PG Katedra Systemw Mikroelektronicznych ZASTOSOWANIE PROCESORW SYGNAOWYCH Marek

PG – Katedra Systemów Mikroelektronicznych ZASTOSOWANIE PROCESORÓW SYGNAŁOWYCH Marek Wroński Wykład 10: Modemy

Podłączenie modemu MODEM to skrót od MODulacja (z sygn. nośnym) i DEModulacji –jest to konwerter sygn. cyfrowego na sygnał akustyczny (analogowy) i odwrotnie w celu transmisji przez łącze telefoniczne (to jakby połączenie terminali tj. klawiatury z odległym monitorem). W terminologii RS-232 C modem jest urządzeniem DCE (Data Communication Equip. ) czyli dołączonym do terminala tzn. do DTE (Data Terminal Equipment) czyli komputera emulującego terminal

Opis portu szeregowego RS 232; Sygn. na złączu: od – 12 V do +12 V Typy modemów: • Asynchroniczne (dane w ramce) i synchroniczne (dane buforowane i zmienne w takt TXCK) • Half-Duplex (lub wysyła lub odbiera) i full-Duplex (jednoczesne wysyłanie i odbieranie- 2 nośne, B/2 *sygn. do transm. synchronicznej między modemem a komputerem (konieczny interfejs wys. szybkości HSI) Szybkości transmisji: (przepływności bitowej) 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps

Typy modulacji ASK jest b. wrażliwa na szumy interferencyjne (np. kwadraturowa: QAM=ASK+PSK lub TCM to samo ale z bitami korekcji błędów)

Modulacja kwadraturowa (QAM) Dla sygnału pasmowego (o wąskim paśmie): x(t)-składowa synfazowa I y(t)- składowa kwadraturowa Q m. b. połączone w obwiednię zespoloną: Sygn. zmodulowany: M=4 PSK: (QPSK) A Po stronie odbiorczej demodulacja: i usuwanie składowej w. cz. (LPfilt. ) 2 cyfry binarne A(n) i A(n-1) są przesyłane jednocześnie, następnie składowe kwadraturowe są mnożone przez nośne przesunięte o – 90 O i sumow.

Przekształcenie Hilberta – „idealny” filtr kwadraturowy Dla sygn. jednowstęgowych (SSB-single sideband) idealny filtr wszechprzepustowy dający przesunięcie 90 O Odpowiedź impulsowa: a na sygn. we. (transformata Hilberta): oraz sygnał analityczny: jest on odpowiedzią częstotliwościową systemu: (tylko „dodatnie” skł. częst. są przepuszczane) bo: Dlatego gdy chcemy przesłać sygn. analogowy x(t) stosując modulację SSB stosujemy obwiednię zespol. zaś układ odwzorowania zastęp. dołączeniem x(t) do kanału I oraz przez transf. Hilberta do kanału Q. Dla dyskretnych systemów czasowych odp. impulsowa: (aproksymowana przez FIR)

Konstelacja sygnału (Signal Constellation) To diagram używający punktów w układzie współrzędnych dla zdefiniowania zmian sygnału (ASK i PSK) Przykładowy konstelacji: V. 29 f. C= 1700 Hz 4 bity danych: 1 -szy amplituda, następne zm. fazy (jednak. odległość) 4 bity/bod 5 bitów/bod 4 -punkt PSK 3 ampl. 12 faz extra bit do korekcji błędów(4*2400) full duplex f. C= 1200/2400 Hz -Trellis Code Modulation

The International Telegraph and Telephone Consulative Committee (CCITT) modem standards G. 992. 2: ADSL=Asymmetric Digital Subscribed Line 1. 5 Mbps/512 Kbps

Budowa modemu – schemat blokowy Po włączeniu modem przyjmuje 7 -bit. komendy (AT do bufora interpretatora) i po<CR> realizuje (np. ATA-wzięcie linii, ATD-wybranie nr. ) i odpowiada (OK. , ERROR). Komendy (Hayes’a) ustawiają par. modulacji, sposobu negocjacji. . . zapisane w S-rejestrac Po ATA i pomyślnej negocjacji sposobu modulacji (OK. , CONNECT) dane b. Wysyłane (aż minie czas S, pojawi się NO CARRIER lub <przerwa 1>+++< przerwa 2> lub brak DT Przygotowanie danych wg. wcześniej zadanej AT receptury w bitowy strumień który to zmienia parametry nośnej w modulatorze, też wg. AT receptury. Przetw. C/A wygeneruje sygn. , który przez układ liniowy wysłany zostanie linią tel. do modemu odległego. Tam odwrotnie – P A/C próbkuje sygn. analog. Demodulator odfiltruje i odzyska bity strumienia, a układ przygotowania odzyska dane.

