Модемы: ЧТО ДЕЛАТЬ и КТО ВИНОВАТ
(статья опубликована в журнале "МОНИТОР-АСПЕКТ N2 за 1993")
Извечные российские вопросы, вынесенные в заголовок, - вовсе не
красивый оборот речи. В повседневной жизни перед человеком,
использующим телекоммуникационное оборудование, они встают ежечасно.
И наши попытки найти на них ответы вовсе не сводятся к традиционному
обличению всемогущих ведомств. Это не публицистика, это всего лишь
технический очерк. Мы можем только посочувствовать Министерству связи:
"... в Москве до сих пор работает АТС производства 1932 года"
(еженедельник "ComputerWorld", #25 1993г.), однако нам сочувствовать
не будет никто, поэтому нам только и остается, что попытаться
спасаться самим. Так как всеобъемлющий ответ на поставленные вопросы
могут дать только соответствующие органы (...а не прикрыть ли НАМ всю
эту КИБЕРНЕТИКУ...), попытаемся найти ответы хотя бы на их часть.
Итак:
КТО ВИНОВАТ: какие факторы ухудшают качество работы на телефонных каналах
(вопрос персоналий оставим более компетентным товарищам)
ЧТО ДЕЛАТЬ: как можно повысить качество работы на существующих каналах
(не будет таких телефонных линий - не будет и таких вопросов)
Статья написана по горячим следам разработки стандартного (Hayes-
compatible) среднескоростного ( CCITT V.22bis ) модема AnCom ST-2400,
разработанного и серийно производимого фирмой НПП " Аналитик-
ТелекомСистемы". Материалы разработки, результаты измерений
( проведенные на телефонных каналах и испытательных стендах), а также
опыт установки изделий у пользователей составили основу информации,
предлагаемой читателю.
Факторы, ухудшающие качество связи по телефонным каналам
--------------------------------------------------------
Совершим короткий экскурс в то, как работает телефонная линия.
Телефонная розетка в вашем доме соединяется с автоматической телефонной
станцией двумя обычными проводами. По ним в виде сигнала переменного
напряжения к вам приходит голос собеседника, по ним же, одновременно,
ваш голос уходит к нему (это дуплексная связь). Для работы микрофона
и набора номера по тем же проводам приходит постоянное напряжение.
Эти провода обычно называют абонентской линией.
На АТС голоса собеседников разделяются - дифференциальная система
преобразует двухпроводную линию в четырехпроводную. Сигнал тоновой
частоты ( ТЧ, диапазон частот 300...3400 Гц, на которых происходит
"звуковое" общение) преобразуется в высокочастотный, выполняется
частотное уплотнение каналов, далее по одному кабелю передаются сразу
несколько разговоров до следующей станции, где голос вернется в
звуковой диапазон. Если это не конечный пункт, то снова будет
выполнено частотное уплотнение или преобразование в цифровой код, и
так до станции, к которой подключен собеседник. Преобразование в
высокую частоту и обратно называют участком переприема (УПП). На базе
такой сильно упрощенной схемы рассмотрим, что же ухудшает связь на
всех этапах передачи.
АБОНЕНТСКАЯ ЛИНИЯ - многие из них проложены очень давно, в городах
кабельные колодцы затопляются водой, в сельской местности это паутины
проводов на столбах. Поэтому не приходится удивляться, что именно
абонентские линии вносят в сигнал значительную долю искажений.
Я Затухание ( уменьшение мощности полезного сигнала), одна из самых
больших бед абонентских линий.
Я Перекос амплитудно-частотной характеристики (изменение мощности сигна-
ла в зависимости от частоты). Вызван емкостью проводов. Естественно,
что более высокочастотные сигналы затухают более сильно и, как
следствие, на приемнике вызывающего модема (несущая 2400 Гц) сигнал
ослаблен сильнее, чем у отвечающего (несущая 1200 Гц).
Я Импеданс линии (ее комплексное сопротивление). При нормативе 600 Ом
+-20% реальные значения доходят до 1800 Ом. Разброс параметров
приводит к рассогласованию дифференциальной системы модема и общему
снижению его реальной чувствительности.
