direct FSK modulation, G3RUH... Достаточно трудно на нескольких страницах полностью описать как работает модем G3RUH. Для желающих детально разобраться с его работой можно рекомендовать достаточно большой список литературы [1] - [19]. С общим описанием можно познакомиться в [1] - [3], [7]. Остановимся лишь на общих принципах необходимых для понимания работы модема. И так почему G3RUH..? Многие могут спросить почему не использовать современные виды модуляции, протоколы используемые в телефонных модемах. Не вникая в подробности отметим, что основными причинами являются: - низкое отношение S/N, обычно 10-15dB которое обеспечивает обычная УКВ ЧМ радиостанция. В телефонных каналах это значение достигаег 30dB. Для современных телефонных модемов отношение S/N является важным фактором, поскольку пропускная способность канала в прямую зависит от отношения S/N и ширины канала, равной примерно 3 Кгц для телефонных модемов. Высокие скорости в телефонных каналах достигаются благодаря использованию видов модуляции где кодированию подлежат сразу несколько бит информации, что возможно при высоком отношении S/N. - радиотракты приемников вносят существенные амплитудные и фазовые (задержка сигнала) искажения в сигнал, что не приемлимо для 'телефонных модуляций'. - как правило в телефонии используются дуплексные протоколы и используются так называемые training sequence (иногда достаточно длительные во времени), выбирающие оптимальный протокол, скорость и подстраивающие фильтры и эхо-компенсаторы под состояние конкретной линии. В данном случае речь может идти только о связи point-to-point, которая теоретически может быть использована в скоростных backbone между узлами. Подобный эксперимент был проведен с использованием пары дуплексных радиостанций имеющих качественные АЧХ и ФЧХ и пары современных модемов имеющих выход для работы на четырех проводную линию. При использовании направленных антенн на расстоянии примерно 15км удалось получить S/N около 30dB и реальную скорость в линии до 2000 байт в сек. (Были испытаны протоколы V29, V32, V32bis, ZyXel. G3RUH на скорости 9600 в полудуплексе обеспечивает 400-600 байт/с). В полудуплексном режиме и "схеме" multipoint - нашу передачу принимают многие и мы принимаем передачи всех, используя CSMA метод для множественного доступа к одной частоте. Именно такая конфигурация обычно используется в "пакете" и здесь очень проблематично использование "многоуровневых" телефонных видов модуляций обеспечивающих высокую скорость передачи в узкой полосе частот. Поэтому для передачи по радиоканалу обычно используют FSK, BPSK, MSK модуляции жертвуя шириной спектра на больших скоростях. Или ограничивая скорость на пределе позволяющем использовать подходящие УКВ ЧМ радиостанции. На больших скоростях используются передовые технологии Spread Spectrum - DSSS, FHSS позволяющие "размазать сигнал" в очень широком диапазоне частот делая его практически не слышимым на обычных приемниках. За рубежом выделены специальные диапазоны для использования таких устройств с мощностью до 1W без лицензии. Проектируя свой модем Games Miller ориентировался на его применение с 'лучшими' образцами УКВ радиостанций предназначенных для передачи голоса. Основные отличия, особенности FSK модуляции, требования к радиостанциям, и много др. можно найти в [1], [3]. Особенности G3RUH: NRZI (или NRZ, в зависимости от реализаций TNC и модемов) сигнал со скоростью 9600 поступает с TNC на модем. Такой сигнал содержит в себе максимально возможную частоту 4800 Гц - при передаче последовательности 10101010 где 1 бит данных помещается в половину длительности периода меандра частотой 4800 Гц. Максимальная средняя частота в процессе передаче несколько ниже. Использование скрэмблера позволяют избежать повторяющихся последовательностей нескольких идущих подряд нулей или единиц в передаваемом сигнале. Это облегчает синхронизацию DPLL - цифровой ФАПЧ в модеме на приемной стороне; равномерно распределяет спектр, уменьшая вероятность "выбросов" сигнала на соседний канал; повышает надежность связи в случае некоторой разницы между несущими частотами передатчика и приемника. Именно благодаря скрэмблеру сигнал воспринимается как усиление уровня шума на частоте передачи, вы не услышите характерного "чирикания" как в "пакете" на 1200. Иногда даже трудно обнаружить сигнал слушая приемник с открытым шумоподавителем. На выходе модема присутствует PAM - Pulse Amplitude Signal. Сигнал модулированный по амплитуде последовательностью данных [4], [5]. В результате воздействия такого сигнала на