Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Laboratorium Teletechniki Skrypt do ćwiczenia T.17 Tryb 2 modemu CCITT V.23 ( bodów) 1
1. Tryb 2 modemu CCITT V.23 ( bodów) Ćwiczenie to ma na celu wyjaśnienie zasady działania modemu FSK pracującego w trybie 2 standardu CCITT V.23 oraz porównanie dwóch standardów: CCITT V.23 i Bell 202. Wykonanie tego ćwiczenia umożliwia również poznanie funkcji sygnałów występujących w tego typu urządzeniu. 1.1 Część teoretyczna Wstęp Zarówno CCITT V.23 (pracujący w trybie 2) jak i Bell 202 są modemami półdupleksowymi o prędkości transmisji bodów ( ). Częstotliwości znaczące górna i dolna używane przez te modemy są przedstawione w tabeli 1.1. Różnica częstotliwości sygnałów niosących dane o poziomach wysokim oraz niskim wynosi w przypadku modemu CCITT V.23 800Hz, natomiast w modemie Bell 202 1000Hz. Dla obu modemów wyższa częstotliwość reprezentuje stan niski. Typ modemu CCITT V.23 Tryb2 Kanał Główny Kanał Powrotny BELL 202 Kanał Główny Kanał Powrotny (ASK) Szybkość transmisji Częstotliwości znaczące 1 logicznej 0 logicznego Bity/s Hz Hz 75 5 1300 390 387 Tabela 1.1. Modemy półdupleksowe. 2100 450 2200 fala nośna Niektóre modemy CCITT V.23 mają jeszcze jeden tryb pracy (tryb 1). Tryb ten wykorzystuje mniejszą prędkość transmisji (600 ) i jest używany w przypadku kiedy parametry linii nie są wystarczająco dobre do komunikacji z prędkością. Sygnał FSK zajmuje większość dostępnej szerokości pasma standardowego dwuprzewodowego łącza telefonicznego. Widmo takiego sygnału (w kanale głównym) jest pokazane na rysunku 1.1. Pozostała szerokość pasma jest użyta jako kanał powrotny dla powolnej transmisji danych w kierunku przeciwnym. Dostępna szerokość pasma Moc Kanał powrotny Kanał główny fm fs fm fs Częstotliwość Rysunek 1.1. Podział pasma dostępnego na kanały w przypadku transmisji półdupleksowej. Kanał powrotny jest wykorzystywany przez modem odbierający informacje w kanale głównym do przesłania danych lub sygnałów potwierdzających. W transmisji dwuprzewodowej sygnały z kanału głównego i kanału powrotnego są łączone w jeden sygnał złożony. Przy odbiorze duplekser modemowy wydziela z sygnału złożonego sygnał odbierany, który następnie jest kierowany do demodulatora. Duplekser jest w stanie dokonać 2
rozdzielenia sygnału odbieranego ze względu na to, że do jego wejść doprowadzone są sygnały: złożony oraz nadawany. Układ o nazwie ang. Balancing Networks zapewnia poprawne połączenie elektryczne układu nadawczego i odbiorczego z linią telefoniczną oraz właściwą impedancję interfejsu liniowego widzianą od strony linii. Główna różnica między modemami CCITT V.23 (Tryb 2) i Bell 202 tkwi w transmisji kanałem powrotnym. Jak pokazano w Tabeli 1.1, modem V.23 używa transmisji FSK o niewielkiej szybkości 75. Natomiast Bell 202, używa transmisji w kanale powrotnym o bardzo małej prędkości 5. Rysunek 1.2 pokazuje, że wymiana danych z dużą prędkością (w kanale głównym) jest możliwa, ale nie w tej samej chwili. Proces odwrócenia kierunku szybkiej transmisji danych, zwany cyklem przesyłowym łącza wymaga pewnego czasu podczas którego żadna wymiana danych nie jest możliwa. MODEM A Kanał główny Kanał powrotny 5-75 MODEM B a) Modem A transmituje do modemu B MODEM A Kanał główny Kanał powrotny 5-75 MODEM B b) Modem B transmituje do modemu A (po cyklu przesyłowym łącza) Rysunek 1.2. Transmisja półdupleksowa. Dla transmisji pełnodupleksowej czteroprzewodowej konieczne są dwie linie dwuprzewodowe. Wtedy modemy mogą transmitować dane