Modem đồng bộ và bất đồng bộ

Modem đồng bộ và bất đồng bộ Bởi: Nguyễn Trung Lập MỘT SỐ MODEM BẤT ĐỒNG BỘ VÀ ĐỒNG BỘ 7.3.1 Modem bất đồng bộ Là những modem truyền với vận tốc tương đối thấp. Modem bất đồng bộ tiêu biểu là loạt (serie) 103 của hảng Bell. Vận tốc truyền của loạt 103 là 300 bps trên kênh điện thoại, điều chế FSK, vận tốc này tương đương với 27 ký tự/s (giả sử mỗi ký tự gồm 7 bit của mã ASCII thêm 1 bit start, 2 bit stop và 1 bit parity). Chuẩn giao tiếp dùng cho các modem này là dòng điện vòng 20 mA hoặc RS-232 đã bàn đến trong chương trước. Loạt 103 có thể truyền song công vơi 2 đường dây, như vậy hệ thống dùng phương pháp phân chia tần số cho kênh truyền (FDM). Khoảng tần số từ 300 đến 3000 Hz chia làm hai dải : từ 300 đến 1700 Hz và từ 1700 đến 3000 Hz. Phổ tần cho ở (H 7.32) (H 7.32) Trong mỗi dải tần đều có tần số mark và space : trong dải tần thấp các tần số đó là 1270 Hz và 1070 Hz và trong dải tần cao là 2225 Hz và 2025 Hz. Tần số trung tâm là 1170 Hz và 2125 Hz. Khoảng cách tần số mark và space là 200 Hz, vận tốc truyền bít là 300 bps nên băng thông của tín hiệu là 800 Hz. Ta thấy : F FSK1 = 1170 Hz và f FSK2 = 2125 Hz ; 3 br = 900 f m - f s = 200 = (2/3) br = (2/3).300 Modem đồng bộ và bất đồng bộ 1/14 Có thể nói các tần số f m và f s chọn trong loạt 103 thỏa các điều kiện về tính kinh tế Hệ số h trong hai dải tần cao và thấp đều bằng 0,67 và cho hai hệ số Bessel Sơ đồ khối một Modem FSK (bất đồng bộ) Trước khi liên lạc người ta phải thỏa thuận với nhau bên nào sẽ phát và thu dải tần nào - cao hay thấp - Điều này thực hiện bằng cách giả định một bên phát sinh cuộc gọi và bên kia trả lời. Modem của người gọi là originate modem và modem kia là answer modem. Thông thường originate modem phát trên băng tần thấp và thu trên băng tần cao và ngược lại cho answer modem. (H 7.33) cho sơ đồ khối của hệ thống modem 103, bên phát là một thiết bị đầu cuối và bên thu là một máy tính (H 7.33) Vận hành của modem và các khối chức năng được mô tả dưới đây : - Giao tiếp đường dây (Line interface) : phối hợp tổng trở modem và đường dây điện thoại (thường là 600?) đồng thời biến đổi cân bằng ? không cân bằng. Phần tử chính của mạch giao tiếp đường dây là một biến thế gọi là hybrid (H 7.34). - Bộ song công (Duplexer) : tạo sự ghép nối có tính định hướng và cách ly tín hiệu để thực hiện đồng thời hai chức năng thu phát .(H 7.36) là sơ đồ một bộ song công với mạch giao tiếp đường dây Modem đồng bộ và bất đồng bộ 2/14 (H 7.34) Phần chính của bộ song công là một OPAMP dùng như một mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại tín hiệu thu từ bộ lọc thu và ngăn không cho tín hiệu phát đi qua, tín hiệu này được đưa ra mạch ngoài từ mạch lọc phát qua biến thế hybrid để ra đường dây điện thoại. - Bộ lọc thu Rx : như đã nói trên, originate modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần cao và answer modem sẽ thu tín hiệu ở dải tần thấp nên bộ lọc thu ở hai modem phải cho dạng đáp tuyến như đã thấy ở (H 7.35). người ta thường dùng các bộ lọc tích cực dùng OPAMP để tạo một mạch lọc dải thông. Mạch lọc thu thường gồm