Лекція 7.: Формули Шенона і типи ліній передачі, в яких використовуються модеми: версія для друку і PDA В цій лекції приводяться формули Шенона для дискретного і аналогового каналів, розглядаються типи ліній передачі, в яких застосовуються модеми, а також характеристики цих ліній (перш за все – швидкість передачі даних).

У первинному сенсі модем (модулятор-демодулятор) – це пристрій, що перетворює цифрові дані від комп'ютера в аналогові сигнали перед їх передачею по послідовній лінії і, проводить після передачі зворотне перетворення. Основна мета перетворення полягає в узгодженні смуги частот, займаної сигналами, із смугою пропускання лінії передачі. Сигнали можуть займати всю смугу пропускання лінії передачі або її частину (при частотному розділенні каналів, наприклад, у разі організації повністю дуплексного обміну). Крім того, модеми повинні забезпечувати необхідну амплітуду і потужність сигналів для досягнення великого відношення сигнал/шум і, як наслідок обох перерахованих чинників (смуги частот і відношення сигнал/шум), можливо більшої швидкості передачі. Підкреслення основної (але не єдиної) виконуваної модемами функції в назві пристроїв даного типу історично пов'язане з найбільш поширеним варіантом підключення окремих комп'ютерів або локальних мереж до аналогової телефонної лінії і, через неї, до інших комп'ютерів і мереж, зокрема до глобальної мережі Інтернет. Можливо, проте, використання достатньо екзотичних ( принаймні, в даний час) ліній передачі (силова лінія електроживлення або система кабельного телебачення) і не менш екзотичних модемів для зв'язку комп'ютерів (і інших пристроїв), підключених до тієї ж лінії. Розвиваються цифрові телефонні мережі і мережі передачі даних, в яких функції модемів змінюються (зокрема, модуляція/демодуляція замінюється кодуванням), але базова назва, проте, зберігається. Ще 5 років тому важко було передбачити, що стануть практично доступними рішення, що забезпечують бурхливе зростання швидкості передачі інформації по звичайній аналоговій телефонній лінії (більш ніж в 200 разів для технології ADSL порівняно із стандартом V.34). І це в умовах, коли, здавалося б, всі резерви збільшення швидкості були вичерпані і досягнута теоретична межа швидкості, визначена теоремами Шенона! Без сумніву, методи і засоби обміну інформацією між локальними мережами (або окремими комп'ютерами) і глобальними мережами удосконалюватимуться і далі. Огляд доступних і перспективних технологій в цій області, представлений в даному розділі, має на меті не тільки їх порівняльний аналіз по характеристиках (перш за все, за швидкістю передачі інформації і відстані), але і пояснення принципів функціонування різних ліній передачі, в яких використовуються модеми, і забезпечується досягнення граничних характеристик. Формули Шенона для безперервного і дискретного каналів Формулами Шенона є математичні записи теорем кодування Шенона для дискретних і безперервних повідомлень, передаваних по каналах з обмеженою пропускною спроможністю на тлі шумів і перешкод. Канали залежно від типів сигналів на вході і виході прийнято ділити на дискретні, безперервні і змішані. У загальній структурній схемі каналу передачі (див. рис. 17.1) дискретними є канали від входу модулятора до виходу демодулятора і від входу кодера до виходу декодера. Безперервний (аналоговий) канал – це власне послідовна лінія передачі (телефонна лінія, скручена пара проводів, коаксіальний кабель і ін.). Дискретні канали не є незалежними від аналогового каналу, який часто утворює найбільш "вузьке місце" при передачі і через власну обмежену смугу пропускання, зовнішніх шумів і перешкод визначає загальну досяжну швидкість передачі (при заданому допустимому рівні помилок при прийомі). Мал. 17.1.  