Kapcsolt vonali MODEM mérése

Átírás

1 HÍRADÁSTECHNIKA INTÉZET Híradástechnika labororatórium Kapcsolt vonali MODEM mérése mérési útmutató

2 Kapcsolt vonali MODEM mérése A MODEM szó a MODuláció és DEModuláció szavakból áll össze. A MODEM-ek megalkotásakor a cél az volt, hogy a beszédcélú analóg kapcsolt távbeszél hálózaton keresztül digitális információt vihessünk át. Modulációs eljárást a technika számos területén alkalmazunk akkor, mikor a rendelkezésünkre álló átviteli közeg az átvinni kívánt elektromos, elektromágneses vagy fény jelet nem képes, vagy csak nagy csillapítással képes eljuttatni az egyik ponttól a másikig. Ekkor választunk egy olyan jelet (vivjelet), amelyet a rendelkezésre álló átviteli közeg az elvárásainknak megfelelen képes továbbítani. Az információ továbbításához a viv jel valamely jellemzjét (esetleg jellemzit) az információt hordozó jellel (moduláló jellel) megváltoztatjuk. A fenti eljárást modulációnak nevezzük. A modulált jelet (vivjel és moduláló jel segítségével elállított jel) eljuttatjuk az átviteli közegen keresztül a célpontig, majd leválasztjuk az információt hordozó jelet. A leválasztást nevezzük demodulációnak. Alkalmazott modulációs eljárások A modulációs eljárásokat megkülönböztetjük aszerint, hogy a viv jel mely jellemzje fogja az információt eljuttatni egyik ponttól a másikig. Ha az információ hordozó paraméter a viv jel amplitúdója, akkor a modulációs eljárást amplitúdó modulációnak (AM-nek) nevezzük. Amplitúdó moduláció meghatározása matematikailag, ha a viv jel: uv(t)=uv*sin(2*π*f v *t) moduláló jel: um(t) a modulált jel: umd(t) = (Uv+Uv*k*um(t)/um max )*sin(2*π*f v *t) ahol: k -modulációs mélység, um max -moduláló jel amplitúdójának maximuma. A gyakorlatban az amplitúdó modulált jelet (mint modulációs terméket) gyakran szrésnek vetjük alá (frekvencia spektrum bizonyos elemeit, esetleg azok bizonyos részeit elnyomva). A jellemz spektrumkép alapján a megszrt AM jeleket a következ elnevezéssel láthatjuk el:

3 Dupla oldalsávos AM jel: AM-DSB ( DSB = Double Side Band) Elnyomott vivj dupla oldalsávos AM jel: AM-DSB/SC (SC = Supressed Carryer) Egyoldalsávos AM jel: AM-SSB (SSB = Single Side Band) Gyakran jelölik azt, hogy mely oldalsáv van jelen a frekvenciaspektrumban (USB = Upper Side Band illetve LSB = Lover Side Band) Elnyomott vivj csonka oldalsávos AM jel: AM-SSB/SC, technikai kényszerségi okok miatt került bevezetésre. Használata abban az esetben indokolt, ha a viv komponens és az oldalsávi komponens alsó határfrekvenciás összetevje túl közel van egymáshoz, így az szréssel nem választható le (végtelen meredekség szrre lenne szükség, ami technikailag kivitelezhetetlen). Ekkor az elnyomott oldalsáv vivhöz közeli komponenseit fokozatosan csillapítják, majd nyomják el, valamint arányosan csillapítják a megmaradó oldalsáv vivhöz közeli komponenseit is. Az eljárást AM-VSB (VSB = Vestigial Side Band) nek nevezik és az analóg TV technikában alkalmazzák. Szögmodulációnak nevezzük azon modulációs eljárásokat, mely során a vivjelet leíró függvény argumentumát (szögét) módosítja a moduláló jel. A szögmoduláció lehet frekvencia moduláció -ekkor közvetlenül a viv jel frekvenciáját módosítja a moduláló jel (FM)- és lehet fázis moduláció -ekkor pedig a viv jel fázisszögét módosítja a moduláló jel (PM)-. Megkülönböztetjük továbbá azon modulációs eljárásokat, amelyek szinuszos vivt modulálnak digitális moduláló jellel. Ezen modulációkat billentyzésnek nevezzük. Amplitúdó billentyzés ASK (Amplitude Shift Keying) Amplitúdó billentyzés esetén a viv jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a viv jel amplitúdóját változtatja ( kapcsolgatja ). Az így elállított jel (modulált jel) teljesítményszintje folyamatosan ingadozó, mivel a logikai 0 -hoz A0, a logikai 1 -hez pedig, A1 amplitúdó tartozik. u ASK (t) = A * sin (2 * π * f + φ),