từ 4 tới 7 mạch lọc như ở (H 7.37) để có độ lợi từ 20 đến 30dB. (H 7.35) - Bộ giải điều chế (Demodulator) : bộ giải điều chế FSK là một mạch tách sóng FM, có thể dùng kiểu tách sóng phân biệt, nhưng với sự phát triển của công nghệ chế tạo IC người ta thường dùng vòng khóa pha để thực hiện việc giải điều chế. (H 7.36) là một mạch giải điều chế dùng vòng khóa pha. Modem đồng bộ và bất đồng bộ 3/14 (H 7.36) - Bộ phát hiện mức ngưỡng (Threshold detect) : Đây là một mạch so sánh và cho ở ngã ra một tín hiệu HIGH hoặc LOW tùy theo mức tín hiệu thu được. Khi tín hiệu thu vào có biên độ quá nhỏ đường RxD sẽ ghim ở mức HIGH và đường CD (Carrier Detect) ở OFF - Bộ điều chế (Modulator) : (H 7.37) Mạch FSK cơ bản bao gồm một VCO điều khiển bởi điện thế ứng với bit 1 và 0 của tín hiệu vào. Các bit 1 và 0 của dữ liệu điều khiển một khóa điện tử cho phép mạch VCO nối với một trong 2 điện trở bên ngoài. Ta được ở ngã ra là các tín hiệu có tần số f s hoặc f m tùy điện trở nối vào mạch là R s hay R m . (H 7.37) - Bộ lọc phát Tx : Quyết định băng thông của tín hiệu phát FSK đồng thời giới hạn các tín hiệu nhiễu và họa tần tạo bởi mạch giải điều chế ở bộ phận thu. Modem đồng bộ và bất đồng bộ 4/14 Mạch lọc phát còn có nhiệm vụ ghim mức tín hiệu ra không vượt quá -9 dBm là mức công suất cho phép của đường dây điện thoại. - Tín hiệu bắt tay hoặc điều khiển : Khối logic này điều khiển hoạt động của modem và chuyển trạng thái của modem từ hoặc tới DTE bằng cách dùng các tín hiệu RST, CTS, DTR, DSR và CD như mô tả trong chương trước (các chuẩn giao tiếp). Trong nhiều trường hợp một thiết bị ở xa có thể yêu cầu truy xuất dữ liệu gốc (data base) từ một máy tính chủ. Người yêu cầu dùng bàn phím để nhập dữ liệu nên chỉ cần vận tốc truyền thấp trong khi máy tính chủ truyền dữ liệu đến đầu cuối có thể truyền với vận tốc cao hơn. Các modem loạt 202 của Bell đáp ứng yêu cầu này : các modem này có vận tốc truyền từ máy tính chủ đến thiết bị đầu cuối (gọi là kênh sơ cấp) là 1200 bps và vận tốc truyền từ thiết bị đầu cuối đến máy tính chủ (gọi là kênh thứ cấp) là 75 bps. Cách truyền 2 kênh có vận tốc khác nhau gọi là cách truyền song công bất đối xứng (Asymetrical full-duplex communication). (H 7.38) (H 7.38) là phổ tần của modem 202, lưu ý là kênh sơ cấp dùng phương pháp điều chế FSK với tần số f m và f s lần lượt là 1200 Hz và 2200 Hz và kênh thứ cấp thì điều chế ASK, tần số sóng mang là 387 Hz. Một ứng dụng điển hình của hệ thống truyền song công bất đối xứng là Videotex. Đây là một dịch vụ mà qua đó người sử dụng (vai trò một thiết bị đầu cuối) có thể truy xuất dữ liệu từ một cơ sở dữ liệu trung tâm (máy tính chủ) qua mạng điện thoại. Cơ sở dữ liệu của Videotex có thể chứa rất nhiều thông tin khác nhau, thông qua bàn phím người sử dụng có thể đặt một cuộc gọi đến máy tính chủ và yêu cầu những thông tin cần thiết trong Videotex. Các lệnh của người sử dụng truyền tới máy tính chủ với vận tốc thấp và các file văn bản, đồ họa gọi chung là các trang Videotex truyền tới nơi yêu cầu với vận tốc cao hơn Modem đồng bộ và bất đồng bộ 5/14 Với sự cải tiến thiết bị nhập