Загальна структурна схема каналу передачі: 1 – безперервний (аналоговий) канал; 2, 3 – дискретні канали Перш, ніж розглядати формули Шенона, доцільно звернутися до рис. 17.1 і пояснити функції окремих пристроїв. Кодер/декодер в конкретній системі може об’єднувати, на перший погляд, прямо протилежні функції. По-перше, кодер може бути використаний для внесення надмірності до передаваної інформації з метою виявлення впливу шумів і перешкод на приймальному кінці (там цим займається відповідний декодер). Надмірність виявляється в додаванні до передаваної корисної інформації так званих перевіркових розрядів, що формуються, як правило, апаратними засобами з інформаційної частини повідомлення. Відомо багато різних перешкодостійких кодів, причому найпростіший з них однобітовий (біт парності/непарності) далеко не завжди задовільно працює на практиці. Замість нього в локальних мережах використовуються контрольна сума або циклічний код (CRC – Cyclic Redundancy Check), що займає у форматі передаваного повідомлення 2 або 4 байти, незалежно від довжини в байтах інформаційної частини повідомлення. При великих об'ємах передаваної інформації доцільно стиснути її до передачі. В цьому випадку говорять вже про статистичне кодування. Тут доречна аналогія із звичайними програмами архівації файлів (типу arj, rar, pkzip і ін.), які широко використовуються при організації обміну в Інтернет. Якщо проблема з великими об'ємами інформації і після такого оборотного стиснення до кінця не вирішується, можна розглянути можливість необоротного стиснення інформації з частковою її втратою ("огрубленням"). Звичайно, тут не йде мова про відкидання частини цифрових даних, але по відношенню до зображень іноді можна піти на зниження роздільної здатності (числа пікселів) без спотворення загального виду "картинки". Зрозуміло, що обидва типи кодування (перешкодостійке надмірне кодування і статистичне кодування) служать, кінець кінцем, рішенню однієї задачі – підвищенню якості передачі як в сенсі відсутності або мінімального допустимого рівня помилок в прийнятому повідомленні, так і в сенсі максимального використання пропускної спроможності каналу передачі. У високошвидкісних модемах нерідко реалізуються обидва типи кодування. Що стосується функцій модулятора/демодулятора на рис. 17.1 то вони, як вже було сказано, включають узгодження смуги частот, займаної сигналами, із смугою пропускання лінії передачі. Крім того, вихідні каскади передавачів (після модуляторів) реалізують посилення сигналів по потужності і амплітуді, це один із засобів збільшення відношення сигнал/шум. Дійсно, ніщо (окрім, мабуть, техніки безпеки) не примушує розробників дотримуватися в аналоговому каналі таких жорстких обмежень сигналів по амплітуді, як в дискретних (цифрових) каналах (від 0 до +5В при використанні апаратури в стандарті ТТЛ). Наприклад, для поширеного стандарту послідовного порту комп'ютера RS-232C передбачена "вилка" амплітуд від –(3...12) В до +(3...12) У. Звичайно, це стосується амплітуд поблизу передавача, тоді як поблизу приймача амплітуда сигналів може бути істотно ослаблена. Формула Шенона для безперервного (аналогового) каналу достатня проста: Vмакс= f*log2(1+S/N). (1) де Vмакс – максимальна швидкість передачі (біт/сек) f – смуга пропускання лінії передачі і, одночасно, смуга частот, займана сигналами (якщо не використовується частотне розділення каналів), S/N – відношення сигнал/шум по потужності. Графік цієї залежності приведений на рис. 17.2(формулі Шенона відповідає крива під назвою "теоретична межа"). Мал. 17.2.  Залежність максимальної швидкості передачі Vмакс для аналогової лінії від відношення сигнал-шум по потужності S/N Під шумом розуміється будь-який небажаний сигнал, зокрема зовнішні перешкоди або сигнал, що повернувся до передавального пристрою, – можливо і модему – в результаті віддзеркалення від протилежного кінця лінії. Самі по собі зосереджені перешкоди не так істотно обмежують пропускну спроможність аналогового каналу, як непередбачуваний в кожен момент часу білий шум Гауса. "Розумні" високошвидкісні модеми уміють, як буде відмічено надалі, визначати рівень і затримку "своїх" відбитих сигналів і компенсувати їх вплив. Формула Шенона для багатопозиційного дискретного каналу, побудованого на базі попереднього безперервного каналу, за відсутності помилок при прийомі, має