1.2.1. МОДЕМЫ ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

1.2.1.1. МОДЕМ НА 200 бит/с

Этот модем дает возможность вести передачу с варьируемой окоростью в пределах до 200 бит/с в дуплексном режиме, т. е. одновременно в обоих направлениях. Все основные параметры, касающиеся его работы и взаимодействия с другими устройствами, установлены Рекомендацией V.21 [1.3].

Метод передачи. Модем работает с применением двоичной частотной модуляции. Такой метод передачи обладает относительно высокой помехоустойчивостью (ом. том 1, разд. 4.3.2 и 4.5), что особенно важно в телефонных сетях, и требует сравнительно малых затрат.

Для передачи в дуплексном режиме используются две отдельные области частот (в <полосе стандартного канала образующие два канала (1 и 2) со средними частотами 1080 и 1750 Гц. Девиация частоты в обоих каналах составляет ±100 Гц, характеристические частоты отличаются от своих требуемых значений (980 и 1180 Гц в канале 1, 1650 и 1850 в канале 2) не более чем на ±6 Гц. Вместе со сдвигом частоты до ±6 Гц, который возможен вследствие многократного «преобразования частоты в ВЧ тракте (ом. том 1, разд. 3.2.2.6), максимальное отклонение каждого из значений частоты на (приеме может достигать ±12 Гц.

Принцип построения. На рис. 1.9 приведена структурная схема модема с указанием цепей стыка (см. также [1.19]). Элементы схемы, предназначенные для установления и разъединения соединения, объединены под общим названием «Блок подключения». В его функции входит, в частности, обработка сигнала вызова, переключение линии с телефонного аппарата на модем, передача ответного тонального сигнала частотой 2100 Гц, а также обеспечение взаимодействия с устройством автоматического вызова (см. разд. 1.2.3).

Для реализации дуплексного режима работы важное значение имеет распределение каналов между направлениями передачи и приема. Распределение, при котором передача ведется по каналу 1, а прием по каналу 2, называют распределением А, а противоположное ему — распределением В. Тогда распределение каналов будет задаваться автоматически, если принять, что вызывающая установка всегда работает с распределением А, а вызываемая — с распределением В. Такое правило позволяет организовать полный дуплексный режим с однозначным порядком подключения линий. Переключение может осуществляться вручную или автоматически через цепи стыка 126 и 127.

Кроме того, для обеспечения правильного порядка работы модема существенное значение имеет функциональная взаимосвязь цепей стыка, о которой уже говорилось в разд. 1.1. В частности, ООД получает через цепь 106 сигнал, разрешающий выдачу данных, только тогда, когда после определения уровня сигнала на приеме (цепь 109 в состоянии «включено») гарантировано, что оконечная установка на противоположной стороне подключена к линии и имела время, в свою очередь достаточное ей для выявления уровня сигнала на приеме (см. рис. 1.3).

Передатчик и приемник модема работают одновременно. Переходные помехи, создаваемые приемнику передатчиком, устраняются

с помощью дифференциальной схемы в блоке подключения и спектрального разделения передаваемого и (принимаемого сигналов фильтрами. Фильтры установленные в трактах передачи и приема (см. рис. 1.9) гари изменении распределения каналов меняются местами, а модулятор и демодулятор переключаются на новые характеристические частоты.

Рис. 1.9. Модем на 200 бит/с

Модулятор. Задачей модулятора является преобразование двоичных сигналов постоянного тока, поступающих через стык, в частотно-модулированные сигналы. Это можно осуществить, непосредственно переключая генератор в соответствии с двоичным сигналом прямоугольной формы. Такого рода «жесткая» манипуляция частоты реализуется путем переключения индуктивности генератора с обратной связью без размыкания (рис. 1.10). При этом получается практически идеальный двоично модулированный по частоте сигнал, т. е. сигнал, у которого в моменты переключения не

возникает скачков фазы [120], как показано на второй диаграмме рис. 1.11.

Вместо описанной аналоговой цепи для генерации частотно-модулированного сигнала можно использовать диокретные (цепи. В таких цепях характеристические частоты получаются иутем деления высокой частоты, являющейся их общим (кратным, и переключения «соответствующего делителя в процессе модуляции.

Рис. 1.10. Генератор с переключением частоты

Соответствие между положениями ключей и генерируемыми частотами

При использовании на передаче сигнала прямоугольной формы вследствие наличия в нем высших гармоник предъявляются высокие требования к затуханию фильтра передатчика вне полосы передачи.

Рис. III. Сигналы при частотной модуляции: 1 — передаваемый сигнал дачных; 2 — частотно-модулированный сигнал; 3 — дсмодулированный сигнал (время запаздывания сигнала равно примерно двум единичным интервалам); 4 — регенерированный сигнал данных

Демодулятор. Все методы восстановления на приеме информации, содержащейся в ЧМ сигнале, предусматривают ограничение принимаемого сигнала по частоте входным фильтром приемника, а выполняемое затем с помощью усилителя-ограничителя ограничение амплитуды придает сигналу, поступающему на дальнейшую обработку, форму, близкую к прямоугольной. В таком сигнале информация содержится только в его частоте, которую модулятор

должен преобразовать в величину, удобную для обработки — желательно в пропорциональное частоте напряжение.

