Страница 276 из 436
До модуляции цифровой импульс проходит через цифровые фильтры, подавляющие спектральные составляющие с частотой выше половины частоты дискретизации (частоты Найквиста), которые появляются в процессе формирования сигнала. Кроме того, эти фильтры имеют нули на соответствующих частотах для подавления межсимвольной интерференции.
Алгоритм QAM-модуляции может быть легко реализован с помощью современных DSP-процессоров. Алгоритм модуляции требует: доступ к значениям синусов или косинусов, входной символ (X- или Y-координата) и умножение. Параллельная архитектура семейства ADSP-21XX позволяет все три операции производить за один процессорный цикл.
С выхода цифрового модулятора сигнал поступает на ЦАП. После ЦАП сигнал пропускается через аналоговый НЧ-фильтр и выводится в двухпроводную телефонную линию для передачи по телефонной линии.
Приемник состоит из нескольких функциональных блоков: входного антиалайзингового фильтра и АЦП, демодулятора, адаптивного эквалайзера, декодера Витерби, подавителя эхо-сигнала, дифференциального декодера и дескремблера. Реализуемые в приемнике алгоритмы цифровой обработки требуют высокой скорости обмена данными с памятью при высокой вычислительной мощности. Семейство сигнальных процессоров ADSP-218X удовлетворяет этим требованиям, обеспечивая достаточный объем ОЗУ программ на кристалле (как для программ, так и для данных), ОЗУ данных на кристалле и скорость выполнения инструкции до 75 MIPS.
Антиалиазинговый фильтр и АЦП в приемнике должны иметь достаточно широкий динамический диапазон, позволяющий обрабатывать слабый сигнал на фоне более сильного эхо-сигнала. Полученный сигнал может иметь уровень -40 дБм, в то время как эхо-сигнал от входной гибридной схемы может достигать -6 дБм. Чтобы гарантировать отсутствие дополнительных погрешностей при приеме сигналов в таких условиях, аналоговый тракт приемника должен обеспечивать мгновенный динамический диапазон 84 дБ и отношение сигнал-шум 72 дБ.
Чтобы компенсировать амплитудные и фазовые искажения в телефонном канале, необходимо применение эквалайзера, позволяющего снизить уровень ошибок в битовом потоке. Быстрое изменение условий прохождения сигнала по телефонной линии требует адаптивной подстройки параметров эквалайзера, оговоренной в части стандарта V.90, относящейся к приемной части модема. Адаптивный эквалайзер может быть выполнен на основе цифрового КИХ-фильтра с адаптивно подстраиваемыми коэффициентами фильтрации в зависимости от текущего состояния линии.
Разделение между передаваемым и принимаемым сигналами в модемах стандарта V.90 реализовано с использованием системы подавления эхо-сигнала. Такое решение позволяет подавить оба вида эхо-сигнала и обеспечить надежную связь. Подавление эхо-сигнала достигается за счет вычитания ожидаемого уровня отраженного эха из фактически полученного сигнала. Ожидаемый уровень эхо-сигнала предсказывается посредством обработки переданного сигнала в адаптивном фильтре с передаточной функцией, эмулирующей телефонный канал. Адаптивный фильтр, обычно используемый в системах подавления эхо-сигнала, представляет собой цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (такой выбор определяется высокой стабильностью и линейностью ФЧХ КИХ-фильтра). Величина отклика определяется алгоритмом наименьшей среднеквадратичной ошибки — так называемым LMS-алгоритмом, выполняемым в течение нескольких тестовых последовательностей сигналов до начала дуплексной связи.
Для расшифровки полученных данных чаще всего используется декодер Viterbi. Названный по имени изобретателя, Viterbi-алгоритм представляет собой наиболее универсальное средство для коррекции ошибок в потоке данных. Декодер Viterbi обеспечивает надежное исправления ошибок, затрачивая на исследование полученной битовой последовательности дополнительное время для определения наиболее вероятного ее значения, передаваемого в текущий момент времени. Декодирование по алгоритму Viterbi требует весьма интенсивных вычислений. Необходима запись предыстории для всех возможных символов, передаваемых в каждой символьной последовательности. В символьных последовательностях рассчитывается запаздывание по времени от каждого возможного полученного символа до символа, посланного некоторое время назад.
Символ, который имеет минимальное запаздывание по отношению к исходному сигналу, признается истинным декодированным символом. Полное описание декодера Viterbi и его реализация на базе семейства процессоров ADSP-21XX приведены в документации, поставляемой Analog Devices [2].
На рис. 9.5 приводится сравнение модемов стандартов V.34 и V.90.
Обратите внимание, что по стандарту V.34 (рис. 9.5, а) соединение осуществляется между двумя аналоговыми модемами. Это требует применения АЦП и ЦАП в передающих и приемных трактах, как показано на рисунке. Стандарт V.90 предусматривает использование полностью цифровых сетей и цифровых модемов, как показано на рис. 9.5, в. Можно заметить, что отказ от применения АЦП/ЦАП позволяет увеличить скорость приема данных до значений, превышающих 56 Кбит/с. В принимаемом аналоговым модемом стандарта V.90 потоке данных использована импульсно-кодовая модуляция со скоростью передачи 64 Кбит/с, которая является стандартной для всех цифровых телефонных сетей. Этот последовательный поток данных преобразуется посредством импульсно-амплитудной модуляции (РАМ) (8-bits, 8 kSPS) с помощью 8-разрядного ЦАП. Сигнал с ЦАП поступает на аналоговый модем в виде кода, принимающего значения из совокупности ("созвездия") в 256 значений, то есть приемник аналогового модема должен определить, какому из 256 возможных уровней сигнала соответствует символьная последовательность.
Стандарт V.90 позволяет увеличить скорость приема данных до 56 Кбит/с и скорость передачи данных до 33.6 Кбит/с (V. 34). Новый стандарт V.92 предусматривает скорость обмена до 56 Кбит/с в обоих направлениях.
Модемы удаленного доступа (RAS)
Быстрое развитие и интенсивное использование ресурсов Интернет приводит к тому, что количество желающих подключиться к сети Интернет намного превосходит возможности коммуникационного оборудования. Интернет-провайдеры (ISP), как например America On Line, предоставляет своим клиентам модемное оборудование для организации удаленного доступа к сети (домашний Интернет). Этот вид доступа к сети удаленного объекта называется удаленным доступом к сети (RNA). Для этих целей используется так называемое оборудование удаленного доступа к серверу (RAS), показанное на рис. 9.6.
Это оборудование включает в себя многопортовые модемы; каждый порт модема может использоваться различным пользователем. RAS может использовать аналоговые модемы, которые соединяются с телефонными линиями общего пользования (POTS), или цифровые модемы, которые являются совместимыми с цифровыми телефонными стандартами T1, E1, PRI или линиями BRI. Цифровые модемы используются в большинстве RAS-систем, поскольку они обладают большей эффективностью при числе портов 8 и более.
Оборудование доступа к сети позволяет отдельным пользователям, маленьким офисам и служащим, находящимся в командировках, соединяться с внутренними корпоративными сетями (Intranet) и Интернетом. Интернет-провайдеры для соединения пользовательских телефонных линий с сетями используют устройства, называемые концентраторами. Концентраторы также относятся к оборудованию RAS. Быстрый рост числа абонентов и интенсивное использование ресурсов Интернета и Интранета создали огромный спрос на модемное оборудование.