наступний вигляд: Vмакс=2* f*log2n. (2) Тут n – загальне число варіантів дискретного (цифрового) сигналу (алфавіт). Якщо за час однієї посилки (тривалість елементарного аналогового сигналу типу відрізання синусоїди) передається інформація про до двійкових розрядах, то n=2k. Практично розширення алфавіту для дискретних сигналів приводить до появи все менш помітних елементарних посилок, так що величина n обмежується зверху все тим же відношенням сигнал/шум S/N в аналоговому каналі. При обліку помилок при прийомі формула Шенона для багатопозиційного дискретного каналу, побудованого на базі безперервного каналу, має наступний вигляд: Vмакс=2* f*[log2n + pош*log2(pош/(n – 1))+ (1 – pош)*log2(1 – pош)]. (3) Тут pош – відношення числа бітів, прийнятих з помилками, до загального числа переданих бітів за час спостереження, теоретично, що прямує до нескінченності, а практично достатній для набору статистики. Згідно стандарту ITU-T для телефонних повідомлень повинна виконуватися умова pош 3*10-5, а для цифрових даних pош 10-6 (в окремих випадках для критичних даних цей поріг зменшують до 10-9). При виконанні вимог стандартів впливом помилок при прийомі на максимально-допустиму швидкість передачі можна повністю нехтувати і від співвідношення (3) перейти до простішого співвідношення (2). У окремому випадку бінарного каналу (k=1, n=2) при pош=1/2 із співвідношення (3) виходить, що Vмакс=0, а при pош 0 і при pош 1 Vмакс=2* f. Фізичний сенс такої залежності полягає в тому, що при pош=1/2 прийнятий сигнал не містить корисної інформації (кожен з прийнятих бітів може виявитися помилковим). При pош 1 (гіпотетичний випадок, що має суто теоретичний інтерес) кожен біт з великою вірогідністю інвертується і частка корисної інформації знову зростає. Формули Шенона показують, що найбільш ефективний спосіб підвищення максимальної швидкості передачі Vмакс полягає в збільшенні смуги пропускання лінії передачі f (Vмакс f). Логарифмічна залежність Vмакс від відношення сигнал/шум S/N робить цей шлях підвищення Vмакс набагато менш перспективним і більш трудомістким. Проте на практиці рідко можливий вільний вибір лінії передачі, який з погляду реалізації максимальної швидкості передачі однозначно зводиться до використання оптоволокна (ВОЛС). На практиці найчастіше є телефонна лінія, по якій і потрібно організувати передачу із застосуванням модемів. Аналогова телефонна лінія (точніше, тракт передачі, що функціонує на цій лінії, з урахуванням фільтрів) має фіксовану смугу пропускання f = 3400 – 300 = 3100 Гц, тому доводиться боротися саме за підвищення відношення сигнал/шум. Добрий результат сам по собі не гарантований, оскільки мова йде про реалізації можливостей, близьких до теоретичної межі. Практична межа відношення сигнал/ шум в аналоговій телефонній лінії складає приблизно 35 дБ (більше 3000 разів по потужності або більше 56 разів по амплітуді), що відповідає максимальній швидкості Vмакс 34822 біт/сек (стандартне значення, що реалізовується на практиці, 33600 біт/сек). Популярні в даний час 56К – модеми реалізують заявлену швидкість тільки в один бік – від провайдера (з мережі) до користувача і лише за умови роботи провайдера безпосередньо на цифровій, декілька більш широкосмуговій, лінії передачі (чудес не буває!). Типи ліній передачі, в яких використовуються модеми (варіанти вирішення проблеми "останньої милі") Прокладення по всіх правилах структурованих кабельних систем (СКС) для новостворюваних або реорганізованих комп'ютерних мереж – безумовно, корисний, але, одночасно, і дорогий захід, що вимагає великих первинних витрат на проведення капітальних робіт. З цієї причини виробники апаратних мережевих засобів освоюють вже існуючі або створювані лінії передачі, більшість з яких не призначені спочатку для з'єднання комп'ютерів в мережі. Для роботи на таких лініях зазвичай потрібні специфічні модеми. Порівняно із звичайними телефонними модемами ці модеми, як правило, дорожчі не в останню чергу із-за обмеженого об'єму їх випуску. В той же час вони як і раніше служать для перенесення