В модемах с высокой удельной скоростью передачи для коррекции межсимвольной интерференции используются адаптивные корректоры межсимвольных искажений (АКМИ). На практике наиболее широкое применение нашли АКМИ, реализованные на базе нерекурсивного фильтра (трансверсальный фильтр). Причем в качестве алгоритма адаптации весовых коэффициентов фильтра используются алгоритмы стохастической аппроксимации, минимизирующие величину среднего квадрата ошибки недокоррекции. Коррекция осуществляется либо в полосовой области (в диапазоне частот передаваемого сигнала), либо в области низких частот, используя двумерное представление сигнала данных. Следует отметить, что применение АКМИ обеспечивает оптимальную поэлементную обработку принимаемого сигнала при межсимвольных интерференции из-за фазовых искажений передаточной функции канала связи.

В передатчике модема выполняются следующие операции:

1. посредством скремблера формируется псевдослучайная информационная последовательность, которая в преобразователе кода отображается в последовательность двумерных сигналов данных (x/n/);

2. цифровой формирователь спектра осуществляет формирование спектра единичного элемента сигналов, который в ряде случаев выполняет функцию блока предыскажения, компенсирующего детерминированную часть межсимвольной интерференции, вносимой каналом связи;

3. модулятор переносит спектр сигнала в заданную область частот.

На приеме сигнал данных подвергается обратным преобразованиям. Линейные блоки приемника осуществляют согласование по уровню с принимаемым сигналом (АРУ), расщепление сигнала на квадратурные компоненты и выборку отсчетов двумерного сигнала данных ( x`/n/, y`/n/) путем дискретизации во времени в АЦП.

При коррекции в области нижних частот расщепление принимаемого сигнала на квадратурные составляющие осуществляется в демодуляторе (при аналоговой реализации входных блоков приемника) или в преобразователе Гильберта – при цифровой реализации.

Задача компенсации межсимвольной интерференции обеспечивается, если линейный тракт передачи удовлетворяет условию селективности сквозной импульсной реакции (при этом сквозная передаточная функция тракта удовлетворяет критерию Найквиста). На практике получило распространение формирование сквозных передаточных функций с косинус-квадратичным скруглением (иногда такой вид скругления называют "приподнятым косинусом"). Причем обычно для предотвращения снижения помехоустойчивости по отношению к флуктуационному шуму передаточную функцию модема разделяют поровну между коэффициентами передачи формирователя спектра на передачи и фильтром входного блока приемника.

В случае, когда канал связи вносит амплитудно-частотные искажения, линейные методы коррекции не обеспечивают оптимальную обработку сигнала. Поэтому прибегают к нелинейным методам коррекции (корректор с решающей обратной связью) и/или – к нелинейной процедуре оценивания принимаемой информационной последовательности, используя алгоритм Витерби, либо его модификации.

Помехоустойчивость модема с высокой удельной скоростью в значительной мере определяется независимыми ошибками за счет воздействия Гауссовского шума и недокоррекции межсимвольной интерференции. Традиционным методом повышения помехоустойчивости является применение кодирования передаваемой информации путем введения избыточности. При независимых ошибках использование сверточного кодирования позволяет существенно улучшить помехоустойчивость модема. Поэтому в Рекомендациях МККТТ V.32 и V.33 регламентируется совместное использование квадратурной АМ и сверточного кодирования – решетчатого кодирования.

Введение решетчатого кодирования для скорости 14400 бит/с (добавление одного проверочного бита в каждую исходную последовательность из 6 бит информации) позволяет повысить помехоустойчивость на 3,8 дБ. При этом число позиций сигнала данных равно 128 (т.е. 2 в степени 6+1 ). Следует отметить, что применение решетчатого кодирования для скорости 19200 бит/с приводит к повышению помехоустойчивости на 5.4 дБ. Широкое распространение решетчатого кодирования связано с возможностью использования на приеме эффективной процедуры декодирования по максимуму правдоподобия на базе алгоритма Витерби.

В Рекомендациях V.32 и V.33 метод построения модема с использованием решетчатого кодирования указан как предпочтительный. Однако, в этих Рекомендациях оговаривается возможность применения и других методов модуляции. Например, в одной из работ приводится описание и результаты испытаний цифрового модема на скорость 14400 бит/с с использованием амплитудно-фазовой модуляции с одной боковой полосой.

Модемные протоколы (краткий обзор)

V.21 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и частотной модуляцией. На нижнем канале (его обычно использует для передачи вызывающий модем) "1" передается частотой 980 Гц, а "0" – 1180 Гц. На верхнем канале (передает отвечающий) "1" передается частотой 1650 Гц, а "0" – 1850 Гц. Модуляционная и информационная скорости равны – 300 бод, 300 бит/с. Несмотря на невысокую скорость, данный протокол находит применение прежде всего в качестве "аварийного", при невозможности вследствие высокого уровня помех использовать другие протоколы физического уровня. Кроме того, ввиду своей неприхотливости и помехоустойчивости, он используется в специальных высокоуровневых приложениях, требующих высокой надежности передачи. Например, при установке соединения между модемами по новой Рекомендации V.8, или для передачи управляющих команд при факсимильной связи (верхний канал).

V.22 Это дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией DPSK. Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) – 1200 Гц, верхнего (передает отвечающий) – 2400 Гц. Модуляционная скорость – 600 бод. Имеет режимы двухпозиционной (кодируется бит) и четырехпозиционной (дибит) фазоразностной модуляции с фазовым расстоянием между точками, соответственно, в 180 и 90 град. Соответственно, информационная скорость может быть 600 или 1200 бит/с. Этот протокол фактически поглощен протоколом V.22bis.

V.22bisЭто дуплексный протокол с частотным разделением каналов и модуляцией QAM. Несущая частота нижнего канала (передает вызывающий) – 1200 Гц, верхнего – 2400 Гц. Модуляционная скорость – 600 бод. Имеет режимы четырехпозиционной (кодируется дибит) и шестнадцатипозиционной (кодируется квадробит) квадратурной амплитудной модуляции. Соответственно, информационная скорость может быть 1200 или 2400 бит/с. Режим 1200 бит/с полностью совместим с V.22, несмотря на другой тип модуляции. Дело в том, что первые два бита в режиме 16-QAM (квадро-бит) определяют изменение фазового квадранта относительно предыдущего сигнального элемента и потому за амплитуду не отвечают, а последние два бита определяют положение сигнального элемента внутри квадранта с вариацией амплитуды. Таким образом, DPSK можно рассматривать как частный случай QAM, где два последних бита не меняют своих значений. В результате из шестнадцати позиций выбираются четыре в разных квадрантах, но с одинаковым положением внутри квадранта, в том числе и с одинаковой амплитудой. Протокол V.22bis является стандартом де-факто для всех среднескоростных модемов.