы V.27 bis и V.27 ter, использует и фазовую
модуляцию аналогичную V.26 вариант А. Таблица 4/6 показывает
используемые скачки фазы.
ОБРАТНЫЙ КАНАЛ
Низкоскоростной обратный канал в 75 Бит/сек,или даже с большей
скоростью, использует технику FSK, как и обратный канал V.23,
возможен как опция для всех трех модемов. Этот канал может
также быть использован как вторичный канал данных для передачи
низкоскоростных данных в прямом направлении.
МОДЕМ 9600 Бит/сек CCITT V.29 (1976)
Стандартный модем V.29 разработан для работы в полном дуп-
лексе по арендованным цепям со скоростью 9600 Бит/сек. Возможно
снижение скорости до 7200 Бит/сек и 4800 Бит/сек. Используемая
техника модуляции представляет собой смесь фазовой и амплитуд-
ной модуляции. Фазовая модуляция таже самая, что и для скорости
4800 Бит/сек, использует 8 возможных сигналов фазы. Путем разре-
шения несущей принимать два возможных уровня амплитуды в сочета-
нии с 8-ю возможными сигналами фазы, дается возможность кодировать
4 Бита на Бод. Таким образом скорость модуляции равна
9600 : 4 = 2400 Бод. Частота несущей 1700 Гц.
На передаче бинарные данные делятся на группы по 4 Бита
(квадробиты), последние три Бита кодируются, как скачок фазы по
отношению к предыдущей фазе несущей в соответствии с табл.4/7.
В дополнение к этому скачку фазы, амплитуда несущей является
одним из двух уровней, в зависимости от первого бита (табл.4/8).
Биты 2,3,4 Скачок фазы
001 0
000 45
010 90
011 135
111 180
110 225
100 270
101 315
Табл. 4/7 Фазовые скачки V.29
Абсолютная фаза Бит 1 Амплитуда
0, 90, 180, 270 0 3
1 5
45, 135, 225, 315 0 2
1 3 2
Табл. 4/8 Амплитуды V.29
Заметьте, что используются различные пары амплитуд в зависи-
мости от новой (абсолютной) фазы несущей.
Сжатое представление всех возможных состояний модулированной
волны показано на сигнально-пространственной диаграмме.(рис.4.3).
Каждая точка представляет возможное состояние.
СНИЖЕНИЕ СКОРОСТИ
Снижение возможно до 7200 Бит/сек или 4800 Бит/сек. При ско-
рости 7200 Бит/сек используется кодирование трибитами, с первым
(из 4-х по V.29) битом установленном в 0, что показано диаграм-
мой на рис.4.4. При скорости 4800 Бит/сек амплитуда устанавли-
вается постоянной, и модуляция становится прсто фазовой, анало-
гично рекомендации V.26, вариант А. Скорость модуляции везде
остается равной 2400 Бодам.
ЭКВАЛАЙЗЕР
Модем включает самосинхронизующийся скремблер, автоматический
адаптивный эквалайзер, для которого предусмотрен трейнинг порядка
253 Мсек.
МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ
Модем V.29, 9600 Бит/сек является модемом, который может иметь
возможности мультиплексирования. Возможные конфигурации мультип-
лексирования:
9600:= 7200 + 2400; 2 4800; 4800+2 2400; 4 2400;
7200:= 4800+2400; 3 2400;
4800:= 2 2400
Мультиплексные каналы могут работать на местный терминал, а
могут и на удаленный терминал через другую линию с модемом.
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ МОДЕМ 48 КБит/сек CCITT V.35(1968)
V.36(1978)
Существует два стандарта на модемы, работающие со скоростью
48 КБит/сек. Оба разработаны для передачи в полосе 60-108 кГц,
которую обычно занимают в системах FDM 12 телефонных каналов. Их
иногда называют модемом групповой полосы.
Модем V.35 скремблирует сигнал бинарных данных и переносит их,
используя несущую 100 кГц, в полосу 60-104 кГц в виде сигнала АМ
с ассиметричной боковой и подавленной несущей. Модем работает
синхронно 48 КБит/сек с опцией 40,8 КБит/сек. Его можно также
использовать в асинхронном режиме для факсимильной передачи, где
эквивалентная скорость в битах лежит в пределах от 5 Бит/сек до
48 КБит/сек.
Рекомендация V.36 описывает семейство модемов для работы в
полном дуплексе на скоростях 48, 56, 64 и 72 КБит/сек через цепи
групповой полосы частот. Бинарный сигнал данных переносится в по-
лосу 60-104 кГц с использованием несущей 100 кГц, в виде сигнала
АМ с одной боковой и подавленной несущей.
В обоих модемах полоса между 104 и 108 кГц может быть исполь-
зована для обеспечения, как опции, голосового канала.
МОДЕМЫ НЕ СООТВЕТСТВУЮЩИЕ CCITT
Во многих случаях не стандартные модемы работают не хуже стан-
дартных. Но у стандартных модемов есть одно преимущество - обору-
дование от различных производителей будет стыковываться если
только использованы одни стандарты. Для не стандартных модемов
это практически не применяется, даже если различные производите-
ли используют одинаковую технику модуляции, то другие факторы,
такие как последовательность синхронизации, алгоритмы скремблиро-
вания обычно не совпадают, а значит модемы не совместимы.
ГЛАВА 5
ИНТЕРФЕЙСЫ МОДЕМОВ
Когда терминал непосредственно включен в ЭВМ, соединительная
линия совершенно пассивна и не влияет на процедуры, которые ис-
пользует терминал. Когда терминал удален, линия связи, которая
теперь включает модем, должна быть учтена. Модем - это активное
устройство и терминал должен взаимодействовать с модемом также,
как и с удаленной ЭВМ. Таким образом, для терминала существует
два уровня связи: терминал - модем и терминал - ЭВМ.(рис.5.1).
С точки зрения модема вся информация терминал - ЭВМ классифици-
руется под данные. Модем предназначен для транспортирования
этих данных вдоль линии связи, без влияния на содержание данных.
В соответствии с терминологией CCITT модем является одним из
типов оборудования DCE (Data Circuit - terminating Eguipment -
- оконечное оборудование канала данных). Аналогично, DTE (Data
Terminal Eguipment - терминал данных) является терминалом CCITT,
для любого устройства, подключенного к DCE, будь-то обыкновенный
принтер или большая хост-машина.
Модемы часто называют - dataset (устройство для передачи дан-
ных).
ИНТЕРФЕЙС DTE - DCE
Мы будем рассматривать интерфейс, как концепцию, а не как просто
набор оборудования. По сути он представляет полное описание гра-
ницы между двумя системами. Границей между DTE (терминал) и DCE
(модем) является разъем, которым они связаны, но полное описание
этой границы идет далеко за пределы физических параметров разъема
и включает также логические параметры (протокол).
Различные характеристики интерфейса можно представить в виде:
Физические параметры Логические параметры
Размеры и конструкция Смысл электрических
разъема каналов на каждой
ножке
Число штырей в разъеме Взаимосвязь между
сигналами
Электрические сигналы Процедуры для обмена
на ножках информацией между
DTE и DCE
Эти характеристики были стандартизированы международно и стан-
дарты известны под наименованием V.24 и RS 232.
RS232C (буква C - current указывает, что это текущая версия)
является рекомендованным стандартом американской ассоциации
электронной индустрии. Стандарт широко используется в США и явля-
ется основой для рекомендации CCITT V.24, которая принята в
Европе. RS232C определяет все вышеперечисленные характеристики.
Рекомендация V.24 определяет только цепи обмена DTE-DCE и их
функции; электрические характеристики определены в другой реко-
мендации CCITT V.28, и, наконец, размещение ножек разъема опре-
делено стандартом Международной Организации Стандартизации
(ISO2110). Однако, обычно имеют в виду соответствие этим двум
стандартам, когда говорят о интерфейсе V.24. Для большинства
случаев V.24 и RS232 можно считать синонимами. (В последующих
разделах книги для абвеатур DTE и DCE, которые достаточно похожи,
будем использовать "модем" вместо DCE и "терминал" вместо DTE).
ЦЕПИ ОБМЕНА
В интерфейсе V.24 сигналы между терминалом и модемом переносятся
по различным цепям обмена.
терминал модем модем ЭВМ
Рис. 5.1 Связь терминал-модем и терминал-ЭВМ
Цепь Назначение Направление
V.24(RS232C сигнальная земля к модему к терминалу
102 (AB)
103 (BA) данные на передачу /
104 (BB) данные по приему /
105 (CA) запрос на передачу /
106 (CB) готов к передаче /
107 (CC) модем готов /
108/1 подсоединить модем
или к линии /
108/2 (CD) терминал готов /
109 (CF) детектор приема /
линейного сигнала
(т.е. несущей)
Табл. 5/1 Основные цепи обмена V.24
Одна цепь обмена обеспечивает одну функцию. Вообще существует
более 40 цепей обмена, что впечатляет на первый взгляд, но ведь
V.24 это интерфейс общего назначения и он охватывает широкий
диапазон приложений модемов, и не один отдельно взятый модем
не будет использовать все цепи обмена.