спектру передаваних сигналів в смугу робочих частот лінії передачі, виділену для організації обміну по мережі. По термінології, що склалася, різні методи і засоби передачі інформації на ділянці від провайдера, що надає доступ до послуг глобальної мережі, до кінцевого користувача, прийнято називати варіантами вирішення проблеми "останньої милі". Якість з'єднання на цій ділянці і його довжина істотним чином позначаються на ступені наближення реально досяжної швидкості обміну для кінцевого користувача до номінальної швидкості для даної технології. Нижче представлений короткий огляд ліній передачі, в яких використовується модемний зв'язок, і приводяться досягнуті в даний час технічні характеристики відповідних модемів (в першу чергу – швидкість передачі). Однопровідна лінія – найпростіша з можливих ліній послідовної передачі даних (див. рис. 17.3). Через велике територіального віддалення передавача від приймача в мережі (до декількох сотень метрів або навіть понад кілометра) виникає помітна різниця потенціалів між точками заземлення апаратури і зростає вплив перешкод, що нічим не компенсуються. Тому на практиці такі лінії передачі в мережах не використовуються. Мал. 17.3.  Однопровідна лінія передачі (при сімплексному режимі обміну даними) Звичайну лінію силового електроживлення на 220 В (електропроводку) останнім часом успішно використовують для організації двонаправленої системи домашньої автоматики, що зв'язує різні побутові прилади (освітлювальні прилади, пральну машину, телевізор і ін.) і датчики (температури, споживаної потужності і ін.). Мета полягає як в управлінні цими приладами, так і в сигналізації про небезпечні ситуації (пожежа, витік газу і так далі). "Побічне" використання електропроводки для організації домашньої локальної мережі напрошується само собою, проте при цьому треба мати на увазі далеко не ідеальні характеристики такої лінії. Вимірювання на реальних лініях електропроводки в діапазоні частот 100...150 кГц, найбільш перспективному для передачі даних, показали істотний розкид модуля імпедансу лінії (1,5...80 Ом), загасання (2...40 дБ) і рівня шуму (до –15 дБ). Ці характеристики істотно залежать від кількості одночасно включених побутових приладів. Для організації домашньої локальної мережі, що використовує лінію електропроводки, необхідні спеціальні модеми (power line modems). Спочатку швидкість передачі інформації по лінії електропроводки була невисокою – до 10 Кбіт/c або дещо більше. У такій мережі пристрої обмінюються даними приблизно з такими ж швидкостями, неначебто це відбувалося в мережі Інтернет, хоча і знаходяться в сусідніх приміщеннях. Це не так важливо при обміні цифровими даними, проте може створювати проблеми при передачі оцифрованої мови і зображень (особливо динамічних). Недавно з'явився промисловий стандарт передачі даних по побутовій мережі з швидкостями передачі, характерними для мереж Ethernet (до 14 Мбіт/с). Раніше область дії звичайної мережі домашньої автоматики обмежувалася відстанню до розподільного трансформатора. Новим стандартом передбачена можливість підключення локальної мережі на основі електропроводки безпосередньо до Інтернет (минувши телефонну мережу). У деяких країнах Європи (Німеччина, Австрія) така можливість, хай і в обмеженому масштабі, вже реалізована на практиці. Двопровідна телефонна лінія в межах окремих будівель є простий двожильний дріт (симетричний кабель), але і це вже прогрес в порівнянні з розглянутою раніше однопровідною лінією, оскільки відлік прийнятого сигналу ведеться не від потенціалу "землі", а від другого дроту в лінії. У таких лініях просто організовується сімплексний і напівдуплексний режим обміну даними, тоді як дуплексний обмін можливий тільки ціною зниження швидкості передачі (при частотному або мчасовому розділенні "прямого" і "зворотного" каналів). Якщо врахувати обмежену смугу пропускання аналогової телефонної лінії, то виділення в ній "прямого" і "зворотного" каналів з рівними швидкостями обміну в обох напрямах опиняється неефективним рішенням. Правда іноді потрібно