z dużą prędkością w obu kierunkach jednocześnie, co zostało pokazane na rysunku 1.3. Ze względu na zastosowanie dwóch linii, użyte częstotliwości mogą być identyczne dla obu kierunków. Ten rodzaj transmisji danych nie wymaga wykorzystania mechanizmu odwrócenia kierunku transmisjicyklu przesyłowego łącza. MODEM A Linia Dwuprzewodowa Linia Dwuprzewodowa MODEM B Rysunek 1.3. Transmisja pełnodupleksowa z wykorzystaniem dwóch linii dwuprzewodowych-transmisja czteroprzewodowa. Sygnały kontrolne w kanale powrotnym. Modemy półdupleksowe wykorzystują oddzielne sygnały kontrolne do sterowania transmisją informacji w kanale powrotnym. Sygnały te są identyczne z sygnałami kontrolnymi kanału głównego, jednakże są stosowane tylko do kanału powrotnego. Dla przypomnienia: kreska nad skrótem nazwy sygnału kontrolnego wskazuje, że sygnał kontrolny jest aktywny w stanie niskim. Na przykład: RTS (ang. Request To Send - Żądanie Nadawania) sprawdza transmisję sygnału TC w kanale głównym a BRTS (ang. Back Request To Send) sprawdza transmisję sygnału TC w kanale powrotnym. Dla modemu wywołującego, który nadaje dane w kanale głównym (a odbiera w kanale powrotnym), RTS musi być w stanie niskim a BRTS musi być w stanie wysokim. Natomiast dla modemu wywoływanego, który przesyła dane w kanale powrotnym (a odbiera w kanale głównym), sygnał BRTS musi być w stanie niskim a RTS musi być w stanie wysokim. 3
Jeżeli każdy modem zawiera tylko jeden modulator, to nie może nadawać na obu kanałach (głównym i powrotnym) równocześnie. Z tego powodu specjalny układ zapobiega jednoczesnemu wystąpieniu jednakowych stanów sygnałów RTS i BRTS. Sygnały kontrolne CTS (ang. Clear To Send) i BCTS (ang. Back Clear To Send) informują DTE kiedy należy rozpocząć wysyłanie danych do modemu dla transmisji kanałem głównym lub kanałem powrotnym. Jest to ważne podczas cyklu przesyłowego łącza, by zapobiec zagubieniu danych. Na przykład: jeśli modem nadaje w kanale głównym, sygnał RTS jest w stanie niskim, a BRTS w stanie wysokim. Aby zainicjować cykl przesyłowy łącza, DTE ustawia RTS w stan wysoki, a następnie BRTS w stan niski. Jednakże dopasowanie sygnału TC do częstotliwości kanału powrotnego wymaga pewnego czasu. Aby zapobiec przedwczesnemu nadawaniu, DTE przed wysłaniem danych w kanał powrotny czeka na ustawienie sygnału BCTS w stan niski. Sygnały kontrolne używane przez modulator i demodulator modemów CCITT V.23 (Tryb 2) i Bell 202 zostały przedstawione poniżej, wraz ze skrótami, pełnymi nazwami oraz odpowiadającymi im punktami testowymi (TP- ang. test point). Wszystkie sygnały kontrolne kanału powrotnego zaczynają się od litery B. W przypadku potrzeby pełnej nazwy lub funkcji poszczególnych sygnałów kontrolnych, należy odnieść się do poniższego wykazu. Jeśli jest to możliwe, należy zapamiętać pełne nazwy odpowiadające każdemu skrótowi. Sygnały modulatora: TD Dane transmitowane (TP1). Dane pochodzące z interfejsu cyfrowego przygotowywane do transmisji przez modem w kanale głównym. BTD Dane transmitowane w kanale powrotnym (TP7). Dane pochodzące z interfejsu cyfrowego przygotowywane do transmisji w kanale powrotnym. TC Transmitowany sygnał nośny (TP12). Sygnał pochodzący z analogowego wyjścia modulatora (sygnał FSK) przeznaczony do transmisji. Sygnał TC jest obecnym tylko wtedy, gdy DTR i RTS albo DTR i BRTS jest w stanie niskim. Sygnały kontrolne: DTR Sygnał potwierdzający gotowość terminala danych DTE (TP2). Sygnał kontrolny od urządzenia DTE. Kiedy urządzenie DTE jest gotowe do transmisji