варикап модулятора в передатчике получается двух уровневая FSK модуляция. Осуществляется сдвиг непосредственно несущей RF частоты передатчика от некоторого начального называемого "baseband" или "DC" значения. Остановимся несколько подробнее на форме сигнала [6], [7]. К сожалению мы не можем использовать прямоугольный импульс в качестве сигнала модулирующего варикап передатчика. Такой сигнал легко получить, но за это придется заплатить очень широким спектром, на уровне -40dB он примерно простирается на значение 30BiteRate, где BiteRate - скорость передачи bits/sec. Несомненно мы должны ограничить спектр так чтобы он не попадал на соседний УКВ канал и свободно "проходил" через тракт УКВ ЧМ трансивера. Но, использование обычных для аналоговых цепей ФНЧ неприемлимо в данном случае по следующей причине. Не смотря на то, что нам действительно удается используя ФНЧ ограничить спектр, форма импульса "растягиваясь" во времени (хороший пример интегрирование импульса простой RC цепью) приведет к тому, что при передаче последовательности импульсов возникнет ISI - intersymbol interference, наложение битов друг на друга. Причем чем 'сильнее' фильтруем сигнал, тем сильнее ISI. А такой сигнал невозможно детектировать на приемной стороне. Получается, что кроме ширины спектра мы должны еще контролировать ISI. Очевидно, что необходимо обеспечить форму сигнала, так чтобы в точках Т = -3, -2, -1, +1, +2, +3 итд, ( где Т - интервал между импульсами ) амплитуда импульса имела нулевое значение, а вершина импульса соответствовала Т=0. Все эти моменты очень хорошо описаны и иллюстрированы в [7]. Существует форма сигналала известная под названиями "Raised Cosine" соответствующая выше изложенным требованиям по ISI и в тоже время ограниченная по спектру значениями 4800 Гц на уровне -6dB и и уже практически полностью подавленая на 6500 Гц. Получается, что одиночный импульс такой формы простирается на временной интервал до 15 бит и более. Однако можно принебречь малыми амплитудными значениями на краях и считать, что наиболее важна форма сигнала простирающаяся до интервала 8-12-ти бит. Форма сигнала сохранена в ROM модема в виде числовых коэффициентов - используется цифровой способ генерации необходимой формы сигнала, с дальнейшем преобразованием цифрового кода в напряжение посредством ЦАП. Выход регистра сдвига скрэмблера содержит 8 бит данных поступающих на ROM, которые используются для подсчета выходного значения одного среднего бита этой последовательности. Происходит взвешанное (коэффициенты для всех возможных 256 комбинаций для последовательности 8 бит хранятся в ROM) суммирование значений поступающих бит данных. Такая схема (регистр сдвига и сумматор) известна как трансверсальный или FIR - Finite Impulse Response фильтр [6], [10], [11]. Но это еще не все, на самом деле в ROM "прошита" форма волны несколько отличающаяся от оптимальной. Дело в том, что при передаче "идеального" сигнала по реальному каналу связи он существенно изменит свою форму в основном из за влияния неравномерности фазовой и частотной характеристик тракта приемника, как правило сильнее всего сигнал искажается в фильтрах. Обычно известны искажения вносимые в цепях фильтров модема и радиоканалом, основная проблема именно с приемником. Зная АЧХ и ФЧХ приемника можно преднамеренно изменить форму импульса (ввести пред-искажения) на передающей стороне так чтобы избежать "наложения" символов друг на друга на приемной стороне. Реально в модеме используется форма сигнала несколько отличная от идеальной, но пройдя по каналу связи и через приемник она приобретает идеальную для детектирования форму. Обычно в ROM сохранены 16 для 27С128 или 32 для 27С256 формы сигналов для различных приемников. Выбор необходимой формы из ROM осуществляется установкой соответсвующей перемычки в линии старших адресов ROM. Зачастую характеристики приемников схожы и вашу передачу превосходно принимают несколько абонентов с разными приемниками. Но иногда это вызывает проблемы, подстраиваясь под нескольких человек, вы не можете подстроиться под других, имеющих приемники существенно отличающиеся по частотным и фазовым характеристикам. Выход из этой ситуации использование однотипных, похожих приемников или использование специальных методов обработки сигнала на приемной стороне. Здесь также как и на передающей стороне возможно использовать FIR фильтр, но несколько другой архитектуры. В отличии от обычного фильтра здесь используется адаптивный фильтр [8], [9], [11]. В процессе обработки сигнала, по определенному эффективному алгоритму