передавати в одному з напрямів службову інформацію (повідомлення про стан віддаленого модему, його режимах роботи і ін.), для якої швидкість передачі некритична. Тоді паралельний канал може бути організований практично без втрати швидкості по основному каналу. Чотирипровідна телефонна лінія долає недолік звичайної двопровідної лінії, оскільки дозволяє організувати дуплексний обмін без втрати швидкості в обох напрямах. Проте лінії такого типу не так широко поширені, як двопровідні (тим більше в Росії). Багатопарний телефонний кабель використовується в магістральній частині телефонної лінії (для зовнішніх з'єднань) і відрізняється від "внутрішніх" телефонних ліній більшою смугою пропускання, яка необхідна для ущільнення безлічі телефонних каналів. Лінії на основі коаксіального кабелю, застосовуються в системах кабельного телебачення (CATV), подібні до з'єднань в багатьох локальних мережах. У цих лініях використовується ще один тип спеціалізованих модемів, що "заслужили" власну назву: cable modems. Звичайний телевізійний сигнал і цифрові дані при передачі по кабелю повинні бути рознесені по різних частотних діапазонах. Тому збільшення швидкості не таке помітне, як в локальних мережах, що монопольно використовують високочастотні кабелі (100 Мбіт/с в мережах типу Fast Ethernet і ін.). Компромісне рішення для локальних мереж, заснованих на системах кабельного телебачення, полягає у виборі нерівних швидкостей при передачі запитів від користувача в мережу (до 10 Мбіт/с) і при отриманні інформації у зворотному напрямі (до 40 Мбіт/с). Безумовно друга швидкість важливіша. Основні області застосування модемів даного типу – доступ до Інтернет, передача видео- і аудіо-трафіка, IP-телефонія (голос і факси) по віртуальних приватних мережах (VPN). Цифрові абонентські лінії (DigitalSubscriberLoop – xDSL) поступово витісняють аналогові телефонні лінії. Загальні переваги від переходу до цифрових методів обробки сигналів в даному випадку доповнюються помітним збільшенням максимально доступної швидкості передачі і реалізацією постійних (некомутованих) з'єднань. Деякі з варіантів xDSL вимагають використання чотирипровідної лінії, інші можуть функціонувати на звичайних двопровідних лініях. Це дозволяє організувати високошвидкісну передачу даних, не удаючись до заміни старих абонентських ліній і прокладки нових виділених каналів. Підвищення швидкості досягається за рахунок повнішого використання смуги пропускання лінії і ускладнення алгоритму обробки передаваної інформації, зокрема її ущільнення. При цьому необхідна заміна устаткування в магістральній частині лінії і застосування xDSL – модемів з боку користувача і провайдера. Різні варіанти xDSL – технологій перераховані нижче: HDSL – високошвидкісні цифрові абонентські лінії; ADSL – асиметричні цифрові абонентські лінії; ISDL – ISDN цифрові абонентські лінії; SDSL – симетричні високошвидкісні цифрові абонентські лінії; VDSL – Very HDSL; RADSL – цифрові абонентські лінії з підстроюванням швидкості передачі даних; UADSL – універсальні асиметричні цифрові абонентські лінії. Найбільш "старі" ISDN цифрові абонентські лінії з'явилися за кордоном близько 20-ти років тому. При роботі на 2-дротяній лінії вони забезпечують для користувача швидкість передачі до 128 Кбіт/с (потік даних в лінії до 160 Кбіт/с). У наший країні найбільшого поширення набули 2 варіанти xDSL – технологій: ADSL, для якої швидкість потоку даних у бік користувача (абонента) складає від 8 до 1,5 Мбіт/с, а у зворотний бік – від 1,5 Мбіт/с до 640 Кбіт/с. На практиці із-за зниження якості ліній на ділянці "останньої милі" і впливу перехресних перешкод реальна швидкість у бік користувача може опинитися нижче 1 Мбіт/с. SDSL, для якої швидкість в обох напрямах досягає 2 Мбіт/с (реально по Москві середня швидкість складає 1,5 Мбіт/с). Лінії на основі оптоволоконного кабелю практично знімають швидкісні обмеження для всіх видів інформації (включаючи динамічні зображення високого розділення). Це – технологія майбутнього, яка не знайшла широкого застосування в районах