instrukcja - Politechnika Warszawska

Politechnika Warszawska
Wydział Elektryczny
Laboratorium Teletechniki
Skrypt do ćwiczenia T.17
Tryb 2 modemu CCITT V.23 (1200 bodów)
1
1. Tryb 2 modemu CCITT V.23 (1200 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 1200 bodów (1200 bitów/s). 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.
Szybkość transmisji
Częstotliwości znaczące
1 logicznej
0 logicznego
Hz
Hz
Typ modemu
Bity/s
CCITT V.23 Tryb2
Kanał Główny
Kanał Powrotny
1200
75
1300
390
2100
450
BELL 202
Kanał Główny
Kanał Powrotny (ASK)
1200
5
1200
387
2200
fala nośna
Tabela 1.1. Modemy półdupleksowe.
Niektóre modemy CCITT V.23 mają jeszcze jeden tryb pracy (tryb 1). Tryb ten
wykorzystuje mniejszą prędkość transmisji (600 bitów/s) i jest używany w przypadku kiedy
parametry linii nie są wystarczająco dobre do komunikacji z prędkością 1200 bitów/s.
Sygnał FSK 1200 bitów/s 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.
Moc
Dostępna
szerokość pasma
Kanał
powrotny
fM fS
Kanał główny
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 bitów/s. Natomiast Bell 202, używa transmisji w kanale powrotnym
o bardzo małej prędkości 5 bitów/s. 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.
Kanał główny
MODEM A
Kanał powrotny
1200
bitów/s
5-75
bitów/s
MODEM B
a) Modem A transmituje do modemu B
Kanał główny
MODEM A
Kanał powrotny
1200
bitów/s
MODEM B
5-75
bitów/s
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.
Linia
Dwuprzewodowa
1200
bitów/s
MODEM A
Linia
Dwuprzewodowa
MODEM B
1200
bitów/s
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. PseudoRandom 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 (1200 Hz)
jest równoważna prędkości transmisji (1200 bitów/s) 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.
Wejście
modulacji
częstotliwości
(kanał A)
Generator
DFG
Wyjście A
Wejście
Audio
Filtr
Dolnoprzepustowy
Wyjście
Audio
SYNC/TTL
Wyjście B
Wejście
Zegarowe
Generator
PRBSG
Wejście TTL
interfejsu
cyfrowego
Wejścia/Wyjścia B
Interfejsu Liniowego
Modem FSK
Wyjście
PRBS
Punkty
testowe
Wejście
Wejście
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 bitów/s. 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