Фактически существует 2 набора цепей обмена: серии 100 для
передачи данных, синхронизации, управления и серии 200 для авто-
матического вызова. ДЛя цепей серии 100 существует набор из 8-ми
основных цепей, которые как правило используются во всех приложе-
ниях, они приведены в табл.5/1.
Работу всех этих цепей можно наглядно представить, проследив
последовательность событий при передаче данных по телефонной се-
ти. Это упрощенное описание дает возможность понять в общем про-
цедуру; детальное же описание каждой цепи обмена будет дано поз-
же.
Итак, когда необходимо сделать соединение для передачи данных
через PSTN, первым шагом должен быть набор номера, который, пред-
положим, мы сделаем в ручную. Когда на вызов ответят и появится
канал связи между двумя сторонами, телефонная линия должна быть
переключена с телефонов на терминалы (через модемы). Это делается
модемом, как только терминал переведет цепь 108 в положение ON.
(Существует две цепи (108/1) - Connect duta set to Line - подсое-
динить модем к линии и (108/2) - DTR - Data Terminal Ready - тер-
минал готов, небольшая разница в работе которых будет описана да-
лее).
Когда модем подсоединиться к линии, он информирует терминал
об этом переводом в ON цепи 107(CC) - Data Set Ready - DSR - мо-
дем готов. Если удлиненный модем уже подсоединился к линии и пе-
редает, то местный модем переведет в ON детектор несущей - цепь
109(CF), чтобы показать, что он обнаружил несущую. Любые данные
по приему будут пересылаться на терминал по цепи 104(BB) - дан-
ные по приему. Рис.5.2 показывает последовательность событий.
Если терминал хочет передовать, он поставит в ON цепь 105(CA)
- запрос на передачу. Когда модем готов взять данные для переда-
чи, он ответит переводом в ON цепи 106(CB) - готов к передаче.
Затем терминал передает данные по цепи 103(BA) - данные на пере-
дачу. До сих пор мы не упомянули только одну цепь - 102(AB) -
сигнальная земля. Эта цепь используется, как общий проводник для
всех цепей (несимметричная схема).
Для более высокоскоростных интерфейсов, по сравнению с V.24
( у которого формально скорость передачи ограничивается 19 200
Бит/сек), используют два проводника на каждую цепь (симметрич-
ная схема), что повышает предел скорости.
ГЛАВНЫЕ ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕПЬ 109 (CF) - ДЕТЕКТОР ПРИЕМА СИГНАЛА С ЛИНИИ
(т.е.несущей) ОТ МОДЕМА К ТЕРМИНАЛУ
Цепь детектора несущей 109(CF) переходит в состояние ON моде-
мом для индикации терминалу, что сигнал несущей, отвечающий необ-
ходимыми критериями по уровню, продолжительности и т.д., получен
с линии связи. Существует задержка между получением модемом несу-
щей и переводом детектора несущей в состояние ON, которая ис-
пользуется для синхронизации модема. Эта задержка составляет по
крайней мере 5-20 Мсек. Более длительные задержки необходимы,
когда в модеме есть автоматический эквалайзер. Это показано в
табл. 5/2.
Когда используют автоматический вызов и ответ только задержки
на установление связи может составлять 300 - 700 Мсек.
Задержка в миллисекундах
Модем PSTN Арендованная линия
4800 Бит/сек, V.27bis - 50 или 708 (см.
прим.1)
V.27ter 708 на уста-
новление вы- -
зова(прим.2)
9600 Бит/сек, V.29 - около 253 при вступ-
лении в связь, впос-
ледствии 5-15, если
используют режим с
постоянной несущей
Примечание 1. На каналах низкого качества может потребоваться
более длительная задержка.
Примечание 2. Это время должно быть увеличено на 215 Мсек,
если модем передает не модулированную несущую
перед последовательностью трейнинга, с целью
защиты от разговорного эха.
Табл. 5/2 Время включения цепи 109 (CF) -
Детектор несущей
Обычно на цепи 109 (CF) ставят задержку выключения 5-15 мсек.
Стандартный модем V.21 использует более длительную задержку вык-
лючения детектора несущей 20-80 мсек.
Цепь 122 (SCF) является цепью обмена о детекторе несущей
низкоскоростного обратного канала. Когда используют обратный ка-
нал с техникой модуляции FSK, согласно рекомендации V.23, задерж-
ки составляют:
на включение - < 80 мсек
на выключение - 15 - 80 мсек.
ЦЕПЬ 105 (CA) - RTS - ЗАПРОС НА ПЕРЕДАЧУ
(Request to Send) от терминала к модему
ЦЕПЬ 106 (CB) - CTS - ГОТОВ К ПЕРЕДАЧЕ
(Clear to Send) от модема к терминалу
Терминал переводит цепь 105 (CA) - RTS - запрос на передачу, в
положение ON, когда он желает передавать данные. Если модем нахо-
дится в режиме постоянной передачи несущей, это вызовет передачу
сигнала несущей. Передача данных может начаться, как только модем
переведет в состояние ON цепь 106 (CB) - готов к передаче. Этот
ответ может иметь заранее установленную задержку, что определя-
ется модемом.
Вообще модемы обычно обеспечивают набор различных задержек:
использование каждой зависит от приложения и конфигурации сети
передачи данных.
Для минимальной задержки нужно использовать режим с постоянной
передачей несущей. Если модем передает несущую постоянно, нет
необходимости ресинхронизации модема каждый раз при смене нап-
равления передачи данных. Однако, режим постоянной передачи несу-
щей возможен только при работе в полном дуплексе.
Когда же несущая включается и выключается под управлением
сигнала RTS, задержка перед переходом CTS в ON должна быть дос-
таточной для того, чтобы приемный модем вошел в синхронизм, и
если необходимо, был настроен эквалайзер. Эта задержка уже обсуж-
далась в связи с цепью 109 (CF) - детектор несущей. В многоточеч-
ных цепях принято то, что центральный модем работает в режиме с
постоянной несущей, а удаленные модемы в режиме управляемой не-
сущей.
При работе полудуплексом по 2-х проводной линии, необходима
задержка смены направления передачи около 200 мсек, нужная для
того, чтобы линия установилась и замерло эхо. (Для избежания
этой задержки, которая представляет потерянное время, многие
приложения используют 4-х проводные цепи с полным дуплексом,
хотя сам поток данных представляет собой обычный полудуплекс).
Модемы V.22 bis позволяют работать полным дуплексом по 2-х
проводным сетям PSTN со скоростью 2400 Бит/сек.
При соединениях через PSTN, когда используют автоматический
вызов и прием, смена направления может составлять несколько се-
кунд при первом установлении соединения.
Не существует задержек между переходом RTS к OFF и соответст-
вующим переходом сигнала CTS к OFF.
Когда используют низкоскоростной обратный канал, цепь 120(SCA)
и 121(SCB) играют роль сигналов RTS и CTS для обратного канала.
Задержка между выставлением терминалом сигнала RTC в ON (цепь
120-SCA) и ответом модема по цепи CTS (цепь 121-SCB) в состояние
ON, составляет 80-160 мсек в соответствии с рекомендацией V.23.
ИНДИКАТОР ВЫЗОВА (ЗВОНКА) - ЦЕПЬ 125 (CE)
от модема к терминалу
Эта цепь используется для автоматического ответа и она пере-
водит терминал к приему входящего вызова. Цепь работает в соот-
ветствии с током звонка, переходя в положение "ON" на время звон-
ка. На рис.5.3 представлен сигнал звонка, принятый в Великобрита-
нии.
Цепь 125 независима от других цепей обмена и она продолжает
быть работоспособной даже при переводе модема в режим теста.
ЦЕПЬ 108/1 - CDSTL - ПОДСОЕДИНИТЬ МОДЕМ К ЛИНИИ
от терминала к модему
Эта цепь дает терминалу прямое управление над подключением мо-
дема к телефонной линии, для соединений, устанавливаемых через
коммутируемую сеть PSTN. Набор номера идет при положении цепи
108/1 "OFF", когда происходит ответ на вызов терминал переводит
эту цепь в положение "ON" и отсоединяет от линии телефон присое-
диняя к ней модем. Эта цепь является альтернативной для цепи
108/2 - DTR. Какую бы из цепей (108/1/2) вы не использовали, мо-
дем всегда отвечает по цепи 107(CC) - модем готов - DSR (Data
Set Ready).
ЦЕПЬ 108/2 (CD) - DTR - ТЕРМИНАЛ ГОТОВ
от терминала к модему
Эта цепь дает терминалу косвенное управление над подключением
модема к линии; она показывает модему, что терминал готов к тому,
чтобы модем переключился на линию связи (вместо телефона). Само
же переключение производится другими средствами, например, какой
-то кнопкой на телефоне для случая организации вызова и ответа
вручную.