Я Постоянное напряжение смещения ( то самое, благадоря которому
работают микрофоны) - имеет значительные реальные отклонения от
номинала. Для скоростей обмена до 2400 бит/с этот фактор модемам
сильно жизнь не портит, т.к. большинство производителей используют
специальные трансформаторы.
УЧАСТКИ ПЕРЕПРИЕМА наибольшее влияние оказывают при междугородней
связи, когда их общее число может составлять 8...11 участков. Вносимые
искажения во многом зависят от качества настройки полосовых фильтров
на телефонных станциях.
Я Фазо-частотные искажения (отклонение группового времени прохождения
относительно его значения на частоте 1900 Гц). Переприемы основной
источник этих искажений. Возможности модемов по их компенсации обычно
ограничены 6...8 участками.
Я Амплитудно-частотные искажения (затухание на краях полосы пропускания).
Доля переприемов в общих амплитудных искажениях относительно невелика,
кроме случаев встречи с фильтрами, "которых не касалась рука человека".
Я Смещение несущей частоты ( спектр сигнала равномерно смещается на
несколько герц) - причина в несогласованной настройке генераторов,
задающих частот аппаратуры уплотнения данных (но за ними обычно следят
хозяева каналов), а допуск +-7 Гц, компенсируется модемами. Однако
приходилось видеть пользователей, встретивших смещение на 15 Гц.
Я Джиттер фазы (дрожание фазы по периодическому или случайному закону) -
в основном вызывается паразитной модуляцией сигнала гармониками
питающего напряжения или сигнала вызова (звонка).
Я Скачки фазы (случайный поток скачкообразных изменений начальной фазы
сигнала) - возникают при переключениях аппаратуры канального уплотнения.
ПРОЧИЕ НЕПРИЯТНОСТИ могут возникнуть на всем пути сигнала.
Я Шумы - зашумленность канала оценивается соотношением мощностей
полезного сигнала и шумов в полосе канала тоновой частоты. Являются
одним из основных факторов, ухудшающих качество работы модемов.
Я Импульсные помехи - случайный поток импульсов напряжения, являющийся
причиной плохой работы на многих линиях. Источниками помехи могут быть:
декадно-шаговое оборудование станций, процесс набора номера на соседних
абонентских линиях, изменение напряжения смещения и т.п.
Я Замирание сигнала - временное уменьшение мощности сигнала до уровня
ниже распознавания модемом.
Я Колебания амплитуды - периодическое изменение мощности полезного
сигнала. Измерения позволили обнаружить на некоторых линиях трудно
объяснимые низкочастотные колебания в диапазоне 1...10 Гц с амплитудой
до 2 дБ.
Я Ограничение частотного диапазона кроме рассмотренных выше причин
( перекос АЧХ, переприемы ) может иметь " рукотворную " природу и
производиться персоналом АТС в простейшем случае потому, что абоненты
слишком много жаловались на треск в трубке.
Я Общее ухудшение всех параметров может явиться следствием высокой
загрузки каналов связи. По мере ее увеличения подключается более
устаревшее оборудование и более низкокачественные каналы.
Характеристики модемов
----------------------
Обычно производители умалчивают о большинстве параметров, влияющих
на качество работы модема, а измерить их без средств оперативной проверки
качества работы модемов крайне затруднительно ( задача создать такие
общедоступные средства не относится к области фантастики и сегодня
вполне выполнима). Часть данных можно найти в каталогах на микросхемы
( chip set ). Также нужно учитывать, что многие характеристики
определяются не только качеством реализации модема, но и ограничениями,
накладываемыми стандартами для обеспечения совместимости.
Постараемся обобщить данные о том "Что такое хорошо и что такое плохо"
применительно к характеристикам модемов. В Таблице 1 приведены основные
требования, предъявляемые к устойчивости работы модемов при сертификации,
усредненные значения, полученные при испытаниях различных типов модемов
( класс изделий до 200$ ) и анализу документации, а также требования
эксплуатации на реальных линиях ("осознанная необходимость").