4 ahol: az A az ASK jel pillanatnyi amplitúdója (A0 vagy A1), az f a viv jel frekvenciája, a φ pedig a vivjel kezdfázisa. A fenti modulációs eljárás során A0, vagy akár A1 (egyik a kett közül) lehet nulla. Ekkor valójában a digitális moduláló jel nem tesz mást, mint a vivjelet be-ki kapcsolgatja, attól függen, hogy 0 vagy 1 kerül átvitelre. Az ASK önmagában történ használata a távközl rendszereknél nem elterjedt. Frekvencia billentyzés FSK (Frequency Shift Keying) Frekvencia billentyzés esetén a viv jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a viv jel frekvenciáját (fp) változtatja: például a logikai 0 -hoz f0, míg a logikai 1 -hez f1 tartozik. u FSK (t) = A * sin (2 * π * fp + φ), ahol: az A az FSK jel amplitúdója, az fp a viv jel pillanatnyi frekvenciája (f0 vagy f1), a φ pedig a vivjel kezdfázisa. Nézzük példaként a V.21 ajánlás szerinti FSK jellemzket, ami 300 bit/s sebesség duplex átvitelt tesz lehetvé a beszédcélú távközl hálózaton. Az adás és a vétel irányt a beszédsávban két csatorna kijelölésével oldják meg. A hívó berendezés szemszögébl az adási frekvenciák (1-es csatorna): 980 Hz, ami logikai 1 -nek felel meg, 1180 Hz, ami pedig logikai 0 -t jelenti. A hívó berendezés szemszögébl a vételi frekvenciák (2-es csatorna): 1650 Hz, ami logikai 1 -nek felel meg, 1850 Hz, ami pedig logikai 0 -t jelenti. Az FSK általában a kis sebesség digitális átviteli rendszerek kapcsán elterjedt eljárás. A beszédcélú távközl csatornán nagy megbízhatóságú átvitelt biztosít, ezért széles körben alkalmazzuk.

5 Fázis billentyzés PSK (Phase Shift Keying) Fázis billentyzés esetén a viv jel szinuszos, a moduláló jel pedig digitális (értékkészlete 0 vagy 1 ). A moduláló jel jelen esetben a viv jel fázisát változtatja. u PSK (t) = A * sin (2 * π * fp + φ), ahol: az A a PSK jel amplitúdója, az f a viv jel frekvenciája, a φ pedig a viv jel pillanatnyi fázisa (φ0 vagy φ1... φn). A PSK modulációs eljárást tovább csoportosítva megkülönböztetünk, úgynevezett állapot- és differenciális modulációt. Állapot moduláció esetén a kezd fázis értékhez viszonyítottan változtatjuk a viv jel fázisát. Ebben az esetben úgy teszünk, mintha egy fix fázisú referencia jelet vennénk viszonyításnak. Differenciális modulációról beszélünk abban az esetben, ha az elz jelelemet vesszük referenciának és a következ jelelem fázisát ehhez képest határozzuk meg. A PSK moduláció során gyakran több fázisállapotot is kihasználunk, ezért a digitális jelfolyamban az egymás után következ biteket csoportosítva (2, 3, 4... x bit) végezzük a modulálást. Két bit esetén (egy jelelem 2 bit információt hordoz) 4 állapot lehetséges, azaz négy fáziszöget kell definiálnunk: bitek fázis / fázisváltozás