Цепь DTR является альтернативой для цепи CDSTL (108/1), и она
используется, когда модем имеет возможности для автоматического
ответа. Если терминал готов к приему данных, он удерживает сигнал
DTR в положении ON, и когда будет получен вызов и цепь индикатора
вызова - 125 перейдет в ON, модем автоматически подключится к
линии связи. Это произойдет в конце первого цикла тона звонка и
индикация на терминал пойдет за счет перевода цепи 107 (Модем
готов - DSR) в положение "ON". Сигнал DTR нельзя постоянно зафик-
сировать в положении "ON", так как терминал должен управлять им
для целей окончания вызовов через коммутируемую сеть PSTN.
ЦЕПИ ДАННЫХ
ЦЕПЬ 103 (BA) - ДАННЫЕ НА ПЕРЕДАЧУ
от терминала к модему
Это цепь обмена через которую терминал передает свои данные.
Модем будет только тогда принимать данные, передаваемые через эту
цепь, если четыре цепи обмена будут в состоянии "ON"- RTS (105),
CTS (106), DSR (107) и CDSTL (108/1) либо DTR (108/2); это состо-
яние является результатом процедуры взаимообмена представленной
на рис.5.4.
Если цепь CDSTL/DTR или RTS не использованы в каком либо осо-
бом приложении, необходимо поставить в модеме перемычки, чтобы
он видел их в состоянии "ON".
Передача данных продолжается до тех пор, пока одна из этих
цепей не уйдет в состояние "OFF". Обычно терминал переключается
в "OFF" либо RTS для подтверждения того, что он окончил передачу
и готов к приему, либо CDSTL/DTR, как подтверждение конца вызова.
Когда данных к передаче нет, терминал обычно удерживает логи-
ческую 1 на цепи передачи данных; тоже состояние может быть ис-
пользовано для заполнения пробелов между знаками в ходе передачи
(idle mark - "знак покоя").
ЦЕПЬ 104 (BB) - ДАННЫЕ ПО ПРИЕМУ
ОТ МОДЕМА К ТЕРМИНАЛУ
Это цепь обмена через которую терминал принимает данные. Дан-
ная цепь должна быть избавлена от нежелательных сигналов эха,
сигналов при коммутации и прочих видов шума на линии связи и для
защиты терминала от этих спародических сигналов. Модем может зак-
рывать эту цепь логической 1 в любое время, когда цепь детектора
несущей (109-CF) находится в состоянии "OFF".
Цепь 104(BB) может быть также заперта на банарную 1 в полу-
дуплексном режиме работы, в любое время когда терминал передает,
т.е., когда RTS прибывает в "ON". Это защищает от отражения назад
к терминалу сигналов передачи. Снятие этого сигнала запрета может
быть задержано вплоть до 175 Мсек после перехода RTS в OFF, для
завершения передачи и защиты терминала от ложных сигналов, напри-
мер, последовательности синхронизации (так как идет смена
направления передачи).
ЦЕПИ СИНХРОНИЗАЦИИ
При синхронной работе данные для передачи с терминала поступают
в модем синхронно с постоянной скоростью. Источник синхроимпуль-
сов, который обеспечивает это, может находится в модеме или мо-
жет быть вне модема, в терминале. Модулированная волна, переда-
ваемая модемом, содержит синхроинформацию, что позволяет
удаленному модему синхронизировать по выходу информацию для сво-
его терминала с той же самой постоянной скоростью.
В стыке V.24 существуют четыре цепи обмена, которые переносят
синхросигналы между модемом и терминалом.
Цепь 113 (DA) - Синхронизация элементов сигнала на передачу
- источник оборудования DTE (к модему, синхро-
генератор в терминале).
Цепь 114 (DB) - Синхронизация элементов сигнала на передачу -
- источник оборудование DCE (к терминалу,
синхрогенератор в модеме).
Эти две цепи используются для синхронизации данных, посылаемых в
модем по цепи данных на передачу (103 - BA). Работает либо синх-
ронизация от терминала (цепь 113 - DA), либо от модема (цепь 114
- DB), но не вместе. Обычно данные передаются в модем под управ-
лением синхрогенератора модема, используя цепь синхронизации 114.
Внешняя синхронизация на передачу используется в приложениях по-
добных изображенному на рис.5.5, где модемы соединены друг к
другу и синхронизацию обеспечивает один источник.
Цепь 115 (DD) - Синхронизация элементов сигнала на приеме -
- источник оборудование DCE (к терминалу,
синхрогенератор в модеме).
Цепь 128 - Синхронизация элементов сигнала на приеме -
- источник оборудование DTE ( к модему,
синхрогенератор в терминале).
Эти две цепи используются для сихронизации данных на приеме (цепь
104 - BB). Синхросигнал на цепи 115 говорит терминалу, когда
стробировать (брать отсчет) принятого сигнала на цепи 104. Эта
синхроинформация выделяется из входного модулированного сигнала и
поэтому синхронизированна с генератора на передаче.(Рис.5.6).
Цепь 128 редко используется. Она позволяет терминалу синхрони-
зовать приемные данные на цепи 104 по своему собственному време-
ни. Эта цепь может быть использована в сочетании с синхронным мо-
демом, который имеет возможность перехода в дежурный асинхронный
режим.
На цепях синхронизации моменты перехода из "ON" в "OFF" номиналь-
но совпадают с центрами битов данных на цепях передачи или приема
и моменты перехода из "OFF" в "ON" с переходами в сигнале данных.
(Рис.5.7).
Синхронизация от генератора модема нормально обеспечивается на
терминал с момента включения модема, хотя эти сигналы могут сни-
маться на короткое время в ходе тестирования модема. Синхроим-
пулься по приему на цепи 115 не появляются, пока цепь детектора
несущей 109 находится в состоянии OFF.
ДРУГИЕ ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕПЬ 110 (CG) - ДЕТЕКТОР КАЧЕСТВА СИГНАЛА ДАННЫХ
от модема к терминалу
Широко не исползуется. Эта цепь предназначена для индикации
терминалу, поэтому возможно данные по приему несут ошибку.
Современные модемы обеспечивают загорание индикатора, который вы-
полняет те же функции. Состояние цепи "ON" соответствует хорошим
данным.
ЦЕПЬ 111 (CH) - СЕЛЕКТОР ВЫБОРА СКОРОСТИ СИГНАЛИЗАЦИИ DTE
от терминала к модему
Эту цепь используют в модемах с двойным стандартом скорости,
например, для модема V.27 ter - 4800/2400 Бит/сек. Цепь 111 (CH)
позволяет терминалу выбрать необходимую скорость; состояние "ON"
выбирает верхнюю скорость в пределах ряда скоростей, а состояние
OFF - нижнюю.
ЦЕПЬ 112 (CI) - СЕЛЕКТОР ВЫБОРА СКОРОСТИ СИГНАЛИЗАЦИИ DCE
от модема к терминалу
Это редко включаемая цепь используется для выбора одной из
двух скоростей сигнализации данных в ряду скоростей терминала для
совпадения с той, которую использует модем. Состояние "ON", выби-
рает верхнюю скорость из ряда, состояние "OFF" - нижнюю.
ЦЕПЬ 116 - ВЫБОР ДЕЖУРНОГО РЕЖИМА
от терминала к модему
ЦЕПЬ 117 - ИНДИКАТОР ДЕЖУРНОГО РЕЖИМА
от модема к терминалу
Цепь 116 позволяет терминалу произвести выбор дежурных возмож-
ностей, таких как более низкая скорость передачи или альтернатив-
ная линия связи. Для примера, некоторые модемы работают на ско-
рости 2400 Бит/сек по арендованным линиям и предлагают снижение
скорости до 1200/600 Бит/сек при работе через PSTN. Цепь 116
используется для выбора нормального или дежурного режима работы
и для последнего цепь 111 будет использована для определения ра-
ботать на 600 или 1200 Бит/сек.
Цепь 117 показывает терминалу, какой режим работы был выбран -
дежурный или нормальный. Для обеих цепей состояние "ON" использу-
ется для дежурного режима и "OFF" для нормального режима работы.
ЦЕПЬ 126 - ВЫБОР ЧАСТОТЫ ПЕРЕДАЧИ
от терминала к модему
ЦЕПЬ 127 - ВЫБОР ЧАСТОТЫ ПРИЕМА
от терминала к модему
Эти цепи разработаны под стандартный 200/300 бодный модем
V.21, который использует различные частоты передачи для двух нап-
равлений передачи. Однако, обычно на сети PSTN выбор частот про-
изводится автоматически модемом, в зависимомти от того вызывающий
или вызываемый данный модем и эти цепи не требуются. Для некото-
рых многоточечных приложений может быть необходимо управление
частотой модема терминалом, но обычно цепь 126 используют для уп-
равления, как частотой передачи так и приема, а цепь 127 не ис-
пользуют. Для обеих цепей состояние "ON" соответствует верхней,
а состояние "OFF" нижней частоте.