dữ liệu (bàn phím) vận tốc truyền của kênh thứ cấp có thể cao hơn và modem 202C ra đời thỏa mản yêu cầu này. (H 7.39) cho phổ tần của modem 202C (H 7.39) Modem 202C chỉ khác với Modem 202 ở cách điều chế kênh thứ cấp là FSK chứ không phải ASK, hai tần số mark và space là 390 Hz và 490 Hz, và vận tốc truyền của kênh này là 150bps. Modem đồng bộ Một số modem đồng bộ được hảng Bell chế tạo để truyền dữ liệu với vận tốc cao hơn. Như đã nói trên, để truyền vận tốc cao các modem phải điều chế nhiều pha PSK (4 hoặc 8 pha) hoặc kết hợp PSK và ASK để cho 16 pha, gọi là QAM. Bảng 7.5 giới thiệu một số modem đồng bộ Bảng 7.5 Một số Modem đồng bộ Loạt Đường dây Điều chế Vận tốc Mode 201B201C208A208B209A 42 dây chuyển mạch4 dây riêng4 dây riêng2 dây chuyển mạch4 dây 4 pha PSK4 pha PSK4 pha PSK8 pha PSK8 pha PSK16pha QAM 2400 bps24002400480048009600 Songcông/ B.song công Đồng bộBán song công đồng bộSong công đồng bộSong công đồng Modem đồng bộ và bất đồng bộ 6/14 bộBán song công đồng bộSong công đồng bộ Sơ đồ khối một modem PSK tiêu biểu (H 7.40) là sơ đồ khối của một modem dùng kỹ thuật PSK tiêu biểu Modem đồng bộ và bất đồng bộ 7/14 (H 7.40) Modem đồng bộ và bất đồng bộ 8/14 Phần phát Mạch định thời phát (transmitter timing): Mạch tạo các xung đồng hồ khác nhau theo yêu cầu của modem phát. Xung đồng hồ chủ có thể được tạo ra từ bên trong mạch hay dẫn xuất từ tín hiệu trên đường SCTE của DTE. Mạch kiểm soát khởi động (Start sequence controller): khi RTS lên cao, mạch này cho phép truyền sóng mang tương tự qua SW1. Sóng mang này chưa biến điệu vì SW2 chưa được phép. Đồng thời, mạch này cũng báo cho mạch tạo mẫu/ngẫu nhiên hóa khởi động sự truyền chuỗi kiểm soát (training sequence), mạch kiểm soát sẽ cung cấp thời trễ giữa tín hiệu RTS và CTS, kích hoạt SW2 và đưa CTS lên mức cao khi hết thời gian này (khoảng 48,5 ms). Khi RTS xuống thấp, mạch kiểm soát vô hiệu hóa SW1, chấm dứt sóng mang trên đường điện thoại. Mạch tạo mẫu và ngẫu nhiên hóa (pattern generator and scrambler): Mạch tạo mẫu cung cấp chuỗi xung đặc biệt cho hoạt động kiểm tra đồng bộ (training), và chuỗi bit 1 (bit nghỉ) cho trường hợp sử dụng chế độ sóng mang liên tục. Mạch ngẫu nhiên hóa cung cấp chuỗi tín hiệu ngẫu nhiên cho việc phục hồi xung đồng hồ trong PSK Mạch điều chế pha (Phase modulator): Biến đổi chuỗi dữ liệu nhị phân vào từ DTE thành sự biến đổi pha tương ứng của sóng mang tương tự Mạch cân bằng (Compromise equalizer): Điều chỉnh mạch lọc để cung cấp sự cân bằng cho tín hiệu kênh âm thanh (tạo sự bù trừ về độ lợi và thời trễ do đường dây điện thoại tạo ra). Mạch khuếch đại hoặc pad (amplifier or pad): đây là mạch khuếch đại có độ lợi thay đổi được để bảo đảm biên độ tín hiệu phát. T, R, T1, R1: Hai đường Tip và Ring thu phát Ngã vào và ra của các mạch khuếch đại dùng giao tiếp RS-232C. Phần thu Mạch tương thích cân bằng (Adaptive equalizer): điều chỉnh đặc tuyến độ lợi và thời trễ do tổn hao của đường dây. Mạch giám sát tín hiệu (Signal quality monitor): giám sát tín hiệu tương tự nhận được để điều khiển mạch cân bằng. Nếu tín hiệu nhận được xấu, mạch này sẽ báo cho