Wyklad 10: Modemy

1
Wyklad 10 Modemy

• PG Katedra Systemów Mikroelektronicznych
• ZASTOSOWANIE PROCESORÓW SYGNALOWYCH
• Marek Wronski

2
Podlaczenie modemu
MODEM to skrót od MODulacja (z sygn.nosnym) i
DEModulacji jest to konwerter sygn. cyfrowego
na sygnal akustyczny (analogowy) i odwrotnie w
celu transmisji przez lacze telefoniczne (to
jakby polaczenie terminali tj. klawiatury z
odleglym monitorem). W terminologii RS-232C modem
jest urzadzeniem DCE (Data Communication Equip.)
czyli dolaczonym do terminala tzn. do DTE (Data
Terminal Equipment) czyli komputera emulujacego
terminal
3
Opis portu szeregowego RS232 Typy
modemów

• Asynchroniczne
• (dane w ramce)
• i synchroniczne
• (dane buforowane i
• zmienne w takt TXCK)
• Half-Duplex
• (lub wysyla lub odbiera)
• i full-Duplex
• (jednoczesne wysylanie i
• odbieranie- 2 nosne, B/2

Sygn. na zlaczu od 12V do 12V
sygn. do transm. synchronicznej miedzy
modemem a komputerem (konieczny interfejs wys.
szybkosci HSI)
Szybkosci transmisji (przeplywnosci
bitowej) 300,600,1200,2400, 4800,9600,19200,38400,
57600,115200 bps
4
Typy modulacji
(np. kwadraturowaQAMASKPSK lub TCM to samo ale
z bitami korekcji bledów)
ASK jest b. wrazliwa na szumy interferencyjne
5
Modulacja kwadraturowa (QAM)
Dla sygnalu pasmowego (o waskim
pasmie) x(t)-skladowa synfazowa I y(t)- skladowa
kwadraturowa Q
m.b. polaczone w obwiednie zespolona
Sygn. zmodulowany
M4 PSK (QPSK)
A
2 cyfry binarne A(n) i A(n-1) sa przesylane
jednoczesnie, nastepnie skladowe kwadraturowe sa
mnozone przez nosne przesuniete o 90O i sumow.
Po stronie odbiorczej demodulacja i usuwanie
skladowej w.cz.(LPfilt.)
6
Przeksztalcenie Hilberta idealny filtr
kwadraturowy
Dla sygn. jednowstegowych (SSB-single
sideband) idealny filtr wszechprzepustowy dajacy
przesuniecie 90O Odpowiedz impulsowa a na sygn.
we. (transformata Hilberta) oraz sygnal
analityczny
jest on odpowiedzia czestotliwosciowa
systemu (tylko dodatnie skl. czest. sa
przepuszczane) bo Dlatego gdy chcemy przeslac
sygn. analogowy x(t) stosujac modulacje SSB
stosujemy obwiednie zespol. zas uklad
odwzorowania zastep. dolaczeniem x(t) do kanalu I
oraz przez transf. Hilberta do kanalu Q. Dla
dyskretnych systemów czasowych odp.
impulsowa (aproksymowana przez FIR)
7
Konstelacja sygnalu (Signal Constellation)
To diagram uzywajacy punktów w ukladzie
wspólrzednych dla zdefiniowania zmian sygnalu
(ASK i PSK)
Przykladowy konstelacji
V.29
fC 1700Hz 4 bity danych 1-szy amplituda,
nastepne zm. fazy
(jednak. odleglosc) 4 bity/bod
5bitów/bod 4-punkt PSK 3 ampl.12 faz
extra bit do korekcji bledów(42400) full
duplex fC 1200/2400Hz
-Trellis Code Modulation
8
The International Telegraph and Telephone
Consulative Committee (CCITT) modem standards
G.992.2 ADSLAsymmetric Digital
Subscribed Line 1.5 Mbps/512Kbps
9
Budowa modemu schemat blokowy
Po wlaczeniu modem przyjmuje 7-bit. komendy (AT
do bufora interpretatora) i poltCRgt realizuje (np.
ATA-wziecie linii, ATD-wybranie nr.) i odpowiada
(OK., ERROR). Komendy (Hayesa) ustawiaja par.
modulacji, sposobu negocjacji...zapisane w
S-rejestrach Po ATA i pomyslnej negocjacji
sposobu modulacji (OK., CONNECT) dane b.
Wysylane (az minie czas S, pojawi sie NO CARRIER
lub ltprzerwa1gtlt przerwa2gt lub brak
DTR Przygotowanie danych wg. wczesniej zadanej AT
receptury w bitowy strumien który to zmienia
parametry nosnej w modulatorze, tez wg. AT
receptury. Przetw.C/A wygeneruje sygn., który
przez uklad liniowy wyslany zostanie linia tel.
do modemu odleglego. Tam odwrotnie P A/C
próbkuje sygn. analog. Demodulator odfiltruje i
odzyska bity strumienia, a uklad przygotowania
odzyska dane.
10
Liniowa czesc modemu
Szczególnie wazna przy pracy z linia tel. o
duzym tlumieniu i zaszumieniu. Przelacznik
(przekaznik e-m, optoprzelacz.) sterowany jest
komenda wziecia linii Uklad dopasowania
stalopradowego MOSa zapewni przeplyw pradu
podniesienia mikrofonu. Kondensator zwiera
nap.zm. (tj. przerwa). Najlepsze chipsety o
malym poborze pradu (wolne od zaklócen)