ЦЕПИ ВТОРИЧНОГО ОБРАТНОГО КАНАЛА
Низкоскоростной обратный канал, работающий на 75 Бит/сек (или
вплоть до 150 Бит/сек в некоторых модемах), имеет полный набор
цепей данных и управления, совпадающий с соответствующим набором
для основного прямого канала, как это показано в табл.5/2. Обрат-
ный канал испоьлзует асинхронную частотную модуляцию и поэтому
нет необходимости в цепях синхронизации.
Цепь Назначение Направление Эквивалент
V.24(RS 232) к к основного
модему терминалу канала
118 (SBA) Данные на / 103 (BA)
передачу по
обратному
каналу
119 (SBB) Данные на / 104 (BB)
прием по
обратному
каналу
120 (SCA) Запрос на / 105 (CA)
121 (SCB) Обратный / 106 (CB)
канал
готов
122 (SCF) Детектор / 109 (CF)
несущей
обратного
канала
123 Детектор / 110 (CC)
качества
сигнала
обртного
канала
Табл. 5/2 Цепи обмена обратного канала
ЦЕПИ ОБМЕНА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ МОДЕМА И НАХОЖДЕНИЯ
НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Тест по петле, при котором передаваемые данные заворачиваются
назад так, что они появляются на тракте приема, является эффек-
тивным средством нахождения неисправности. На простом соединении
точка в точку существует 4 точки, в которых удобно организовать
петлю. Они показаны на рис.5.8.
Петля 1 проверяет терминал, петля 3 местный модем, петля 2
удаленный модем. Эти петли можно организовать либо переключениями
на модеме, либо по цепи обмена терминал-модем. Петля 4, которая
возможна только на 4-х проводных цепях, используется, как прави-
ло, администрацией связи.
Цепи V.24 обеспечивают:
- от терминала к модему:
140 - цепь удаленной петли (активизирует петлю 2, рис.5.8);
141 - цепь местной петли (активизирует петлю 3, рис.5.8).
- от модема к терминалу:
142 - цепь индикатора теста (Модем переводит эту цепь в состояние
"ON" в ответ на команду организации петли от терминала по цепи
140 или 141. Цепь 142 также переходит в "ON", когда модем тести-
руется из удаленной точки. При состоянии "ON" на цепи 142 пере-
дача данных не возможна).
Так как сети передачи данных становятся все более сложными,
растет важность адекватных возможностей по тестированию и контро-
лю. Многие производители модемов теперь предлагают централизован-
ное оборудование управления сетью, которое способно связываться
со всеми модемами сети. С таким оборудованием становится возмож-
ным обеспечивать состояние цепей интерфейса V.24 на каждом моде-
ме, производит тесты по петле, включать резервные модемы,
переходить на резервные каналы, менять скорость передачи данных
- и все это удаленно.
Связь может осуществлятся через вторичные (или обратные) кана-
лы модемов или через отдельные соединения по коммутируемой сети
и таким образом управление идет в ходе передачи данных по основ-
ному каналу.
ЦЕПИ СЕРИИ 200 ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫЗОВА
В данной главе мы дадим лишь короткую информацию о факте су-
ществования подобных цепей, так как современные модемы способны
организовать автоматический вызов без специального дополнитель-
ного оборудования, которое и задействует цепи серии 200. Еще раз
подчеркнем, что сейчас, как правило, модемы используют без спе-
циального дополнительного оборудования для организации автомати-
ческого вызова и приема. Узел автоматического вызова позволяет
организовывать вызовы через PSTN без ручного набора. Этот узел
устанавливают между терминалом и модемом, как это показано на
рис.5.9.
Терминал выдает цифры для набора на узел автоматического вызо-
ва и узел преобразует их в импульсы набора (или многочастотный
ток, если этого требует АТС). Передав все цифры, узел заставляет
модем передавать сигнал вызова в линию, чтобы показать, что вызов
производится автоматически. Вызывной сигнал состоит из коротких
импульсов с заполнением 1300 Гц или передачи бинарных "1", повто-
ряемых каждые полторы-две секунды.
Узел автоматического вызова пытается обнаружить ток ответа -
2100 Гц, после чего он и подсоединит терминал к линии. Если такой
ток не получен в заданный интервал времени, узел извещает терми-
нал, что вызов не принят.
Цепи серии 200 предполагают наличие 12 цепей обмена, четыре
для данных, семь для управления и индикации плюс общая земля.
Процедура работы подобного узла основывается на рекомендации
CCITT V.25.
ГЛАВА 6
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕРФЕЙСА V.24
Сигнализация в интерфейсе V.24 производится при помощи различ-
ных уровней напряжения на цепях обмена. Положительное напряжение
представлено "0" и состоянием "ON", а негативное напряжение "1" и
состоянием "OFF". Величина напряжения варьируется (в определен-
ных пределах), но общепринято ё 12 Вольт.
Полная электрическая спецификация для традиционного интерфейса
V.24 дана в рекомендации CCITT V.24, которая практически иден-
тична электрической спецификации содержащейся в RS 232C. Эти два
стандарта применимы при скоростях до 20 КБит/сек, а для работы
выше этой скорости единственным стандартом CCITT была рекоменда-
ция V.35, которая относилась к модемам 48 КБит/сек. Сейчас однако
появились новые стандарты на электрические характеристики интер-
фейса для работы на скоростях выше 20 КБит/сек, это V.10/X.26/
RS423 и V.11/X.27/RS422 и они подходят для работы на скоростях
вплоть до 100 КБит/сек и 10 МБит/сек соответственно. (Напомним,
что в рекомендациях CCITT буквой "V" обозначают стандарты для
работы терминалов через модемы и буквой "X" для работы терминалов
непосредственно в сеть передачи данных).
Эти два стандарта только начинают внедряться, но в перспекти-
ве ожидается, что они заменят сушествующие. Ниже обсуждаются ста-
рые и новые стандарты.
РЕКОМЕНДАЦИЯ CCITT V.28 И СТАНДАРТ RS 232 C
Рекомендация V.28 называется: "Электрические характеристики
для несбалансированных цепей обмена двойного тока". Она идентична
соответствующим частям RS232C, с одним малым исключением, которое
обсуждается ниже.
Начнем с определений: цепь обмена имеет два провода для тока -
общий и сигнальный; цепь двойного тока - это цепь, где ток может
протекать в обоих направлениях в зависимости от полярности прило-
женного напряжения; несбалансированная цепь - это цепь в которой
один из приводов имеет потенциал земли.
Цепь обмена может быть представлена, как генератор напряжения,
подключенный к нагрузке.(Рис.6.1). В случае цепи передачи данных
103, например, генератором будет терминал, а нагрузкой модем.
Линией разграничения между генератором и нагрузкой является
разъем стыка V.24, подсоединенный к модему. Когда цепь разорвана,
напряжение, вырабатываемое генератором не должно превышать 25
Вольт. Когда цепь подсоединена к нагрузке с сопротивлением от
3000 до 7000 Ом, напряжение должно быть в пределах от 5 до 15
Вольт. Емкость нагрузки, включая кабель, не должна превышать
2500 pf. Пороговые напряжения определены в ё3 Вольта (табл.6/1),
что дает запас в 2 Вольта между порогом и минимально разрешенным
напряжением 5 Вольт.
V меньше, чем -3 Вольта V больше, чем +3 Вольта
1 0
OFF ON
Табл. 6/1 Соотношение сигналов в V.28
Область между -3 и +3 Вольтами известна, как область перехода.
Когда цепь переключается в состояние "ON" или "OFF" напряжение
должно быстро проходить эту переходную область, которая показана
на рис.6.2, со скоростью не менее 30 Вольт/микросек для минимиза-
ции перехода. Для цепей данных и синхронизации, время необходимое
для прохода этой области "t" на рис.6.2 записано так:
V.28 t = 1 мсек или 3 от длительности периода бита, или мень-
ше
RS 232 C t = 1 мсек или 4 от длительности периода бита, или
меньше
Время "t" зависит от емкости нагрузки и, таким образом, на
него влияет длина соединительного кабеля. При других равных па-
раметрах, более широкий допуск в RS 232 C допускает использование
более длинной цепи обмена, чем в V.24.
ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ДЛИНЕ
Обычно соединительный кабель модем-терминал имеет емкость на
каждую цепь около 150 пикофарад/метр. Это ограничивает максималь-
ную длину кабеля 16-ю метрами, если не превышать предел в 2500
пикофарад, указанную в стандарте. Фактически же RS 232 C устанав-
ливает максимум длины цепи обмена в 50 футов (15,3 метра). V.28
такого лимита не вводит (хотя в Великобритании Администрация Поч-
ты предлагает при скорости 2400 Бит/сек лимит в 30 метров).