6 Három bit esetén (egy jelelem 3 bit információt hordoz) 8 állapot lehetséges, azaz nyolc fáziszöget kell definiálnunk: QAM bitek fázis / fázisváltozás Mostanában különösen elterjedtek a kombinált modulációs eljárások. Az eljárás lényege az, hogy a viv jel nemcsak egy, hanem több jellemzjét is megváltoztatja a moduláló jel, illetve a digitális moduláló jelfolyamból csoportosított bitsorozat. Abban az esetben, ha a viv jel fázisát és amplitúdóját is megváltoztatjuk a modulációs eljárás esetén, akkor az eljárást kvadratura amplitúdó modulációnak nevezzük. Ekkor a viv amplitúdója és a fázisa is információt hordozó fizikai jellemz. A QAM (Quadrature Amplitude Modulation) nagy adatátviteli sebességel elérését teszi lehetvé. u QAM (t) = A * sin (2 * π * fp + φ), ahol: az A a QAM jel pillanatnyi amplitúdója (A0, A1...An), az f a viv jel frekvenciája, a φ pedig a vivjel pillanatnyi fázisa (φ0 vagy φ1... φn). A kvadratúra amplidúdó modulációra példát a G3 távmásoló berendezések fejezetben láthatunk.

7 Vonali paraméterek A MODEM-ek vonali jellemzi megegyezek a kéthuzalos analóg távtáplált telefonkészülékek vonali jellemzivel (egyenáramú ellenállás, bemeneti impedancia stb.) A telefon vonalhoz csatlakozást a gyártók általában RJ11 6/2 vagy RJ11 6/4 csatlakozó ajzattal teszik lehetvé. RJ11 6/2 csatlakozó esetén két ajzat kerül beépítésre phone és line feliratú. A line feliratút kell a nyilvános kapcsolt telefonhálózathoz csatlakoztatni, a phone feliratúhoz pedig egy analóg kéthuzalos távtáplált telefon illeszthet. MODEM kommunikáció esetén a phone feliratú pont kitiltott, nehogy a véletlenül beemelt telefonkészülék adathibát okozzon az átvitelben. RJ11 6/4 csatlakozóval szerelt eszköz esetén a két középs érintkez biztosítja a vonali csatlakozást, míg a két széls a telefonkészülék illesztésére ad lehetséget.

8 MODEM és számítógép kapcsolata, AT parancskészlet A személyi számítógépek korában a MODEM, mint kiegészít eszköz számos módon illeszkedhet a PC-hez. Legolcsóbb megoldást a PC kártya MODEM jelenti. Ekkor a fizikai illeszt felület a személyi számítógép valamilyen ISA, PCI csatlakozófelülete. A tápellátást a MODEM kártya a PC tápegységérl kapja. Küls MODEM esetén a tápellátást általában hálózati adapterrel valósítják meg. A MODEM külön házban, szeparáltabb környezetben üzemel, ami jobb zavarvédelmet jelent. A PC és a MODEM között a kommunikációs csatorna soros adatátviteli RS-232 (V.24) illetve USB. Kommunikációs eljárások áttekintése A kommunikációs eljárásokat a következk szerint csoportosíthatjuk: soros vagy párhuzamos, illetve szinkron vagy aszinkron eljárás. Szinkron átvitel esetén az adatátvitel ütemezését a szinkronizáló vezetéken (órajel vezetéken) átvitt jel valósítja meg. A szinkron jel meghatározza azt az idpontot, amikor az adatvezetéken, illetve az adatvezetékeken az átvitt adatinformáció stabilan olvasható. Aszinkron átvitel esetén nincs a szinkronizálást biztosító órajel vezeték. Az átviteli sebesség mindkét oldalon (adó és vev) azonos, elre, az adatátvitel megkezdése eltt beállított érték. Az adatátvitel kezdetét a START jel, míg a végét a STOP jel jelzi. Az adó berendezés az általa az adatvezetéken (adatvezetékeken) kiadott START jel után a rögzített adatátviteli sebességgel ütemezetten kilépteti a vevnek átküldeni kívánt adatokat, majd STOP jel küldésével jelzi az adás befejeztét. A vev a START jel érkezése után a megállapodás szerinti sebességgel gyjti be az adatokat. A begyjtést a STOP jel megérkeztéig végzi, illetve fix hosszúságú adatcsomag esetén a megfelel adathosszúság vételéig. Párhuzamos kommunikáció esetén egyszerre több adatvezetéken továbbítjuk az adatokat. Az adatvezetékek száma általában annyi, hogy egyszerre egy információ egységet (például: karakter) továbbítani tudjunk. A szokásos adatvezeték szám 8, illetve 16, de ennél magasabb vezetékszám is egyre gyakoribb.