з інфраструктурою, що вже склалася. Причина в тому, що необхідно вкладати додаткові засоби в організацію "останньої милі". Часто прокладку оптичних мереж робить неможливою архітектура побудованих кілька років тому будівель. У таких випадках набагато дешевше застосовувати старий і перевірений xDSL. При будівництві ж нових будівель оптичні технології "останньої милі" міцно зайняли свою нішу і реально використовуються в країнах Південно-східної Азії і континентальної Америки. Безпровідні (радіо-) лінії привабливі для тих користувачів, які не мають фіксованого робочого місця (що вчаться в інститутах і університетах, інженери на виробництві і так далі). Зазвичай в локальній мережі стаціонарні дротяні ділянки (сегменти) поєднуються з віддаленими користувачами або сегментами, що обслуговуються за допомогою радіо-модемів (radio modems). Висока частота несе (2000...2500 Мгц) вибирається з умови малого впливу на передавану інформацію погодних умов. Можливі також варіанти з використанням інших діапазонів, розташованих як нижче, так і вище по осі частот. Смуга використовуваних частот, яка визначає досяжну швидкість передачі, обмежена як із-за впливу перешкод, так і унаслідок загальної зайнятості радіо-діапазонів. В результаті максимальна швидкість передачі по безпровідних лініях складає приблизно 2 Мбіт/с. Слід відмітити, що безпровідний зв'язок на високих частотах (зверху 900 Мгц) стійко працює тільки в умовах прямої видимості абонентів (відсутність перешкод для радіохвиль) на відстані до 50 км. Лінії передачі з використанням штучних супутників Землі як ретранслятори сигналів в глобальних або регіональних комп'ютерних мережах в цілому нагадують наземні варіанти безпровідних ліній. Для передачі у різних напрямах тепер використовуються дві несучі частоти: 6/4 ГГЦ (інший варіант – 14/12 Ггц). Проте швидкість передачі зазвичай не перевищує 50 Мбіт/с. Основна проблема в таких лініях пов'язана з помітною тимчасовою затримкою сигналів, передаваних по довгому маршруту. Наприклад, при числі працюючих абонентів, рівному 100, використовується алгоритм тимчасового розділення каналів (TDMA) приводить до величини тимчасової затримки 100*2*(37100 км/300000 км/с) 24 с. Для компенсації цієї затримки, що створює дискомфорт при "живому" спілкуванні, використовуються спеціальні наземні станції-накопичувачі інформації SDU (Satellite Delay compensation Unit). Перерахування ліній передачі, в яких застосовуються модеми, можна продовжити. Варто згадати технології HPNA (Ethernet на телефонній лінії) і Bluetooth (високошвидкісна безпровідна технологія). Проте стоїть питання про те, яка із згаданих або що ще "не заявила" про себе технологій знайде широке застосування на практиці – це проблема прогнозування, яке не може дати відповідь з 100-процентною гарантією за визначенням. Окрім обмеженої розвиненості ліній (наприклад, вітчизняні телевізійні кабельні мережі), стримуючими чинниками можуть бути технічні особливості окремих ліній (зокрема, обмеження області дії мережі на основі силової проводки межами тих приміщень, які "харчуються" від одного силового трансформатора). Як вже наголошувалося, вартість специфічних модемів (типу power line modems, cable modems або radio modems) в даний час достатньо висока порівняно з вартістю звичайних телефонних модемів. Нарешті, такі глобальні лінії передачі, які використовують штучні супутники Землі, не завжди доступні рядовому користувачеві, хоча неявно їх експлуатують багато користувачів Інтернет. З достатньою упевненістю можна стверджувати, що в найближчі декілька років у вітчизняних умовах переважатимуть рішення на основі звичайної телефонної лінії, тобто модеми, що задовольняють стандартам V.34, V.90 і V.92. Продуктивніші підключення по цифрових лініях xDSL спочатку почнуть широко використовуватися в корпоративних мережах, а потім, у міру зниження цін – також і рядовими користувачами. Цей прогноз може скоректувати появу в найближчому майбутньому доступних (зокрема за ціною) оптоволоконних ліній і апаратури для передачі по них даних (як у