mạch điều khiển khởi động mạch cân bằng (Equalizer startup controller) để retrain mạch tương thích cân bằng. Trong suốt thời gian training dữ liệu không có giá trị. Modem đồng bộ và bất đồng bộ 9/14 Mạch điều khiển khởi động mạch cân bằng (Equalizer startup controller): điều chỉnh tương thích cân bằng khi nhận được chuỗi training hay khi phẩm chất tín hiệu thu được dưới mức chuẩn Mạch phục hồi sóng mang (Carrier recovery): Dò ra sự hiện diện của sóng mang thu được và kiểm soát trạng thái ON/OFF của đường RLSD của RS-232C. Mạch này cũng phục hồi sóng mang và khóa pha của tín hiệu dao động nội (PLL) để cung cấp tín hiệu dao động cho mạch giải điều chế. Mạch giải điều chế (Demodulator): Biến đổi sự thay đổi pha của sóng mang nhận được thành ra dữ liệu nhị phân tương ứng. Mạch phục hồi xung đồng hồ (Clock recovery): Phục hồi tín hiệu đồng hồ phát và tạo ra các tín hiệu đồng hồ khác theo yêu cầu của máy thu. Mạch giải ngẫu nhiên (Descrambler): Sau khi xung đồng hồ được phục hồi, mạch này biến đổi tín hiệu ngẫu nhiên thành chuỗi dữ liệu ban đầu. Kết nối modem qua hệ thống điện thoại Để thực hiện việc truyền dữ liệu qua hệ thống điện thoại thông qua modem, công ty điện thoại có nhiệm vụ tạo sự kết nối sao cho thật thuận lợi cho người sử dụng modem. Dưới đây ta xét cách kết nối nhờ mạch truy xuất dữ liệu (Data access arrangement) Các thiết bị DTE có thể truyền dữ liệu trên đường dây điện thoại nhờ một mạch nối giữa modem và đường dây điện thoại gọi là mạch truy xuất dữ liệu, (H 7.41) là sơ đồ mạch DAA (H 7.41) Modem đồng bộ và bất đồng bộ 10/14 [...]... 12/14 Modem đồng bộ và bất đồng bộ Chân 15 là ngã ra Mode, cho biết trạng thái của modem: mức cao chỉ mode originate và mức thấp chỉ mode answer Chân này được dùng để điều khiển chuyển mạch bộ lọc thu và bộ lọc phát Bô lọc MC 145440 MC 145440 là IC CMOS, 18 chân bao gồm 2 bộ lọc dải thấp và dải cao của Modem Bell 103 và khóa chuyển mạch tự động Ở mode originate bộ lọc dải cao nối với kênh thu, bộ lọc... giao tiếp với USART 8251A 11/14 Modem đồng bộ và bất đồng bộ (H 7.42) Chân 21 ( , switch hook) xuống thấp đưa 6860 vào mode originate, sẵn sàng nhận tín hiệu mark tần số 2225 Hz từ answer modem 450ms sau khi nhận tín hiệu mark, 6860 bắt đầu phát tần số mark 1270 Hz 750 ms sau khi nhận tín hiệu 2250 Hz đầu tiên, chân CTS xuống thấp và dữ liệu có thể đươc phát hay thu Ngã vào (threshold detect), chân số... Off-hook và chấm dứt tín hiệu chuông Lúc này modem đưa đường DA lên ON, điều này tác động lên relay CT (loại thường đóng, NC) làm hở mạch điện trở khiến mạch kiểm soát mức tự động được nối vào mạch và cho phép các đường Tip (T) và Ring (R) nối vào DT (Data Tip) và DR (Data Ring) Lúc này đường CCT cũng lên ON báo cho modem biết hệ thống đã được kết nối và modem chờ nhận tín hiệu Cuộc gọi sẽ chấm dứt khi modem. .. Ngã vào ST (Self test) ở cao đặt chip ở chế độ tự kiểm tra vòng Ngã vào CLK SEL (Clock Select) điều khiển các bộ chia tần số bên trong để cho phép sử dụng với thạch anh 1 MHz hay 4 MHz tưong ứng với CLK SEL ở thấp hoặc cao Thạch anh được nối vào mạch ở chân CLK1 và CLK2 Xung clock 