происходит динамический выбор наиболее оптимальных для принимаемой формы волны "взвешивающих" коэффициентов. Такой метод используется в любительском DSP4 [18]. Существует несколько различных реализаций модема G3RUH: - оригинальная разработка автора - разработка DF9IC ( скрэмблер/дескремблер, DPLL, NRZI конвертор, DCD, регистр сдвига, RxClock - реализованы на GALs микросхемах [12]; используются качественые микросхемы-фильтры восьмого порядка MAXIM [13] ) - немецкими радиолюбителями разработаны также модемы: DK9RR (формирование сигнала контроллером 68HC05, без EPROM) и PAR96 подключаемый к LPT без TNC. Более подробно см. Baycom WWW. - DPK9600, DRSI - модем всего на 2 м/сх. Single Chip modem и все логические м/схемы в одной PLA матрице [12]. - KPC-9612, здесь также используется Single Chip GMSK модем FX589. Сигнал на выходе такого модема похож на "raised cosine" сигнал "настоящего G3RUH" модема. Подобные модемы не нуждаются в какой либо настройке. Необходимо правильно выбрать одну из форм сигнала "зашитых" в ROM, наиболее подходящей для приемника вашего корреспондента посредством установки соответствующей перемычки. Модемы использующие GMSK Single Chip модемы, не нуждаются в этом. В них нет ПЗУ и форма сигнала формируется другим образом. Наиболее внимательным надо быть с установкой уровня сигнала с выхода модема. Для разных р/станций необходимая величина этого сигнала может изменяться в больших пределах. Необходимо установить уровень так, чтобы при скорости 9600 девиация была +/- 3 Кгц или +/- 6 Кгц на 19200. Возможные перспективы развития "пакета": - использование беспроводных скоростных линий для связи point-to-point между узлами, PBBS. ( Аналогичных по скорости цифровым телефонным T1 1.5 Мбит/с, E1 2 Мбит/с, итп.) - все большее использование каналов сети Internet и развитие любительской IP сети *.ampr.org - использование новых видов модуляций и протоколов. Например GMSK - Gaussian Minimum Shift Keying, где возможно использование современных Single Chip модемов. Использование исправляющего кода [14]. Такой код путем введения некой избыточности в передаваемую информацию позволяет восстановить пакет на приемной стороне в случае ошибки без повторной передачи пакета. GMSK модуляция и исправляющие коды Reed-Solomon и Hamming используются за рубежом в коммерческих беспроводных сетях передачи данных Ardis, RAM Mobile Data, CDPD - Cellular Digital Packet Data. [15], [16]. - развитие устройств на базе DSP - цифровых сигнальных процессоров. Их архитектура и система команд наиболее подходит для обработки сигналов [17], [18], [19]. - и наконец появление новых RF технологий ------------------------------------------------------------------------ [1] Miller, J.R., "9600 Baud Packet Radio Modem Design" Papers of ARRL 7th Computer Networking Conference (US), Oct 1988. pps 135-140 ftp.amsat.org /amsat/articles/g3ruh/a109.zip [2] Miller, J.R., "9600 Baud Packet Radio Modem PCB", Feb '89 [3] Mike Curtis, "9600 Baud Handbook" [4] Carlson, A.B., "Communication Systems", McGraw-Hill, '86 [5] Lee, E.A., Messerschmitt, D.G., "Digital Communication", Kluwer, '90 [6] Баскаков C. И. "Радиотехнические цепи и сигналы", M, Высш. школа, '83 [7] Miller, J.R., "The Shape of bits to come", Oscar News, '91, стр 29-37 ftp.amsat.org /amsat/articles/g3ruh/a108.zip [8] Haykin, S., "Adaptive Filter Theory", Prentice-Hall, '91 [9] Anderson, S.T., "Adaptive Signal Processing", Springer-Verlang, '86 [10] Jackson, L.B., "Digital Filters and Signal Processing", Kluwer, '86 [11] Шпритек, П. "Справочное руководство по звуковой схемотехнике", М, "МИР", '91 [12] Нефедов А.В. "Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры", '89 [13] "MAXIM 1992 New Releases Data Book", MAXIM, '92 [14] Miller. J.R., "Shannon, Codind and the Radio Amateur", Amsat-UK's Oscar News, 1990 Feb No.81 p.11-15 ftp.amsat.org /amsat/articles/g3ruh/a105.zip [15] "Data Communication", March 21, '94 [16] "Byte", May, '94 [17] "Byte", November, '92 [18] "Alef Null", DSP4 card - прекрасная книга в PS формате. DSP4 имеет "открытую" архитектуру - схема, compiler, simulator, linker, loader, source и.т.д. Доступна на jeeves.hut.fi - 800Кб [19] "DSP93". Описание DSP-93 доступно на TAPR Internet сервере. Надо послать письмо на file-request@tapr.org и написать в первой строке письма: GET /pub/tapr/dsp93.txt ------------------------------------------------------------------------ Виктор Воронков, RX3DIN, г.Пущино, '95 г. ------------------------------------------------------------------------ Back to Packet Page