Таблица 1
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДД¬
¦Наименование параметра ¦требования¦усредненные¦требования ¦
¦ ¦при серти-¦характерис-¦эксплуатации¦
¦ ¦фикации ¦тики ¦ ¦
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД†ДДДДДДДДДД†ДДДДДДДДДДД†ДДДДДДДДДДДДґ
¦Уровень передачи (дБ) ¦ -13 ¦ -13...-10 ¦ -10 ¦
¦Пределы регулировки уровня передачи (дБ) ¦ -13...0 ¦отсутствует¦ -15...0 ¦
¦ ¦ ¦или -15..-4¦ ¦
¦Чувствительность приемника (не хуже дБ)¦ -43 ¦ -43...-35 ¦ -43 ¦
¦Затухание физической линии (не менее дБ)¦ 15 ¦ 15 ¦ 20 ¦
¦Перекос АЧХ физической линии(не менее дБ)¦ 12 ¦ 15 ¦ 20 ¦
¦Дрожание фазы (не менее град)¦ ¦ ¦ ¦
¦ для V.22 ¦ +- 7.5 ¦+-7..+-22.5¦ +-22.5 ¦
¦ для V.22bis ¦ +- 7.5 ¦+-3...+-7.5¦ +-7.5 ¦
¦Амплитуда скачков фазы с частотой следо- ¦ ¦ ¦ ¦
¦вания менее 15 Гц (не менее град)¦ ¦ ¦ ¦
¦ для V.22 ¦не нормир.¦+-7..+-22.5¦ +-22.5 ¦
¦ для V.22bis ¦не нормир.¦+-3...+-7.5¦ +-7.5 ¦
¦Сдвиг частоты в канале (не менее Гц)¦ +- 4 ¦+-4...+-10 ¦в отдельных ¦
¦ ¦ ¦ ¦случаях до ¦
¦ ¦ ¦ ¦ +- 15 ¦
¦Нелинейные искажения (не менее %)¦ 4 ¦ 4 ¦ 4 ¦
¦Амплитудно-частотные и фазо-частотные ¦ ¦ ¦межгородские¦
¦искажения, соответствующие участкам пере-¦ ¦ ¦линий до: ¦
¦приема ТЧ (не менее УПП) для V.22 ¦ 6 ¦ 4... 7 ¦ 8...10 ¦
¦ для V.22bis ¦не нормир.¦ 4... 6 ¦ 6... 8 ¦
¦Соотношение сигнал/шум на входе модема, ¦ ¦ ¦ ¦
¦при котором Кош не более 0.00001 ¦ ¦ ¦ ¦
¦ (не более дБ) для V.22 ¦ 9 ¦ 8...15 ¦ 7 ¦
¦ для V.22bis ¦ 18 ¦ 16...25 ¦ 15 ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Амплитуда импульсной помехи, действующей ¦ ¦ ¦ ¦
¦с частотой 0.25...20 Гц (не менее В) ¦не нормир.¦ нет данных¦ 1 ¦
¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦Отношение средней мощности сигнала к мак-¦ ¦ ¦ ¦
¦симальной мгновенной мощности помехи ¦ ¦ ¦ ¦
¦ (не менее дБ) для V.22 ¦не нормир.¦ нет данных¦ 0 ¦
¦ для V.22bis ¦не нормир.¦ нет данных¦ +2 ¦
¦Гармоническое изменение уровня входного ¦ ¦ ¦ ¦
¦сигнала +-6 дБ (с частотой Гц) для V.22 ¦не нормир.¦ нет данных¦ 1 ¦
¦ для V.22bis ¦не нормир.¦ нет данных¦ 0.05 ¦
¦Скачкообразное изменение уровня сигнала ¦не нормир.¦ нет данных¦ ¦
¦с частотой 1 Гц ¦ ¦ ¦ ¦
¦(время действия мс /величина изменеия дБ)¦ ¦ ¦ ¦