1 MHz có thể được 13/14 Modem đồng bộ và bất đồng bộ lấy ra từ ngã ra CLK OUT thường để cung cấp cho mach điều chế-giải.. .Modem đồng bộ và bất đồng bộ Modem nhận cuộc gọi: Tín hiệu chuông tần số 20 Hz đến được lọc và tích hợp bởi mạch dò chuông cho đến lúc đủ để kích hoạt mạch DAA bởi điện thế một chiều cấp cho đường RI Modem phản ứng bằng cách đưa chân OH (Off-hook) lên cao Tín hiệu này tác động relay OH (là loại thường... bộ lọc dải thấp với kênh phát và ngược lại ở mode answer (H 7.43) trình bày sơ đồ khối đơn giản và đáp tuyến hai bộ lọc của MC 145440 (H 7.43) Mức logic của ngã vào O/ (Originate/Answer) điều khiển khóa chuyển mạch để chọn mode Ngã vào VLS (Logic Select) dùng chọn mức logic cho tín hiệu số ở ngã vào VLS ở cao cho phép mức tín hiệu CMOS và thấp cho phép tín hiệu TTL Ngã vào ST (Self test) ở cao đặt chip... và ngắt mạch DC Modem phát sinh cuộc gọi: Theo một cách tương tự, modem phát sinh cuộc gọi bằng cách đưa chân OH lên cao để thông mạch DC tới tổng đài Sau khi hoàn tất việc quay số, chân DA lên cao để tác động lên relay CT để thông mạch kết nối modem và hệ thống Modem sẽ bắt đầu truyền tín hiệu khi chân CCT lên mức cao Sau khi phát xong bản tin, modem đưa chân OH xuống thấp để chấm dứt sự kết nối VÀI... lên cao kéo theo CTS lên cao và ngắt sóng mang Tx Ở ngã ra của bộ phận điều chế là bộ biến đổi D/A, cho ra tín hiêu nấc thang gần sin có rất nhiều hài không mong muốn Bộ lọc phát có nhiệm vụ lọc bỏ các hài này để tránh giao thoa với sóng mang FSK nhận ở phần thu Ngã vào (Ring Indicator, chân 19) nối với mạch phát hiện chuông Mức thấp ở chân RI đưa 6860 vào chế độ answer và làm cho ngã ra AP (Answer... Motorola, đó là IC modem số MC 6860 và bộ lọc khóa MC 145440 Modem số MC 6860 Modem 6860 là loại NMOS, trong một vỏ 24 chân gồm các bộ phận: điều chế, giải điều chế, logic điều khiển cần thiết để giao tiếp với UART 6860 truyền dữ liệu với vận tốc 300 bps hoặc 600 bps, dùng kỹ thuật điều chế FSK 6860 hoàn toàn tương thích với tiêu chuẩn song công của Bell 103 (H 7.42) là sơ đồ khối một originate modem Bell... chấm dứt sự kết nối VÀI MODEM DÙNG MẠCH LSI Các nhà chế tao IC đã phát triển nhiều linh kiện loại LSI trong đó kết hợp nhiều mạch chức năng của modem trong một vỏ Các chip dùng kỹ thuật NMOS hoặc CMOS có chứa sẵn bộ điều chế, giải điều chế và logic điều khiển cho các modem có tốc độ khác nhau, từ thấp đến trung bình Gần đây có xuất hiện các mạch lọc khóa CMOS gồm cả lọc phát và lọc thu trong một IC . Modem đồng bộ và bất đồng bộ Bởi: Nguyễn Trung Lập MỘT SỐ MODEM BẤT ĐỒNG BỘ VÀ ĐỒNG BỘ 7.3.1 Modem bất đồng bộ Là những modem truyền với vận tốc tương đối thấp. Modem bất đồng bộ tiêu. pha PSK16pha QAM 2400 bps24002400480048009600 Songcông/ B.song công Đồng bộBán song công đồng bộSong công đồng bộSong công đồng Modem đồng bộ và bất đồng bộ 6/14 bộBán song công đồng bộSong công đồng bộ Sơ đồ khối một modem PSK tiêu biểu (H. của một modem dùng kỹ thuật PSK tiêu biểu Modem đồng bộ và bất đồng bộ 7/14 (H 7.40) Modem đồng bộ và bất đồng bộ 8/14 Phần phát Mạch định thời phát (transmitter timing): Mạch tạo các xung đồng