Liniowa część modemu Szczególnie ważna przy pracy z linią tel. o dużym tłumieniu i zaszumieniu. Przełącznik (przekaźnik e-m, optoprzełącz. ) sterowany jest komendą „wzięcia linii” Układ dopasowania stałoprądowego MOSa zapewni przepływ prądu „podniesienia mikrofonu”. Kondensator zwiera nap. zm. (tj. „przerwa”). Najlepsze „chipsety” o małym poborze prądu (wolne od zakłóceń) Składowa zmienna sygn. włączona jest przez kondensator na uzwojenie pierw. transformatora izolującego galwanicz. linię tel. od komputera. Wtórne uzwojenie Tr. Połączone jest z WO nadajnika przez układ dopasowania impedancji -dwójnik zapewniający 600 W (cały zakr. cz. ) od strony linii tel. WO zapewnia wymaganą amplitudę sygn. (szcz. VOICE Sygn. z uzwojenia wtórnego Tr. włącz. jest na we. WO odbiornika, który odejmuje od sygn. wejściowego sygn. nadawany (oprócz cyfrowego odejmowania echa). Modem nadaje sygn. -10 d. Bm, a ma skutecznie odbierać na poziomie – 43 d. Bm.

Warstwa aplikacyjna - oprogramowanie Po włączeniu program (emulator terminala) wysyła tzw. „string” inicjujący ustawiający param. modemu (AT kody sposobu negocjacji, modulacji, reagowania na dzwonek itp. ) Każda aplikacja wymaga innej konfiguracji modemu (autom. lub recznie z klawiatury z opcją echa lokalnego na monitor). W pamięci nieulotnej zapisane są profile i aktywny. Emulatory posiadają coś w rodzaju książki tel. z której mb. wygenerowany właściwy nr. i sposób prowadzenia negocjacji (ATQ, ATX) wg. zawartości S-rejestrów (modem dzwoniący po połączeniu wysyła dźwięk, a drugi bierze linię gdy S 0 (licz. dzwonków) różne od 0 po czym wygeneruje nośną wg. sposobu modulacji i gdy jest ona zrozumiała uzgadnia dalsze szczegóły, np. protokoły przesyłu zbiorów takie jak: XMODEM (jeden plik zdanymi 8 -bit w blokach 128 bajtowych+bity kontr. CRC-potw. ) 1 K-XMODEM (pakiety 1024 bajtowe), MODEM 7 (jednorazowo przesyła więcej plików wraz z ich nazwami wysyłanymi i potwierdzanymi (wg. CRC) przed wysłanim danych), YMODEM (najpierw blok zerowy o wszystkich wysyłanych plikach+ pliki od 128 -1024) KERMIT (z kompresją na 7 -bit dane + też informacje o plikach. Transmisja ciągła dupl. ) ZMODEM (pliki do wysyłki dzielone są na pakiety od 32 do nawet 8 k. B z CRC 16/32 b dł. zmieniana dynamicznie w zależności od ilości błędów. Dane kompresowane wg. alg. RLE (Run Lenght Encoding) i LZW (Lempel Ziv). Dane przesył. ciągle; dupleksowo zaś inf. o błędach wymuszając retransmisję. Możliwość wznowienia transm. od miejsca zrywu (protokół sprawdza, która część danych została wcześniej wysłana i autom. uruch. odbiór)

Komendy Hayes’a zaczynające się od AT=attenuation character Cecha modemów -zawierają mikroprocesory, dzwonią automatycznie i komendy ASCII

Schemat blokowy modemu V. 90 Tx po Antyalias. F najpierw wybielane, dzielone na grupy i kompresowane, potem odwzor po DAC i LPF transmit. Rx -odwr. kolejn. + Adapt. wzm, Viterbi dekoder, echo, dif. dek, odtw

Schemat blokowy części nadawczej modemu V. 32 Najpierw spektrum sygnału jest wybielane przez scrimbler dla polepszenia wykorzystania kanału, lepszej redukcji echa i adaptacyjnego wzmocnienia. Następnie strumień jest dzielony na grupy 4 -bit z których 2 bity są kompresowane w differential encoder i poddane kodowaniu splotowemu (convolutional encoder). W rezultacie otrzymujemy 5 -bitowe symbole które są odwzorowane w przestrzeni (część rzeczywista i urojona). Pulse shape LP filter tłumi częstotliw. > cz. Nyquista i eliminuje interferencje między symbolami (przecinając odpowiednio oś częst. ). Następnie - modulacja kwadraturowa (QAM) z częstl. nośną 1800 Hz po czym próbki są w DAC konwertwane na sygnał analogowy i wygładzane filtrem dolnoprzepustowym.