i/lub odbioru danych, to wytwarza sygnał DTR poziomu niskiego, co uaktywnia modem. Natomiast wysoki poziom tego sygnału dezaktywuje wszystkie funkcje modemu. RTS Sygnał żądania nadawania (TP3). Sygnał od urządzenia DTE, który sygnalizuje jego gotowość do transmisji danych. Niskiego poziomu RTS zleca modemowi, by zaczął transmitować sygnał TC z częstotliwością kanału głównego, a to po krótkim opóźnieniu powoduje ustawienie sygnału CTS na poziom niski. Sygnał RTS musi pozostać w stanie niskim w czasie trwania transmisji danych. BRTS Sygnał żądania nadawania dla kanału powrotnego (TP8). Niskiego poziomu BRTS zleca modemowi, by zaczął transmitować sygnał TC z częstotliwością kanału powrotnego, a to po krótkim opóźnieniu powoduje ustawienie sygnału BCTS w stan niski. Sygnał BRTS musi pozostać w stanie niskim w czasie trwania transmisji danych. CD Wykrycie fali nośnej (TP4). Niski poziom tego sygnału na wyjściu sygnalizuje, że na wejściu RC demodulatora został wykryty prawidłowy sygnał nośny kanału głównego. 4
BCD Wykrycie fali nośnej kanału powrotnego (TP9). Niski poziom tego sygnału na wyjściu sygnalizuje, że na wejściu RC demodulatora został wykryty prawidłowy sygnał nośny kanału powrotnego. CTS Gotowość do nadawania (TP5). Sygnał ten przyjmuje poziom niski na wyjściu, wkrótce po przejściu sygnału RTS w stan niski, który informuje urządzenie DTE, że modem jest gotowy do transmisji w kanale głównym. BCTS Gotowość do nadawania kanału powrotnego (TP10). Sygnał ten przyjmuje poziom niski na wyjściu, wkrótce po przejściu sygnału RTS w stan niski, który informuje urządzenie DTE, że modem jest gotowy do transmisji w kanale powrotnym. RI Wskaźnik wywołania RI (TP13). W wyniku otrzymania sygnału od detektora sygnału połączenia wejście to pozwala modemowi automatycznie odpowiedzieć na zainicjowanie połączenia. LB Pętla zwrotna (TP14). Pojawienie się stanu wysokiego na tym wejściu ustawia modem w tryb pętli zwrotnej. Sygnały demodulatora: RC - Fala nośna sygnału odebranego (TP15). Sygnał ten pojawia się na wejściu jako analogowy sygnał FSK odebrany od dupleksera (w przypadku linii dwuprzewodowej) lub bezpośrednio z linii telefonicznej (w przypadku linii czteroprzewodowej). RD Dane odebrane (TP6). Dane odzyskane przez zdemodulowanie otrzymanego sygnału FSK odebranego z kanału głównego. BRD Dane odebrane dla kanału powrotnego (TP11). Dane odzyskane przez zdemodulowanie otrzymanego sygnału FSK odebranego z kanału powrotnego. Dygresja: Kiedy przełącznik SELECT interfejsu cyfrowego jest w pozycji TTL, wejście TTL jest używane dla obu sygnałów TD i BTD. Podobnie wyjście TTL jest używane dla obu sygnałów RD i BRD. 1.2 Część praktyczna Opis ćwiczenia Ćwiczenie to pozwala na poznanie zasady działania modemu CCITT V.23 w trybie 2 używającego statycznego trybu pracy. Na Rysunku 1.4 zostały pokazane elementy wykorzystywane w ćwiczeniu. Składają się na nie: - Zasilacz / Wzmacniacz Dwukanałowy (ang. Power Supply/Dual Audio Amplifier) - Dwukanałowy Generator Funkcji (Generator DFG ang. Dual Function Generator) - Licznik Częstotliwości (ang. Frequency Counter) - Cyfrowy System Obudowy (ang. Digital System Enclosure) - Generator Sygnału Zegarowego (Generator CG ang. Clock Generator) - Generator Przypadkowego Kodu Binarnego (Generator PRBSG ang. Pseudo- Random Binary Sequence Generator) - Filtr Dolnoprzepustowy (Filtr LAF ang. Lowpass Audio Filter) - Przerywacz Sygnału / Selektor (ang. Signal Interruptor/Selector) - Modem FSK - Oscyloskop - Analizator Widma - Wirtualny Interfejs Aparatury Pomiarowej (ang. Virtual Test Equipment Interface) W zależności od położenia przycisku MANUAL Generator CG może pracować w trybie ręcznym i podawać sygnał danych w postaci bitowej. Taki rodzaj pracy pozwala na 5