На практике используют гораздо большие длины; вполне возможна
работа при 1200 Бит/сек при длине соединительного кабеля в пол-
мили. Все зависит от внешней среды и типа используемого кабеля, а
также синхронной или асинхронной является передача.
Для больших расстояний требованиями будут:
- электрически "спокойная" среда для минимизации наведенных токов
на соединительный кабель, которые могут влиять на сигналы в ка-
беле;
- низкоемкостный кабель для минимизации искажения импульсов;
- асинхронная передача для избежания переходов от импульсов
синхронизации на соседние цепи.
В некоторых случаях хорошим решением бедет использование ли-
нейных драйверов. Они усиливают сигналы на цепях данных и синх-
ронизации, обычно работают по витым парам и могут значительно
увеличить диапазон длины для интерфейса. Но они же могут вызвать
увеличение риска влияния на другие цепи в кабеле.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕКОМЕНДАЦИИ CCITT V.35
Электрические характеристики в V.35 определены для сбалансиро-
ванных цепей обмена, работающих на 48 КБит/сек. Сбалансированные
цепи имеют более низкую емкость на единицу длины по сравнению с
несбалансированными цепями и поэтому меньше искажаются высоко-
частотные сигналы. Сбалансированная цепь состоит из витой пары
проводов и эти два провода - известные как провод A и B - несут
одинаковый, но разнополярный сигнал. В противоположенность несба-
лансированным цепям не один из проводников не имеет потенциала
земли. Это обеспечивает эффект уничтожения наводок, таким образом
сбалансированная цепь менее чувствительна к внешним наводкам, а
также сама вызвает меньше наводок, чем несбалансированная цепь.
В V.35 используется напряжение 0,55 В ё 20 для цепей обмена с
нагрузкой в 100 Ом. Таблица 6/2 демонстрирует соотношение между
напряжением и бинарным сигналом. В V.35 не оговорен предел рас-
стояния. В Великобритании Администрация Почт рекомендует 60 мет-
ров.
Va - Vb = - 0,55v Va - Vb = + 0,55v
1 0
Табл. 6/2 Соотношение сигналов в рекомендации V.35
НОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Стандарт V.28/RS 232 был разработан во времена использования
дискретных электронных компонентов и поэтому эти электрические
характеристики не соответствуют сегодняшней технологии на основе
микросхем. Ограничение длины в V.28/RS 232 также вызывает проб-
лемы.
Уже ранее упомянутые два новых стандарта улучшены во многих
отношениях, они совместимы с микросхемами, позволяют работать на
значительно большие дистанции и с большими скоростями. Первона-
чально они появились, как рекомендованные стандарты в США в EIA
(Electronic Industries Association - Ассоциация электронной ин-
дустрии), где они известны, как RS 423 и RS 422. Позже они были
приняты CCITT, где они получили наименование рекомендаций V.10
и V.11 соответственно. Кроме того CCITT предполагает также ис-
пользовать эти новые электрические характеристики на интерфейсах
к сетям передачи данных общего пользования и им были присвоены
номера X.26 и X.27. Поэтому:
- рекомендация CCITT V.10 = CCITT X.26 = EIA RS 423
- рекомендация CCITT V.11 = CCITT X.27 = EIA RS 422
Несколько запутало ситуацию то, что EIA также издало стандарт
RS 449, который описывает не электрические аспекты интерфейса
(например разъемы) и обновляет стандарт RS 232 C. Американское
оборудование, которое использует новые электрические характерис-
тики, иногда относят к стандарту RS 449. Для ясности в последую-
щих разделах мы будем обсуждать два стандарта V.10 и V.11.
V.10 разработан для несбалансированных цепей обмена, а V.11
для сбалансированных. Более низкая емкость на единицу длины
сбалансированных цепей обмена означает, что они могут быть ис-
пользованы на большие расстояния и с более высокими скоростями по
сравнению с несбалансированными цепями.
РЕКОМЕНДАЦИЯ CCITT V.10
V.10 работает вплоть до 100 КБит/сек. Рекомендация использует
напряжения между ё3 и ё6 Вольтами или если необходимо ограничен-
ное взаимодействие с V.28, ё4 и ё6 Вольтами. В обоих случаях
пороговое напряжение состовляет только 0,3 Вольта.
Эквивалентная цепь для цепи обмена по V.10 показана на
рис.6.3. Приемник является дифференциальным приемником с двумя
входами; он измеряет напряжение между этими двумя входами, а не
напряжение относительно земли. Для V.10 выбран дифференциальный
усилитель для совместимости с V.11, таким образом сбалансирован-
ные и несбалансированные цепи можно, по необходимости, смешивать
в одном интерфейсе. При несбалансированном использовании, факти-
чески, один из этих входов будет землей и соединенным с общей
цепью возврата. Для каждого направления передачи используется
свой общий привод возврата: цепи 102a и 102b.
Таблица 6/3 показывает соотношение между электрическими и ло-
гическими состояниями.
Va - Vb < -0,3 B Va - Vb > +0,3 B
1 или OFF (mark - 0 или ON (space -
метка) пробел)
Табл. 6/3 Соотношение сигналов V.10
V.10 также определяет другие электрические состояния, которым
должны соответствовать цепи интерфейса.
ФОРМА СИГНАЛА
Бинарный сигнал на цепях обмена является сглаженным для пре-
дотвращения влияния на прилегающие цепи (на концах). Рис.6.4 из
рекомендации V.10 показывает ограничения на крутизну импульса.
КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ
Для каждой цепи обмена возможно использование коаксиального
кабеля вместо обычного многожильного кабеля, однако это потребует
использования генератора со специальными характеристиками.
МНОГОТОЧЕЧНАЯ РАБОТА
Генераторы и приемники V.10 могут быть объединены параллельно
(рис.6.5). Приемники постоянно находятся в положении приема и
нужно обеспечить, чтобы только один генератор работал в любой мо-
мент времени. Стандарт не оговаривает необходимый протокол для
управления переносом данных.
ОГРАНИЧЕНИЕ ПО ДЛИНЕ
На рис.6.6 приведен график, показывающий зависимость длины от
скорости данных, для типового использования V.10.
Полагается, что это формальное ограничение и " в большинстве
практических случаев рабочие расстояния на нижних скоростях сиг-
нализации могут быть увеличены до нескольких километров".
РЕКОМЕНДАЦИЯ CCITT V.11
V.11 работает вплоть до 10 МБит/сек и использует сбалансиро-
ванные цепи обмена. Эквивалентная цепь показана на рис.6.7. Мак-
симум используемого напряжения равен 6 Вольтам и, фактически,
дифференциальный приемник идентичен приемнику V.10. Соотношение
между электрическим и логическим состоянием (табл.6/4) аналогично
V.10.
Va - Vb < -0,3 B Va - Vb > +0,3 B
1 или OFF (метка - 0 или ON (пробел -
mark) space)
Табл. 6/4 Соотношение сигналов V.11
ФОРМА СИГНАЛА
Бинарный сигнал сглаживается для уменьшения переходов на кон-
цах. Рис.6.8 дан для V.11 и показывает ограничения на крутизну
импульса.
МНОГОТОЧЕЧНАЯ РАБОТА
Генераторы и приемники в V.11 могут соединяться в различные
многоточечные конфигурации, такие как кластер (группа), звезда.
Как и для V.10 должны быть предприняты меры, чтобы в любой мо-
мент времени работал только один генератор. Для многоточечной
работы протокол в стандарте не приводится.
ОГРАНИЧЕНИЕ ПО ДЛИНЕ
Граф, показывающий зависимость дистанций от скорости данных,
для типового использования V.11 приведен на рис.6.9, ( как для
нагруженного так и не нагруженного кабеля). Кабель нагружается
путем подсоединения редистора в 100 - 150 Ом на приемнике. Есть
преимущество сделать так при высоких скоростях данных, когда ка-
бель начинает вести себя, как линия передачи, что позволяет сог-
ласовать кабель с приемником и таким образом избежать отражений в
линии.
Так же, как и в случае V.10, рис.6.9 приводит формальные огра-
ничения и"в большинстве практических случаев рабочие расстояния
на нижних скоростях сигнализации могут быть увеличены до нес-
кольких километров".
ВЫБОР МЕЖДУ V.10 и V.11
Только для очень высокоскоростных цепей необходимо использо-
вать электрические характеристики V.11. Ниже приведены цепи дан-
ных, синхронизации и некоторые из цепей управления:
Цепь: 103 Данные для передачи Данные
104 Данные по приему
113 Внешние синхроимпульсы
114 Синхроимпульсы на передачу Синхронизация
115 Синхроимпульсы на прием
105 Запрос на передачу
106 Готов к передаче
107 Модем готов Управление
108 Терминал готов
109 Детектор несущей
Приемники для этих целей называют приемниками 1-ой категории.