На рис. 1.12а показана структурная схема одного из наиболее распространенных типов демодулятора ЧМ сигналов демодулятора с частотным дискриминатором. Он содержит два колебательных контура, настроенных приблизительно на характеристические частоты. Сигналы, снимаемые с колебательных контуров, выпрямляются и формируется их разность, из которой после подавления нежелательных спектральных компонент вблизи несущей частоты получается первичный сигнал Его значения соответствуют мгновенной частоте входного сигнала (с некоторым отклонением, обусловленным дополнительным ограничением полосы частот в колебательном контуре и ФНЧ). Для наглядности на рис. 1.126 приведена частотная характеристика дискриминатора.

Рис. 1.12. Демодулятор с частотным дискриминатором, выполненным на основе колебательных контуров: а) структурная схема: колебательный контур; В — выпрямитель; дифференциальная схема, формирующая разность; ФНЧ - фильтр нижних частот; пороговая схема; б) частотные характеристики: нижняя характеристическая частота; верхняя характеристическая частота; область отсчитываемых значений мгновенной частоты

Для обеспечения требуемой ее линейности в рабочей полосе частот характеристики затухания и резонансные частоты обоих колебательных контуров должны быть тщательно согласованы между собой. Восстановленный таким образом первичный сигнал, который имеет ограниченную полосу частот, хотя он и содержит еще некоторые высшие гармоники (остаток несущей — см. рис. 1.11, диаграмма 3), можно непосредственно подавать на пороговую схему для регенерации сигнала данных (см. рис. 1.11, диаграмма 4).

На рис. 1.13 а показана структурная схема демодулятора без катушек индуктивности, который построен на основе RС-цепей и

цифровых элементов и поэтому отличается простотой реализации [1.21]. Ограниченный по частоте входной сигнал проходит через фазовый фильтр, действующий как звено задержки (сигнал а на рис. 1.13), и затем умножается на такой же сигнал, не имеющий задержки (сигнал Ь).

Рис. 1.13. Демодулятор со звеном задержки:

а) структурная схема: фазовый фильтр, используемый в качестве звена задержки, О — ограничитель, перемножитель, ФНЧ - фильтр нижних частот, пороговая схема; б) фазовая характеристика фильтра Ф: в) временные диаграммы, соответствующие характеристической частоте фазовый сдвиг меньше 90а, постоянная составляющая мала; г) временные диаграммы, соответствующие характеристической частоте фазовый сдвиг больше 90°, постоянная составляющая велика

Путем надлежащего выбора параметров фазового фильтра можно сделать различие в фавовых сдвигах для обеих характеристических частот таким (рис. 1.136), что постоянная составляющая сигнала, полученного в результате перемножения, для одной из характеристических частот окажется положительной, а для другой — отрицательной (рис. 1.13 в, г). Тогда после подавления с помощью ФНЧ спектральных компонент с частотой несущей может быть регенерирован первичный сигнал.

Определение мгновенной частоты чисто цифровым методом может осуществляться с помощью демодулятора, структурная схема которого показана на рис. 1. 14. Принцип действия его основан на измерении времени между двумя соседними переходами сигнала

через нуль (путем подсчета числа периодов высокочастотного тактового сигнала в указанном интервале. Результат подсчета поступает на цифроаналоговый преобразователь, формирующий аналоговый сигнал, после фильтрации нижних частот которого осуществляется регенерация.

Рис. 1.14. Демодулятор с определением мгновенной частоты цифровым способом: счетчик, тактовый генератор счета, цифроаналоговый преобразователь, ФНЧ - фильтр нижних частот, пороговая схема

Описанные три типа демодуляторов по своим характеристикам отличаются друг от друга незначительно.

Характеристики передачи. На рис. 1.15 показана зависимость степени синхронных искажений от скорости передачи, измеренной для модема на 200 бит/с [1.21] три непосредственном соединении приемника и передатчика, т. е. без учета дополнительного влияния канала связи и упомянутого выше сдвига частоты ±12 Гц.

Рис. 1.15. Степень синхронных искажении модема на сдвиг частоты принимаемого сигнала

Зависимость измеренной вероятности ошибки по битам от отношения в цепи указанного соединения при введении в нее искусственного источника белого шума с полосой частот 300—3400 Гц представлена на рис. 1.16 (кривая 1).

Результаты измерений степени индивидуальных искажений и Коэффициента ошибок по битам в сети Почтового ведомства ФРГ [1.22] приведены на рис. 1.17 и 1.18 (кривая 1). Соответствующие данные о коэффициенте ошибок по (блокам можно найти в [1.22].

(кликните для просмотра скана)

Из рис. 1.16-1.18 видно, что по сравнению с модемами на разд. 1.2.1.2) и 2400/1200 бит/с (см. разд. 1.2.1.3) модем на 200 бит/с обеспечивает гораздо меньшие краевые искажения и коэффициент ошибок по битам, как и следовало ожидать при его более узкой полосе частот.

Рассмотренные выше результаты измерений показывают (как это видно, в частности, для случая работы с прямым соединением из рис. 1.15), что описанный модем, за редкими исключениями, может использоваться для передачи по телефонным соединительным трактам и со скоростью Поэтому МККТТ принято решение расширить область применения модема, рассчитанного ранее только на установив для него также указанную новую скорость. В формулировку Рекомендации V.21 включено соответствующее примечание.