9 Soros kommunikáció esetén egyetlen vezeték szolgál adatvezetékként. Az adatinformációt bitenként továbbítjuk. A soros kommunikációs eljárások nagy elnye a párhuzamos átviteli eljárással szemben a kevés vezetékszám, de hátrányként jelentkezik (ugyanakkora jeltovábbítási frekvenciát véve alapul) a lassabb átvitel. Aszinkron soros kommunikációs eljárás során a jelvezeték logikai 1 -ben (stop állapotban) van. Az adás megkezdése a START bittel kezddik (egy bitidre 0 -ba húzzuk a vonalat), majd ezután léptetjük ki az adatbiteket. A megfelel számú adatbit kiléptetése után a vonalat 1 -be húzzuk (STOP bit), és egy bitidre minimum ott is tartjuk. A STOP bit hossza gyakran 1, 1.5 vagy 2 bitid. A soros adatátvitel során az átvinni kívánt bitek száma 5, 7, de leggyakrabban 8 bit. Az átvitt adatbitek után lehetség van egy hibaellenrz bit továbbítására. Ezt a bitet: paritás bitnek hívjuk! A hibaellenrzés történhet páros vagy páratlan paritással. Fontos tudnunk, hogy a paritásvizsgálat az egy adategységen belüli egy hibát kimutatja, de ha két vagy több adatbit sérül, akkor elfordulhat, hogy a hiba rejtve marad. EIA-RS232 szabvány, valamint V.24 ajánlás szerint a logikai 1 -hez V szintet, míg a logikai 0 -hoz +5V V szintet rendelünk. A szimbólumok közti nagyobb feszültségszint jobb zavarvédettséget, így nagyobb távolságokra megvalósítható adatátvitelt tesz lehetvé. Az RS232 szabványban a kommunikációban résztvev eszközöket két csoportba sorolhatjuk: 1. DTE -Data Terminal Equipment- a berendezések "passzív" kategóriájába tartoznak (például terminálok, printerek, MODEM-ek) 2. DCE -Data Communication Equipment- az "aktív" kategóriába tartozó eszközök (például számítógépek). Gyakran a kommunikáció egy számítógép (DCE) és egy "passzív" eszköz (DTE) között jön létre. Ha két számítógép között valósul meg soros adatátvitel, akkor az egyiknek DCE, míg a másiknak DTE státuszt kell felvennie. A DCE jelenti ekkor a "master", míg a DTE a "slave" pozíciót. (A DTE adatot csak a DCE jóváhagyásával küldhet.) Az RS232 szabványban a csatlakozó típusok és azok kivezetéseinek funkciói is ledefiniáltak.