• Skladowa zmienna sygn. wlaczona jest przez
  kondensator
• na uzwojenie pierw. transformatora izolujacego
  galwanicz.
• linie tel.od komputera. Wtórne uzwojenie Tr.
  Polaczone
• jest z WO nadajnika przez uklad dopasowania
  impedancji
• dwójnik zapewniajacy 600W (caly zakr.cz.) od
  strony linii
• tel. WO zapewnia wymagana amplitude
  sygn.(szcz.VOICE)

Sygn. z uzwojenia wtórnego Tr. wlacz. jest na we.
WO odbiornika, który odejmuje od sygn.
wejsciowego sygn. nadawany (oprócz cyfrowego
odejmowania echa). Modem nadaje sygn.-10dBm, a
ma skutecznie odbierac na poziomie 43dBm.
11
Warstwa aplikacyjna - oprogramowanie
Po wlaczeniu program (emulator terminala) wysyla
tzw. string inicjujacy ustawiajacy param.
modemu (AT kody sposobu negocjacji, modulacji,
reagowania na dzwonek itp.) Kazda aplikacja
wymaga innej konfiguracji modemu (autom. lub
recznie z klawiatury z opcja echa lokalnego na
monitor). W pamieci nieulotnej zapisane sa
profile i aktywny. Emulatory posiadaja cos w
rodzaju ksiazki tel. z której mb. wygenerowany
wlasciwy nr. i sposób prowadzenia negocjacji
(ATQ, ATX) wg. zawartosci S-rejestrów (modem
dzwoniacy po polaczeniu wysyla dzwiek, a drugi
bierze linie gdy S0 (licz. dzwonków) rózne od 0
po czym wygeneruje nosna wg. sposobu modulacji i
gdy jest ona zrozumiala uzgadnia dalsze
szczególy, np. protokoly przesylu zbiorów takie
jak XMODEM (jeden plik zdanymi 8-bit w blokach
128 bajtowychbity kontr.CRC-potw.) 1K-XMODEM
(pakiety 1024 bajtowe), MODEM7 (jednorazowo
przesyla wiecej plików wraz z ich nazwami
wysylanymi i potwierdzanymi (wg. CRC) przed
wyslanim danych), YMODEM (najpierw blok zerowy o
wszystkich wysylanych plikach pliki od
128-1024) KERMIT (z kompresja na 7-bit dane tez
informacje o plikach. Transmisja ciagla
dupl.) ZMODEM (pliki do wysylki dzielone sa na
pakiety od 32 do nawet 8kB z CRC 16/32b dl.
zmieniana dynamicznie w zaleznosci od ilosci
bledów. Dane kompresowane wg. alg. RLE (Run
Lenght Encoding) i LZW (Lempel Ziv). Dane
przesyl. ciagle dupleksowo zas inf. o bledach
wymuszajac retransmisje. Mozliwosc wznowienia
transm.od miejsca zrywu (protokól sprawdza, która
czesc danych zostala wczesniej wyslana i
autom.uruch.odbiór)
12
Komendy Hayesa zaczynajace sie od ATattenuation
character
Cecha modemów -zawieraja mikroprocesory, dzwonia
automatycznie i komendy ASCII
13
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
14
Schemat blokowy czesci nadawczej modemu V.32
Najpierw spektrum sygnalu jest wybielane przez
scrimbler dla polepszenia wykorzystania
kanalu, lepszej redukcji echa i adaptacyjnego
wzmocnienia.Nastepnie strumien jest dzielony na
grupy 4-bit. z których 2 bity sa kompresowane w
differential encoder i poddane kodowaniu
splotowemu (convolutional encoder). W rezultacie
otrzymujemy 5-bitowe symbole które sa odwzorowane
w przestrzeni (czesc rzeczywista i
urojona).Pulse shape LP filter tlumi czestotliw.
gt cz. Nyquista i eliminuje interferencje miedzy
symbolami (przecinajac odpowiednio os