провайдерів, так і у кінцевих користувачів), що в даний час представляється маловірогідним. Серед найбільш поширених при модемному зв'язку телефонних ліній є такі їх різновиди і такі режими роботи, які, знову ж таки, не завжди доступні на практиці. Нижче в двох колонках представлені бажані типи і режими роботи телефонних ліній, а справа – доступні широкому кругу користувачів (стосовно вітчизняних умов). Чотирипровідні телефонні лінії Двопровідні телефонні лінії Виділені (leased) лінії Перемкнуті (switched) лінії Багатоточкові (many-points) лінії Двоточкові (point-to-point) лінії Лінії з тональним набором номера (tone dial) Лінії з імпульсним набором номера (pulse dial) У сучасних стандартах для модемів (наприклад, в стандарті V.34) передбачається можливість роботи на двопровідних перемкнутих двоточкових лініях, широко поширених у всьому світі. При роботі на виділених лініях, оренда яких через високі ціни вважається виправданою тільки при достатньо високому і постійному в часі завантаження (трафіку), а також при використанні досить популярних ліній з тональним набором номера істотно знижується рівень перешкод, і більш повно реалізуються швидкісні можливості модемів. Багатоточкові лінії забезпечують додатковий сервіс – можливість одночасного підключення до лінії декількох користувачів для проведення так званих "селекторних нарад", у відмінності від багатоточкового з'єднання, що трапляється іноді, в звичайній лінії з прослуховуванням сторонніх абонентів. Відносно якості вітчизняних телефонних ліній висловлюються обгрунтовані претензії, пов'язані із спотвореннями сигналів із-за безлічі чинників. Значну частку спотворень вносять абонентські лінії: загасання (зменшення потужності) корисного сигналу; зміна амплітудно-частотної характеристики в порівнянні із стандартними вимогами (зміна потужності сигналу залежно від частоти), причому високочастотні сигнали затухають сильніше; імпеданс лінії при нормативі 600 Ом ±20% у реальних лініях може лежати в діапазоні від 400 до 1800 Ом. Це означає, що перевагу мають модеми з перебудовуваним вихідним опором; постійна напруга зсуву (та, завдяки якому працюють мікрофони) може мати значні відхилення від номіналу. При міжміському зв'язку найбільший вплив роблять ділянки переприймання, в яких відбувається перетворення сигналів з високочастотних, передаваних по магістральних лініях з використанням частотного ущільнення каналів, в сигнали звукового діапазону 300..3400 Гц і навпаки. Загальне число таких ділянок може доходити до 8....12. Спотворення, що вносяться, багато в чому залежать від якості настройки смугових фільтрів на телефонних станціях. Основні спотворення: фазочастотні спотворення (відхилення групового часу проходження щодо його значення на частоті 1900 Гц); додаткові амплітудно-частотні спотворення (загасання на краях смуги пропускання); зсув несучої частоти (спектр сигналу рівномірно зміщується на декілька герц); джиттер фази (тремтіння фази по періодичному або випадковому закону); скачки фази (випадковий потік стрибкоподібних змін початкової фази сигналу). Існує ще цілий ряд спотворень, які можуть виникнути на всьому шляху сигналу: шуми, імпульсні перешкоди, завмирання сигналу – тимчасове зменшення його потужності до рівня нижчого за розпізнавання модемом, коливання амплітуди і ін. "Відповідь" модему на всі ці спотворення, незалежно від їх природи і місця виникнення, одна і та ж – зниження реальної швидкості передачі, аж до тимчасового припинення зв'язку в процесі автоматичної адаптації модему до характеристик лінії (див. подальші пункти даного розділу). Так, якщо розглядати вплив на швидкість передачі тільки відношення сигнал-шум по потужності S/N, то, як випливає з графіка на рис. 17.2 навіть для досягнення порівняно "скромної" швидкості на рівні 10 Кбіт/с відповідно до стандарту V.34 необхідне відношення сигнал-шум повинно бути більше 15 дБ. Вимірювання на реальних вітчизняних телефонних лініях, особливо при міжміському зв'язку, показують можливість зниження відношення сигнал-шум і до менших величин.

скачати