10 A "D-25" típusú csatlakozón keresztül kapcsolódhatnak a berendezések a soros átviteli vonalhoz. Csatlakozó dugó (Male Connector) használatos a DCE berendezés oldalon, míg a DTE oldalon pedig csatlakozó ajzat (Female Connector). Mind a 25 csatlakozási pont nincs kihasználva, ezért néhány esetben elfordulhat kisebb méret (például "D-9") csatlakozó használata is. A szabványos csatlakozók (D9 és D25) kivezetései számozottak és azok csatlakozási pontjait az alábbi táblázatban láthatjuk: Csatlakozó pont neve Csatlakozó pont sorszáma (D9) Csatlakozó pont sorszáma (D25) DCD RxD TxD DTR GND DSR RTS CTS RI Nézzük meg néhány jelvezeték elnevezését és funkcióját! PGND-(Protection GND) -ez a vonal (csatlakozó háza) a kommunikációs vonalakat árnyékolja (zajvédelmi feladatot lát el). A kommunikációban résztvev berendezések általában földeltek (például asztali személyi számítógép), és ehhez a földponthoz csatlakozik ez a vezeték. TXD-(Transmit Data) -Az adatot szolgáltató berendezés ezen a vonalon keresztül küldi ki a soros adatokat. RXD-(Receive Data) -Soros adat bemenet. RTS-(Request To Send) -A DCE ezen a vonalon értesíti a berendezést, hogy adatot kíván szolgáltatni. CTS-(Clear to Send) -Válasz az adáskérés (RTS) jelre. A berendezés bejelenti, hogy az kész (illetve nem kész) az adás vételére. A számítógép addig nem küld adatokat, míg ez a vonal 1- es állapotban van. GND-(GrouND) -Ez a föld vonal. A jelszintek ehhez a vonalhoz viszonyítva értelmezettek.

11 DSR-(Data Set Ready) -Olyan eszköz használja ezt a vonalat, mely a számítógép felé adatot akar továbbítani. DTR-(Data Terminal Ready) -A számítógép ezen a vonalon jelez vissza a berendezésnek (mely az elbb a DSR vonalon jelzett a számítógépnek), hogy a számítógép kész az adatok fogadására. Az RTS, CTS, DSR valamint a DTR vonalak szintén az RS232 vonali szintjeivel mködnek (5-12V), tehát ezeket a vonalakat is illeszteni kell. A soros kommunikációt igen gyakran három vezetéken valósítják meg (TXD, RXD és a GND). Ekkor az RTS vonalat a CTS-sel, a DSR vonalat pedig a DTR-rel kell rövidre zárni. Az átvinni kívánt adatokat gyakran karakterek formájában továbbítjuk, ekkor általában az ASCII kódtáblát alkalmazzuk. Az alsó 128 karakter (00H 7FH) az alábbi táblázatban látható. Itt találhatóak a vezérl karakterek és az alapkarakterek. A fels 128 karakter pozíció (80H FFH) a speciális karaktereket tartalmazza. Karakter kód (dec.) 0 NULL SPACE P ` p 1! 1 A Q a q 2 2 B R b r 3!! # 3 C S c s 4 π $ 4 D T d t 5 % 5 E U e u 6 & 6 F V f v 7 7 G W g w 8 ( 8 H X h x 9 ) 9 I Y i y 10 * : J Z j z 11 + ; K [ k { 12, < L \ l 13 - = M ] m } 14. > N ^ n ~ 15 /? O _ o A fenti táblázatban nem került kiemelésre néhány fontos vezérlkarakter, melyek a következek:

12 0DH (13 dec) a CR (Carridge Return) - kocsi vissza 0AH (10 dec) az LF (Line Feed) - soremelés A MODEM-ek a számítógéppekkel úgynevezett HAYES AT parancsok segítségével kommunikálnak (hívást kezdeményeznek, hurkot zárnak és bontanak, hívást megválaszolnak, illetve a kommunikáció szabályainak beállítását végzik). Az AT parancsok küldése karakteres formában történik. Minden -a számítógép által küldött- parancsra a MODEM válaszüzenetet ad. A következ táblázat néhány AT parancsot és azok rövid magyarázatát tartalmazza: AT parancs AT ATD ATH ATA AT Sx= AT Sx=? AT parancs magyarázata Üres AT parancs, a MODEM parancsfogadó képessége ellenrizhet vele. Hívás indítás tárcsázással. Az els átadandó paraméter a tárcsázás módja, P impulzus T DTMF esetén, ezután következnek a hívószámok Hurok bontást / zárást végz parancs. ATH0 hurok bontás ATH1 hurok zárás Csengetett állapotban a hívás megválaszolását elindító parancs MODEM CHIP S regiszter tartalma módosítható (az x az S regiszter sorszámát jelöli) MODEM CHIP S regiszter tartalma lekérdezhet (az x az S regiszter sorszámát jelöli) Minden kiadott AT parancsot a CR vezérlkarakterrel le kell zárni. A lezárókarakter megérkezése után kezddik el a parancs értemezése. Az ATD parancsnál külön említést érdemelnek az átadható paraméterek: P impulzus üzem tárcsázás (PULSE) vagy T DTMF üzem tárcsázás. Ezt a paramétert közvetlenül az ATD után kell megadni (így ATDP vagy ATDT lesz). Ezután következik a hívószám. Ha a hívószámok közé vesszt szúrunk, akkor a két szám eltárcsázása között a MODEM várakozást (PAUSE-t) iktat be. Például, ATDT0, esetén a tárcsázott 0 után szünetid következik (kb. 2s), majd ezután folytatódik a többi szám tárcsázása.