czest.). Nastepnie - modulacja kwadraturowa (QAM)
z czestl. nosna 1800Hz po czym próbki sa w DAC
konwertwane na sygnal analogowy i wygladzane
filtrem dolnoprzepustowym.
15
Schemat blokowy czesci odbiorczej modemu V.32
Otrzymywany sygnal analogowy z szybk. 9600 b/s
(4x oversampling) jest najpierw filtrowany przez
Rised Cosinuse Filter i poddawany decymacji (2x).
Mnozac przez e-j(2pfcnT/2) realizuje sie QAM
demodulacje. 64-tab adaptive fractionaly spaced
equalizer kompensuje znieksztalcenia wprowadzane
przez kanal. Dostarcza on sygnal do petli
czasowej dla dostrojenia 4x i 2x próbek. Algorytm
Viterbiego okresla wlasciwy punkt na konstelacji
pamietajac historie ok. 20 slów. Detektor fazy i
blok opóznienia zapewnia sprzezenie zwrotne do
wzmacniacza, który ciagle sie adaptuje do
otrzymywanych danych. Gdy znana jest amplituda i
faza symbol jest odwzorowany z powrotem a 4-bit.
symbol jest nastepnie descrablowany wykorzystujac
ten sam wielomian gener.
16
Scrambler / Descrambler
Uzywaja one prostych wielomianów generujacych dla
trybu wzywania i odpowiadania GPC1x-18
x-23 gdzie x próbka wejsciowa, a potega
okresla opóznienie o liczbe próbek GPA1x-5
x-23 zas sumowanie jest modulo 2, tzn. XOR.
Uzyskujemy pseudo-losowosc. Nadajacy modem dzieli
strumien przez generujacy wielomian (IIR), a
odbierajacy - mnozy (FIR) Call/Answer Mode
Scrambler Call/Answer Mode Descrambler
17
Low Pass Raised Cosine Filter
Sygnal dolnoprzepustowy moze byc przedstawiony
jako gdzie In dyskretny kod slowa, g(t) jest
faza tego slowa. Ograniczone pasmo kanalu jest
przyczyna interferencji miedzy-symbolowych. Kanal
o idealnie oganiczonym pasmie (o ksztalcie
prostokatnym w dziedzinie czestotl. G(f)T dla
flt1/2T) 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 zadany zakres pasma Dla V.32
T odpowiada 2400 symboli/s, a czestotliwosc
próbkowania jest 9600 Hz dlatego przyjmuje sie
a0.25 i N17 FIR
18
V.34 vs. V.90 Modems
Separacja miedzy nadawanymi i odbieranymi
sygn.dzieki tlumieniu echa blisk. 6dBm i echa
dalekie (LMS FIR). V.90 jest calkowicie cyfrowy
dlatego druga para ADC/DAC jest niepotrzebna
dlatego szybsza jest transmisja w dól od
centrali do modemu. Sygnal od DAC jest 256K
konstelacja bez komponenty urojonej, tj.
odbiornik musi dokonac detekcji któremu poziomowi
odpowiada. V.92 standard gt w obu kierunkach.
19
Remote Access Server (RAS) Modems (do Internetu
LAN)
ADSP-21mod870 do ISDN (integrated services
digital network) oferuje rózne funkcje Centrali,
jest kompatybilny ze wszystkimi
protokolami. ADSP-21mod970 posiada 6 kanalów
modemowych (31 mm BGA) ADSP-21mod980N 16
kanalów modemowych (35 mm BGA)
20
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) -
charakterystyka
21
ADSL ModemBlok Diagram (AD20msp910 chipset)
Mozliwe jednoczesne wysylanie e-maili, sciaganie
video i rozmawianie przez telefon, czy tez
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
AD20msp918 ADSL over ISDN modem control
software DMT technology