Для приемников категории 1 оба входа приемников (точки A и B на
рис.6.7) выведены на разъем интерфейса. Поэтому они могут быть
подсоединены, как к сбалансированному генератору V.11 или путем
заземления одного из входов, к несбалансированному генератору
V.10.
Нормальным считается, что вышеуказанные цепи используют V.11
для работы выше 20 КБит/сек и V.10 для работы вплоть до
20КБит/сек. Как исключение, V.11 может быть использован на низких
скоростях передачи для снижения влияний или для того, чтобы ис-
пользовать более длинный кабель.
Все другие цепи, кроме упомянутых выше, имеют приемники кате-
гории 2 и они всегда отвечают V.10. Один из входов приемников
подсоединен к общей цепи возврата внутри оборудования и они не
доступны на разъеме интерфейса. Указанное правило позволяет пол-
ностью взаимодействовать оборудованию V.10 и V.11. Рис.6.10 дан
в качестве примера, где терминал V.11 соединен с модемом V.10.
Приемники категории 1 в модеме V.10 приспособлены для сбаланси-
рованной работы V.11 и приемники категории 1 в терминале V.11
приспособлены для несбалансированной работы V.10. Таким образом
сигналы на цепях категории 1 соответствуют V.11 в одном направле-
нии и V.10 в другом направлении. Цепи категории 2 в любом случае
соответствуют V.10 и поэтому здесь не возникает проблем.
7 РАЗЪЕМЫ
ИНТЕРФЕЙС V.24 (V.28) и RS 232 C
V.24 использует 25-ти контактный D-образный разъем, как пока-
зано на рис.7.1. Розетка ("мама") устанавливается на модеме;
вилка ("папа") устанавливается на терминале. Хотя назначение кон-
тактов было стандартизовано, все же сами раъемы встречаются не
стандартного вида, из-за установившихся стандартов де-факто
производителей.
НАЗНАЧЕНИЕ КОНТАКТОВ ДЛЯ 25 КОНТАКТНОГО РАЗЪЕМА
Международно-согласованное назначение контактов представлено в
табл.7/1, что соответствует стандарту ISO 2110. Этот международ-
ный стандарт оставляет некоторую свободу по нескольким контактам
для национальных опций, что связано с вариациями использования
некоторых контактов. Возникают также проблемы, связанные с тем,
что RS 232 появился раньше ISO 2110 и не совместим с ним пол-
ностью. Есть рад контактов, которые могут вызвать проблемы и таб-
лица 7/2 показывает различные цепи, которые могут оказаться на
этих контактах.
Цепь V.24 Наименование Номер контакта
RS 232
101 (AA) Экран кабеля 1
102 (AB) Сигнальная земля или
общий возврат 7
103 (BA) Данные для передачи 2
104 (BB) Данные по приему 3
105 (CA) Запрос на передачу 4
106 (CB) Готов к передаче
(свободен для передачи) 5
(CTS)
107 (CC) Модем готов (DSR) 6
108 (CD) Подсоединить модем к
линии/терминал готов 20
(DTR)
109 (CF) Детектор несущей 8
110 (CG) Детектор качества сигнала -
111 (CM) Выбор скорости сигнализации 23
(со стороны DTE)
113 (DA) Синхронизация на передачу 24
(от DTE)
114 (DB) Синхронизация на передачу 15
(от DCE)
115 (DD) Синхронизация по приему
(от DCE) 17
116 Выбор дежурного режима (24)
118 (SBA) Данные на передачу по
вторичному каналу 14
119 (SBB) Данные по приему по 16
вторичному каналу
120 (SCA) Передавай несущую вто-
ричного канала 19
121 (SCB) Вторичный канал готов 13
122 (SCF) Детектор несущей вто- -
ричного канала
125 (CE) Индикатор вызова 22
126 Выбор частоты передачи 11
140 Установить удаленную петлю
для цепей точка в точку 21
141 Местная петля 18
142 Индикатор теста 25
Табл.7/1 Назначение контактов в 25 контактном разъеме
Примечание: модемы для параллельной передачи данных могут ис-
пользовать другое назначение контактов.
Номер ISO 2110 Стандарт VK RS 232 C Прочие
контакта
9 N 113 Тест +12V
10 N 117 Тест -12V
11 (126) (111) - Синхронная
удаленная
петля
15 114 113/114 114
18 141 - - 140
20 108.1 108.1 108.2
108.2 108.2
21 140 - 110
23 111 111 111/112
24 113 116 113
25 142 (117) - 141
где N - для национального использования
Табл. 7/2 Возможные назначения цепей для некоторых контактов
в 25 контактном разъеме
V.24 (V.10/V.11) и RS 449
Использование сбалансированных цепей обмена в V.11 увеличивает
число проводов в соединительном кабеле, так как на каждую цепь
требуется два проводника. Чтобы вместить дополнительные провод-
ники на интерфейсе используют 2 разъема - 37 контактный для ос-
новного канала и соответствующих цепей и 9 контактный для цепей
вторичного канала. Для совместимости теже самые разъемы исполь-
зуют при работе по V.10 несбалансированными цепями. Эти два
разъема из того же самого семейства 25 контактных разъемов и
имеют туже D- образную конфигурацию. (рис.7.2 и 7.3).
37 И 9 КОНТАКТНЫЕ РАЗЪЕМЫ
Назначение контактов этих двух разъемов согласованы междуна-
родно и даны в стандарте ISO 4902. Соответствующий стандарт EIA
RS 449 дает тоже назначение контактов, хотя в RS 449 всем цепям
обмена присвоены новые имена. Тем не менее эти два разъема вызы-
вают меньше недоразумений, чем 25 контактный.
Таблицы 7/3 и 7/4 дают назначение контактов.
Цепь по Назначение цепи Номер контакта
CCITT V.24
102 Сигнальная земля или общий 19
возврат
102a Общий возврат для DTE 37
102b Общий возврат для DCE 20
103 Данные на передачу 4 + 22
104 Данные по приему 6 + 24
105 Запрос на передачу (RTS) 7 + 25
106 Готов к передаче (CTS) 9 + 27
107 Модем готов (DSR) 11 + 29
108 Подсоединить модем к линии/ 12 + 30
терминал готов (DTR)
109 Детектор несущей 13 + 31
110 Детектор качества канала 33*
111 Выбор скорости сигнализации 16
( от DTE)
112 Выбор скорости сигнализации 2*
( от DCE)
113 Синхронизация на передачу 17 + 35
( от DTE)
114 Синхронизация по приему 5 + 23
( от DCE)
115 Синхронизация по приему 8 + 26
( от DCE)
116 Выбор дежурного режима 32*
117 Индикатор дежурного режима 36*
125 Индикатор вызова 15
126 Выбор частоты передачи 16
135 Терминал доступен 28*
136 Новый сигнал 34*
140 Удаленная петля для схем 14
точка в точку
141 Местная петля 10
142 Индикатор теста 18
* - предпочтительное использование при национальных опциях.
Табл. 7/3 Назначение контактов для 37 контактного разъема
V.10/V.11.
Цепь V.24 Назначение цепи Номер контакта
102 Общий возврат/сигнальная 5
земля
102a Общий возврат DTE 9
102b Общий возврат DCE 6
118 Данные для передачи по 3
вторичному каналу
119 Данные по приему для 4
вторичного канала
120 Передавать несущую 7
вторичного канала
121 Вторичный канал готов 8
122 Детектор несущей вторичного 2
канала
- Экран кабеля 1
Табл. 7/4 Назначение контактов 9-ти контактного разъема
V.10/V.11.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ СТАРЫМ (V.28/RS232) И НОВЫМ
СТАНДАРТОМ (V.10/RS449)
Проблемы взаимодействия разделяются на два класса - электри-
ческие и механические.
Электрические: существует частичное перекрытие в электричес-
ких характеристиках V.28 и V.10 в области между 5 и 6 Вольтами и,
на практике, оборудование V.28 скорее всего будет себя удовлетво-
рять при напряжении всего в 4 Вольта. Это позволяет согласовывать
старое и новое оборудование. Но необходимо помнить:
- длина соединительного кабеля и максимальная скорость должны
соответствовать пределам V.28 ( 15 метров и 20 КБит/сек);
- новое оборудование должно использовать цепи обмена по V.10;
- новое оборудование может быть сконструировано на предел напря-
жения в 12 Вольт, тогда как оборудование V.28 может выдавать 25
Вольт. Пара резисторов вдоль каждой цепи обмена обеспечит необхо-
димую защиту для оборудования V.10. Для снижения переходов на
ближнем конце, их следует помещять в пределах 3-х метров от при-
емников V.10. В приложении 2 дана диаграмма соединения.
Механические: несовместимость разъемов может быть преодолена с
помощью простого переходного кабеля или адаптора.
ИНТЕРФЕЙС V.35
Разъем, определенный для V.35 48 КБит/сек сбаланстрованного
интерфейса, является 34 контактным квадратным разъемом, как по-
казано на рис.7.4. Назначение контактов дано в таблице 7/6 в
сстветствии со стандартом ISO 2593.