zmierzenie częstotliwości znaczącej górnej i dolnej sygnału FSK wykorzystywanego w obu kanałach (głównym i powrotnym). W takim przypadku modem FSK musi być ustawiony w tryb transmisji pełnodupleksowej. Rysunek 1.4 przedstawia schemat układu pomiarowego. Wyjście B (Sync/TTL) Dwukanałowego Generatora Funkcji podaje sygnał zegarowy na Generator Przypadkowego Kodu Binarnego (Generatora PRBSG). Częstotliwość tego sygnału zegarowego ( Hz) jest równoważna prędkości transmisji ( ) sygnału danych generowanego przez Generator PRBSG. Sygnał danych jest doprowadzony do wejścia TTL cyfrowego interfejsu modemu FSK stając się sygnałem TD (Dane transmitowane). Modem używa sygnału TD do wygenerowania sygnału TC, który można zaobserwować w trybie dwuprzewodowym na złączu B In/Out interfejsu linowego. modulacji częstotliwości (kanał A) Generator DFG Wyjście A Audio Filtr Dolnoprzepustowy Wyjście Audio SYNC/TTL Wyjście B Zegarowe Generator PRBSG TTL interfejsu cyfrowego Wyjście PRBS Modem FSK Punkty testowe Wejścia/Wyjścia B Interfejsu Liniowego Generator CG Wyjście 2 Licznik Częstotliwości Przerywacz Sygnału/ Selektor Selektor 1 Selektor 2 Kanał 1 Oscyloskop Kanał 2 Rysunek 1.4. Schemat obwodu do obserwowania półdupleksowej pracy modemu FSK. Generator DFG jest użyty także do wygenerowania sygnału FSK w kanale powrotnym. Dokonuje się tego przez podanie przebiegu prostokątnego o częstotliwości 37,5 Hz z Generatora CG na wejście modulacji częstotliwości (Kanał A) Generatora DFG. Ponieważ każdy cykl sygnału prostokątnego (stan wysoki, stan niski) odpowiada dwóm bitom (1 i 0) prędkość transmisji tego sygnału wynosi 75. Generator DFG wytwarza sygnał prostokątny zmieniający się pomiędzy stanem wysokim i niskim. Zgodnie z tymi zmianami otrzymuje się przełączanie pomiędzy częstotliwościami znaczącymi górną, oraz dolną sygnału FSK w kanale powrotnym, który uzyskuje się na wyjściu A. Sygnał FSK z Generatora DFG jest filtrowany w filtrze dolnoprzepustowym. Wyjście AUDIO Filtru Dolnoprzepustowego jest połączone ze złączem B (In/Out w trybie dwuprzewodowym) modemu FSK (przez interfejs liniowy). Modem ten nie odbiera sygnału FSK od Generatora DFG kiedy gałka GAIN Filtru Dolnoprzepustowego jest skręcona na minimum MIN. W momencie gdy wzmocnienie GAIN jest zwiększone modem odbiera sygnał FSK. Modem odbiera sygnał FSK w postaci sygnału RC, który następnie jest demodulowany. Po zdemodulowaniu tego sygnału otrzymuje się ostatecznie dane w postaci sygnału RD. Ćwiczenie to ma na celu obserwację związków pomiędzy sygnałami kontrolnymi, danymi i falą nośną, z naciskiem na sygnały kontrolne używane w kanale powrotnym. Z uwagi na to, że modem FSK będzie pracował bez nadzorującego terminala danych sygnały kontrolne DTR i RTS będą ustawiane ręcznie przy pomocy przełączników S6 (DIP), które w symulatorze wybierane są z rozwijanego menu S6. Menu to można wywołać poprzez kliknięcie prawym klawiszem myszy w momencie gdy kursor znajduje się na tle modemu 6
FSK. Sygnały te mają poziom wysoki gdy przełącznik S6 (DIP) jest w pozycji A, a stan niski dla pozycji B tegoż przełącznika. Moduł Przerywacz Sygnału/Selektor jest używany w symulatorze do wyboru sygnałów testowych (ang. Test Point), które będą wyświetlone na odpowiednich kanałach (1 i 2) Oscyloskopu. 7