13 Példa: ATDT0, CR a következt jelenti: DTMF módban 0 PAUSE, majd hívószám kerül kitárcsázásra. MODEM a válaszüzenetekkel tájékoztatja a számítógépet az aktuális állapotról, illetve az esetleg bekövetkez hibákról. A következ táblázatban néhány válaszüzenetet foglaltunk össze: Válaszüzenet OK ERROR NO DIALTONE NO CARRIER BUSY CONNECT RING Válaszüzenet jelentése Rendben (a kiadott parancs végrehajtása sikeresen befejezdött). Hiba (a kiadott parancs végrehajtása közben hiba állt el, vagy a kiadott parancs hibás). Nincs tárcsahang. Nincs viv. A hívott foglalt. Kapcsolat felépült. A telefon vonalon csengetfeszültség van jelen (csengetett állapot).

14 Kapcsolt vonali MODEM mérési feladatok 1. Rendszer elindítása Kapcsoljuk be a PC-t és a hozzá kapcsolódó távközlési MODEM-et. Ellenrizzük a kommunikációs csatlakozást (RS-232) a PC és a MODEM között. Ellenrizzük a MODEM távközl hálózati csatlakozását! (A laboratóriumban a MODEM nem a nyilvános hálózathoz csatlakozik, hanem a laboratóriumban üzemel alközponthoz.) Ellenrizzük a MODEM-hez csatlakoztatott telefonkészüléket és ezen teszteljük a tárcsahangot, valamint a vonal hívószámát. Indítsuk el a PC-n a terminál emulátor szoftvert (például Hyperterm). Ellenrizzük, illetve állítsuk be a kommunikációs port jellemzit. Üres AT parancs kiadásával ellenrizzük a kommunikációs interfész mködését (AT enter; OK). A MODEM kézikönyvben keressük ki a gyári alaphelyzetbe állítás AT parancsát, majd állítsuk alaphelyzetbe a MODEM-et. 2. Kapcsolatfelvétel a másik MODEM-mel Hívjuk fel a másik MODEM-et a megfelel AT parancs alkalmazásával! Jegyezzük fel a hívásfelépítés lépéseit! A kapcsolatfelvételt próbáljuk el TONE és PULSE üzemmódban is. Értékeljük a CONNECT üzenetet, Ellenrizzük a felépített kommunikációs csatornát szöveg átvitellel! 3. Automatikus válasz üzemmód programozás Keressük ki a MODEM kézikönyvbl az automatikus válasz üzemmódot és állítsuk be a MODEM-et úgy, hogy például 3 csengetés után válaszolja meg a hívást. Jegyezzük fel a parancsot és a parancs kiadás utáni állapotot (figyeljük meg a MODEM ellepon található AA LED állapotát). Hívással ellenrizzük a mködést! 4. További MODEM mködést meghatározó paraméterek áttekintése Keressük ki a MODEM kézikönyvbl az egyes S regiszterek funkcióit, és jegyezzünk fel közülük néhányat. Próbáljunk ki néhány beálítást!