Цепь по Наименование Наименование по ISO
CCITT
101 - A
102 Общий возврат или сиг- B
нальная земля
103 Данные на передачу P и C
104 Данные по приему R и T
105 Запрос на передачу C
106 Готов к передаче (CTS) D
107 Модем готов E
108 Подсоединить модем к линии H
связи/терминал готов (DTR)
109 Детектор несущей F
113 Синхронизация на передачу U и W
(внешняя)
114 Синхронизация на передачу Y и AA
115 Синхронизация по приему V и X
125 Индикатор вызова J
- Управление синхронизацией HH
передачи
Табл. 7/5 Назначение контактов в 34 контактном разъеме
Рис. 7/4 Контакты на 34 контактном разъеме
8 ВАРИАНТЫ МОДЕМОВ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ШИРОКОПОЛОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ МОДЕМЫ (BASE BAND MODEM)
Широкополостные цифровые модемы не модулируют и не демодули-
руют сигнал несущей, как это делают настоящие модемы. Они просто
берут сигналы бинарных данных и передают их в линию в модифициро-
ванном виде, как цифровой широкополостный сигнал (широкополостным
назовем сигнал, имеющий частотные компоненты вплоть до постоян-
ного тока). Модификация касается формы импульса - сглаживаются
прямоугольные импульсы для снижения высокочастотных компонент,
плюс скремблирование сигнала, что дает широкополостному сигналу
удовлетворительный частотный спектр, независимый от потока бинар-
ных данных ( ведь могут попадаться длинные последовательности од-
них "0" или "1").
Широкополостные цифровые модемы требуют использования физичес-
кой пары проводов для передачи, так как широкополостный сигнал
содержит частоты за пределами нормального спектра 300 - 3400 Гц.
Поэтому они пригодны только для достаточно коротких расстояний,
где имеется физическая, непупинизированная пара проводов.
Одним примечательным приложением широкополостной цифровой пе-
редачи являются широкополостные аналоговые линии 48 КБит/сек, для
которых до рабочего места пользователя прокладываются линии из
специального кабеля способного переносить высокочастотные компо-
ненты сигнала. Короткие линии точка в точку прокладываются на
прямую и широкополостные цифровые модемы используются на каждом
конце линии. Длинные линии точка в точку образуют по каналам ана-
логовых систем уплотнения FDM, способных переносить сигнал в
48 КБит/сек (12 канальная группа). В этой ситуации широкополост-
ная цифровая передача используется на двух концах цепи между ра-
бочим местом пользователя и модемом групповой полосы расположен-
ным на сетевом узле (рис.8.1)
АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СВЯЗИ (СЦЕПЩИК)
(ACOUSTIK COUPLER)
В основе акустический сцепщик - это модем, оснащенный акусти-
ческими преобразователями (телефон и микрофон) и поэтому он может
быть соединен с трубкой телефонного аппарата, а не телефонной ли-
нией. Его используют при низких скоростях передачи и стандартным
видом модуляции является частотная (FSK).
Акустический сцепщик оснащают нормальным интерфейсом V.24 для
терминала. Он принимает данные от терминала и конвертирует их в
аудиотоны высокой и низкой частоты, которые подаются на микрофон
телефонного аппарата. В направлении приема акустический сцепщик
преобразует аудиотоны от телефона в бинарные сигналы данных для
передачи на терминал. Телефонные терминалы могут иметь встроенные
акустические сцепщики.
Большим преимуществом этого прибора является то, что он
позволяет использовать терминал везде, где есть обычный телефон.
Нет необходимости в организации проводки или каких-то модерниза-
циях. Он работает хуже по качеству, чем обычный модем - слишком
большой поток ошибок - но для многих пользователей это не явля-
ется серьезной проблемой (например в РС можно использовать связ-
ной пакет с защитой от ошибок).
Акустические сцепщики должны иметь одобрение использования от
администрации связи, которая проверяет не влияет ли он на других
пользователей и на работу устройств связи. Эти устройства не ис-
пользуют со стационарными терминалами.
МОДЕМЫ ДЛЯ ОГРАНИЧЕННЫХ ДИСТАНЦИЙ
(LIMITED DISTANCE MODEM)
Модемы стандартизованные CCITT разработаны для международного
и межконтинентального использования. Для более коротких дистанций
можно достичь эквивалентных результатов, используя менее изощ-
ренную технику модуляции/демодуляции, дешевые эквалайзеры. Сейчас
существует достаточное число дешевых, ограниченных в работе по
дистанции модемов. Обычно такие модемы можно использовать при
скоростях до 4800 Бит/сек и расстояниях в 50 миль. Но обратите
внимание, что эти так называемые модемы с ограниченной дистанцией
(limited distance или, как их еще называют short - hand - корот-
кая перевозка) являются настоящими модемами, а вот многие широко-
полосные цифровые модемы могут быть использованы только при на-
личии физической непупинизированной пары, что ограничивает их об-
ласть применения.
ЗАМЕНИТЕЛИ МОДЕМОВ (MODEM ELIMINATORS)
Заменители модемов используют для организации передач внутри
здания на расстояние до мили или около того, где использование
полного модема не оправдано. Заменитель модема представляет из
себя линейный драйвер/приемник, который имитирует модем и обеспе-
чивает те же цепи V.24, что и настоящий модем. Линейный драйвер
просто усиливает или регенирирует сигналы на интерфейсе для пере-
дачи по витой паре или коаксиальному кабелю.
УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ МОДЕМА (MODEM - SHARING UNIT)
Устройство разделения модема (используют также термин fan-ont
- рзвернуть веером), позволяет нескольким терминалам использовать
один модем. Все терминалы получают данные от модема одновременно,
но только один терминал может передавать в любое данное время. В
этом отличие этого устройства от модема с мультиплекцией, который
обеспечивает индивидуальные каналы для каждого терминала, подк-
люченного к нему.
Устройство разделения модема выгодно экономически, когда нес-
колько сгрупированных терминалов нуждаются в доступе к одной ин-
формации и где каждый терминал генерирует небольшой трафик. Эти
устройства также можно использовать на компьютерном центре для
подключения более чем одного корта компьютера в линию связи, что
может быть полезно для резервирования.
АНАЛОГОВЫЕ МОДЕМЫ
Инструментальные системы генерируют аналоговые сигналы, кото-
рые могут лежать в определенной области значений. Передача ана-
логовых данных требует модема, который может транспортировать по-
добный постоянно варьирующийся сигнал, в отличие от простого
двустабильного сигнала в цифровой передаче данных.
CCITT стандартизировал один аналоговый модем для использования
в медицинских приложениях (например, снятие кардиограммы, реко-
мендация V.16). Он использует частотную модуляцию, частота пере-
даваемой несущей линейно зависима от приложенного напряжения.
Используемый диапазон напряжений - от -2,5 до +2,5 Вольт. Полоса
аналогового сигнала может составлять 100Гц. Модем может быть ис-
пользован и для передачи цифровых данных, тогда система модуляции
просто превращается в FSK и образует три независимых канала на
частотах 950, 1400 и 2100 Гц, плюс обратный канал на скорость
200 Бод.
МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И КОНЦЕНТРАТОРЫ
Мультиплексоры и концентраторы позволяют переносить ряд каналов
данных по одной высокоскоростной линии данных. Оба устройства
дают экономию в цене на линию связи, позволяя использовать одну
линию взамен нескольких.
Традиционно концентраторы используют механизм споров, в то
время как мультиплексоры нет, но это разграничение стирается,
так как мультиплексоры становятся все более интеллигентным обору-
дованием. Концентраторы делают программируемыми (обычно они стро-
ятся на микропроцессорах) и они поэтому могут снижать нагрузку на
основное оборудование в компьютерной сети, беря на себя задачи
полинга, конвертации протоколов или удаленной реконфигурации сис-
темы.
ТЕСТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕСТЕР ИНТЕРФЕЙСА
Тестер интерфейса это портативное устройство для слежения за
состоянием стыка V.24. Его включают между терминалом имодемом и
он сигнализирует посредством светодиодов о статусе цепей обмена.
Есть возможности для перемыкания цепей или для включения на от-
дельных цепях состояний ON или OFF.
ТЕСТОВОЕ УСТРОЙСТВО (TEST SET)
Тестовое устройство измеряет скорость по битам и используется
для тестирования и приемки цепей передачи данных. Обычно цепь для
тестирования замыкают в петлю на удаленном модеме, а тестовое ус-
тройство включают на ближайшем модеме. Тестер передает псевдослу-
чайную последовательность из 115 или 2047 Бит на выбранной ско-
рости передачи, измеряется скорость ошибок по Битам и искажения
не приемной последовательности Бит.
ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ
Измеритель мощности измеряет мощность аналогового сигнала. Он
позволяет замерить затухание цепи и особенно полезен при постро-
ении многоточечной схемы. Он также позволяет замерить уровень
сигнала на передачу и прием с линейной стороны модема.