Schemat blokowy części odbiorczej modemu V. 32 Otrzymywany sygnał analogowy z szybk. 9600 b/s (4 x oversampling) jest najpierw filtrowany przez Rised Cosinuse Filter i poddawany decymacji (2 x). Mnożąc przez e-j(2 pfcn. T/2) realizuje się QAM demodulację. 64 -tab adaptive fractionaly spaced equalizer kompensuje zniekształcenia wprowadzane przez kanał. Dostarcza on sygnał do pętli czasowej dla dostrojenia 4 x i 2 x próbek. Algorytm Viterbi’ego określa właściwy punkt na konstelacji pamiętając historię ok. 20 słów. Detektor fazy i blok opóźnienia zapewnia sprzężenie zwrotne do wzmacniacza, który ciągle się adaptuje do otrzymywanych danych. Gdy znana jest amplituda i faza symbol jest odwzorowany z powrotem a 4 -bit. symbol jest następnie descrablowany wykorzystując ten sam wielomian gener.

Scrambler / Descrambler Używają one prostych wielomianów generujących dla trybu „wzywania” i „odpowiadania”: GPC=1+x-18+ x-23; gdzie x próbka wejściowa, a potęga określa opóźnienie o liczbę próbek GPA=1+x-5+ x-23; zaś sumowanie jest modulo 2, tzn. XOR. Uzyskujemy pseudo-losowość. Nadający modem dzieli strumień przez generujący wielomian (IIR), a odbierający - mnoży (FIR) Call/Answer Mode Scrambler: Call/Answer Mode Descrambler:

Low Pass Raised Cosine Filter Sygnał dolnoprzepustowy może być przedstawiony jako: gdzie In dyskretny kod słowa, g(t) jest fazą tego słowa. Ograniczone pasmo kanału jest przyczyną interferencji między-symbolowych. Kanał o idealnie oganiczonym paśmie (o kształcie prostokątnym w dziedzinie częstotl. G(f)=T dla f<1/2 T) w dziedzinie czasu odpowiada funkcji sinc tj. g(t)=sin(pt/T)/ (pt/T) która m. b. Aproksymowana Jako funkcja podniesionego kosinusa: Gdzie a reprezentuje żądany zakres pasma Dla V. 32 T odpowiada 2400 symboli/s, a częstotliwość próbkowania jest 9600 Hz dlatego przyjmuje się a=0. 25 i N=17 FIR:

V. 34 vs. V. 90 Modems Separacja między nadawanymi i odbieranymi sygn. dzięki tłumieniu echa blisk. – 6 d. Bm i echa dalekie (LMS FIR). V. 90 jest całkowicie cyfrowy dlatego druga para ADC/DAC jest niepotrzebna dlatego szybsza jest transmisja „w dół” od centrali do modemu. Sygnał od DAC jest 256 K konstelacją bez komponenty urojonej, tj. odbiornik musi dokonać detekcji któremu poziomowi odpowiada. V. 92 standard –> w obu kierunkach.

Remote Access Server (RAS) Modems (do Internetu LAN) ADSP-21 mod 870 do ISDN (integrated services digital network) oferuje różne funkcje Centrali, jest kompatybilny ze wszystkimi protokołami. ADSP-21 mod 970 posiada 6 kanałów modemowych (31 mm BGA) ADSP-21 mod 980 N – 16 kanałów modemowych (35 mm BGA)

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - charakterystyka

ADSL Modem. Blok Diagram (AD 20 msp 910 chipset) Możliwe jednoczesne wysyłanie e-maili, ściąganie video i rozmawianie przez telefon, czy też organizowanie video-konferencji (kompatybilny z formatem kompresji MPEG bez przerywania normalnej rozmowy telefonicznej i wszystkimi DLC digital loop carrier oraz standardami ANSI, ETSI i ITU). Zawiera: DSP host processor, line driver, and AD 20 msp 918 – ADSL over ISDN modem; control software + DMT technology