АНАЛИЗАТОР ЛИНИИ ДАННЫХ
Анализатор линии данных является мощным устройством (но до-
рогим) для проведения поиска неисправностей. Это очень гибкие
построенные на основе процессора тесторы, которые позволяют
проводить линейный мониторинг в протоколе передачи данных.
Многие устройства дают возможность записи цифровых данных, что
позволяет потом просматривать полученные последовательности сиг-
налов.
Анализаторы имеют дисплей для отображения событий в линии
связи и клавиатуру, через которую оператор может вводить различ-
ные тестовые сигналы. Устройства позволяют работать с целым рядом
кодов и протоколов, а также могут эмулировать терминалы или
компьютеры в сетях с полингом.
ДРУГОЕ ТЕСТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Псофометры (для измерения белого шума), счетчики импульсов,
устройства измерения групповой задержки - все это также относится
к тестовому оборудованию, но ни один из перечисленных приборов не
является таким же необходимым оборудованием, как перечисленные
выше. Кстати, не забывайте еще об одном устройстве - паре науш-
ников.
9 СЕТИ ДАННЫХ
Разработка сетей передачи данных не является темой, которую
можно раскрыть в заключительной главе этой книги. Факторов влияю-
щих на выбор арендованных линий связи или каналов PSTN, узлов
разделения модемов или мультиплексоров, многоточечных или двухто-
чечных схем построения слишком много и они достаточно многогран-
ны, чтобы все их описать здесь. Но необходимо отметить, что внед-
рение общественных сетей передачи данных может освободить пользо-
вателя от принятия многих трудных решений в этой области. Вместо
разработки оптимальной топологии для выделенной, частной сети,
планированию мест установки мультиплексоров и концентраторов,
лицо, ответственное за планирование сети, может просто подсоеди-
нить все терминалы и хост машины к общественной сети.
Расширение или реконфигурация сети пользователей для удовлет-
ворения растущих потребностей не вызывает проблем. Посколько все
это, включая организацию эксплуатации и управление, ложится на
администрацию сети связи. И в ближайшем будующем интересно пос-
мотреть смогут ли национальные PTT сделать сети передачи данных
првлекательными в смысле надежности, защищенности и стоимости,
чтобы заставить пользователей переходить со своих частных сетей
на общественные.
ИНТЕРФЕЙСЫ ДЛЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Услуги, которые будут обеспечиваться на новых общественных се-
тях передачи данных, включают в себя аренду цифровых каналов
связи, услуги коммутации каналов плюс услуги коммутации полетов.
На нижнем уровне - уровне цепей обмена DTE-DCE - интерфейс должен
быть одинаковым для всех услуг и это должно быть что-то похожее
на интерфейс V.24. И это потому, что многие функции должны вы-
полнятся скорее на логическом, чем на физическом уровне.
В цифровой сети DCE это уже не модем, как это было в аналого-
вой сети, а это устройство кодер/декодер - которое берет бинарный
сигнал данных от терминала и преобразует его в форму, подходящую
для цифровой передачи вдоль линии связи. Это не интеллигентное
оборудование. Вся "разумная" работа ложится на станцию коммутации
данных и для того, чтобы установить вызов через общественную сеть
данных, терминал обязан связаться со станцией коммутации. Прото-
кол терминал-станция коммутации является одним из компонентов
спецификации интерфейса DTE-DCE.
Существует две базовых спецификации интерфейсов, определенные
рекомендациями CCITT X.20 и X.21.
X.20 разработана для старт/стопных терминалов и обеспечивает
полнодуплексную передачу на скоростях вплоть до 300 Бит/сек.
X.21 разработана для синхронных терминалов и обеспечивает пол-
нодуплексную работу вплоть до 48 КБит/сек. (Рекомендация X.25,
определяющая интерфейс к сети коммутации пакетов, является 3-х
уровневым протоколом интерфейса пользователь - сеть и на своем
нижнем уровне она использует X.21).
Согласно этим новым интерфейсам терминал непосредственно отве-
чает за все аспекты установления соединения и его разъединения.
Определен протокол вступления в соединение, согласно которому
терминал выдает номер (адрес) вызываемого абонента, а также ука-
зывает на особые требования и станция коммутации данных отвечает
сигналами управления и сигналами контроля прохождения вызова.
Время установления соединения не превышает одной секунды.
Рекомендация X.20 на устройства DCE использует электрические
характеристики рекомендации V.10 (= X.26); эти устройства могут
быть к оборудованию DTE, использующего рекомендации V.10, V.11
или V.28 на электрические характеристики.
Устройства DCE X.21 используют V.11 (= X.27); ниже скорости
9600 Бит/сек DTE могут использовать электрические характеристики
V.10 или V.11, но выше скорости 9600 Бит/сек разрешены только DTE
с интерфейсом V.11 (с нагрузочными резисторами на кабеле). Обе
рекомендации (X.20,21) используют цепи обмена согласно X.24 (эк-
вивалент V.24) и D-образный разъем.
В таблице 9/1 представлены цепи обмена и назначение контактов
разъема.
Признавая необходимость сопряжения новых сетей с существующим
семейством терминалов V.24, CCITT разработал альтернативные вер-
сии двух основных стандартов, известных как X.20bis и X.21bis.
Они используют цепи обмена V.24 с традиционными электрическими
характеристиками и разъемами. Это позволяет оборудованию DCE циф-
ровых сетей выглядеть, как модем по отношению к терминалу. Эти
две рекомендации не предлагают полный набор возможностей пободно
интерфейсам X.20 и X.21.
Цепь Наименование Направление X.20 X.21 Разъем
G Сигнальная земля - Х Х 8
Ga Общий возврат к DCE (Х) (Х) 9 (+10)
DTE
Gb Общий возврат к DTE (Х) 11
DCE
T Передача к DCE Х Х 2 (+9)
R Прием к DTE Х Х 4 (+11)
C Управление к DCE Х 3 + 10
I Индикация к DTE Х 5 + 12
S Синхронизация к DTE Х 6 + 13
сигнала
B Синхронизация к DTE (Х) 7 + 14
байт
Экран 1
кабеля
(В скобках указаны опции).
Табл. 9/1 Цепи обмена X.20 и X.21
ПРИЛОЖЕНИЕ
ДИАГРАММЫ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДОВ В РАЗЪЕМАХ
1) Оборудование DTE на DTE
Асинхронный терминал к ЭВМ посредством 4-х проводов
2) Оборудование DCE на DCE
Модем на модем
3) DTE на DTE
Синхронный терминал к ЭВМ
4) DTE на DTE
Синхронный терминал к синхронному терминалу
5) Цифровая петля для модема
6) Петля для терминала
7) Петля по синхронизации
8) Соединения для вторичного канала передачи
Контакт Цепь CCITT EIA
1 Экран кабеля 101 AA
2 Данные для пе- 103 BA
редачи
3 Данные по приему 104 BB
4 Запрос на передачу 105 CA
(RTS)
5 Готов к передаче/ 106 CB
Прозрачен для переда-
чи (CTS)
6 Модем готов(DSR) 107 CC
7 Общий возврат - 102 AB
сигнальная земля
8 Детектор несущей 109 CF
17 Синхроимпульсы по 115 DD
приему
20 Терминал готов(DTR) 108/2 CD
24 Внешняя синхронизация 113 вф
( на модем)
Примечание: импульсы внешней синхронизации (цепь 113)
может быть и не на контакте 24.
Асинхронный терминал к ЭВМ (DTE - DTE)
(через четыре провода)
Модем на модем ( DCK - DCE )
линия DCE DCE линия
Модемы установить на внешнюю синхронизацию.
Синхронный терминал к ЭВМ
( синхронизация от ЭВМ )
DTE DTE
синхроимпульсы
Контакт Цепь CCITT EIA
2 Данные для передачи 103 BA
3 Данные по приему 104 BB
4 Запрос на передачу 105 CA
(RTS)
5 Готов к передаче/ 106 CB
Прозрачен для передачи
(CTS)
6 Модем готов (DSR) 107 CC
8 Детектор несущей 109 CF
15 Синхронизация на
передачу (от модема) 114 DB
17 Синхронизация по приему 115 DD
20 Терминал готов 108/2 CD
24 Внешняя синхронизация 113 DA
(на модем)
Синхронный терминал на синхронный терминал
(синхронизация от внешнего источника).
DTE DTE
синхроимпульсы
Цифровая петля модема
линия DCF DTE
модем установить на внешнюю
синхронизацию по передаче
Петля терминала
Синхронизация петли
Другие цепи, как обычно
линия DCF DTF
модем установить на внешнюю синхронизацию по передаче
Соединение разъемов для вторичного канала передачи
Английские термины в стандартах
V.24 CCITT, EIA RS 232, EIA RS 499
дать англ. табл.
|
|