Технология V90: краткое описание

V90 - это представление нового вида передачи данных, разработанного группой Study Group 16, входящей в состав Международного Телекоммуникационного Союза (International Telecommunication Union (ITU), который поднимает скорость передачи до 56кбит/с. Эта технология также может лучше использовать схемы сжатия такие, как V.42 bis для дальнейшего увеличения скоростных данных. Этот документ подробно объясняет V.90 .

Технология V.90 дает возможность модемам принимать данные на скорости до 56кбит/с на обычных коммутируемых линиях. V.90 обходит теоретические ограничения наложенные на стандартные, аналоговые модемы, используя цифровые каналы, которые большинство провайдеров интернета используют при подключении к телефонным сетям.

Обычно, единственная аналоговая часть телефонной сети - тот кусок медного кабеля, соединяющий ваш дом и центральное отделение телефонной компанией. За последние два десятилетия телефонные компании проводили замену аналоговых частей их линий на цифровые каналы. Но наиболее сложно было поменять небольшой участок сети от вашего дома до телефонной компании (т.н. "последняя миля" - прим.перевода). Он скорее всего не будет претерпевать изменений в лучшую сторону еще несколько лет.

Все, что требуется для переоборудования модемных серверов 3COM Total Control, NETServer или MP I-Modem - программный апгрейд. 3Com называет модемы, имеющие цифровое подключение к телефонной линии, V.90-цифровыми модемами. Аналогичным образом, т.е. программной модернизацией, можно превратить аналоговый Courier V.Everything в V.90 аналоговый модем.

Почему V.34 не оказался "потолком скорости" в модемах?

V.34 модемы оптимизированы для работы с линиями, где и сервер, и клиент подключены к телефонной линии аналоговым образом. Но сегодня большинство провайдеров сменили устаревшее аналоговое подключение на цифровое.

Оптимизация телефонной сети для голосовой связи препятствует передачи данных

Обычная коммутируемая линия была разработана для голосовых переговоров. Искусственно ограничивая звуковой спектр частот, оставляя лишь те необходимые для нормальной передачи голоса, инженеры обнаружили, что могут сократить полосу частот для одного звонка, тем самым открывая возможность для увеличения возможных одновременных звонков. Однако, в то время как эта система неплохо работает для голоса, она налагает ограничения на передачу данных. Еще раз подчеркнем, что телефонные линии были рассчитаны на голосовой трафик.

V.34 модемы оптимизированы для полного аналогового соединения

Несмотря на то, что большая часть сети - цифровая, V.34 модемы работают с ней так, как будто она было полностью аналоговой. Модемы на V.34 очень надежны и хороши, но они не могут извлечь максимум скорости из увеличенной полосы пропускания, ставшей возможной, когда один из концов соединения - цифровой. V.34 был разработан из того расчета, что сигнал на обоих концах соединения испытывает искажения из-за шума квантования, который, в свою очередь, вызван работой аналого-цифровых преобразователей.

Приоткрывая завесу над соединением V.34

Шум вызван квантованием аналоговых сигналов, необходимый для преобразования аналогового сигнала в цифру перед отправкой по телефонной сети. Входящий аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается как Пульсовый Код Модуляции (Pulse Code Modulation - PCM). Сэмплируящая система использует 256 дискретных 8-битных PCM кодов.

Так как аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой код - дискретен, цифры, посылаемые по телефонной сети воссоздаются на другом конце в приблизительно соответствующий им аналоговый исходный сигнал. Разница между оригинальным сигналом и воссозданным - есть шум квантования, который ограничивает скорость модемов.

Шум квантования ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c. Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом. Это и есть ключ к технологии х2: если не существует аналого-цифровых преобразований между х2 серверным модемом и телефонной сетью, и, если подключенный по цифровому каналу передатчик использует только 255 дискретных уровней сигнала тогда эта цифровая информация достигает клиентского модема без искажений и потерь данных.

Отношение сигнал-шум

Отношение сигнал-шум - мера качества соединения, полученная делением мощности сигнала на мощность шума. Чем выше отношение, тем чище соединение и больший объем данных может пройти от модема к модему. Даже в лучших условиях, когда сигнал проходит аналого-цифровое преобразование, отношение составляет 38-39дБ которое ограничивает практическую скорость передачи данных на V.34 33.6кбит/c.

Подведем итоги:

Сервер соединяется в большинстве случаев по цифровому каналу к телефонной линии.

Сервер использует только 256 PCM коды. Иными словами, нет шума квантования, вызванного аналого-цифровыми преобразованиями.

Эти PCM коды преобразовываются в соответствующий дискретный аналоговый сигнал и посылаются клиентскому модему по аналоговой линии. Потерь информации нет.

Клиентский приемник воссоздает дискретный PCM код из аналогового принятого сигнала.

Восходящие и нисходящие каналы: Асимметричные х2 соединения используют один двунаправленный канал, восходящий и нисходящий. Нисходящий канал (принимающий на клиентской стороне) способен развивать большие скорости, так как не происходит потери информации при цифрово-аналоговом преобразовании. Восходящий же канал претерпевает аналогово-цифровое, которое и ограничивает скорость к провайдеру скоростями протокола V.34.

V.90 более подробно

Как уже было отмечено, данные от цифрового V.90 модема посылаются по телефонной сети в виде двоичных кодов. Но, чтобы удовлетворить условию №2 (см. выше) цифровой V.90 модем передает данные (8 бит каждый раз) клиентскому аналого-цифровому конвертору с той же частотой, что и телефонная сеть (8000Гц). Это означает, что символьная скорость модема (Symbol Rate) должна быть равна частоте телефонной сети.

Соединение V.90

В процессе установления соединения, V.90 модемы испытывают телефонную линию на предмет нахождения нисходящих аналого-цифровых преобразователей. Если модем находит их, он дальше проводит соединение на протоколе V.34. Аналогичная ситуация происходит в том случае, если модем на другом конце линии не является V.90 модемом.

Задача клиентского модема заключается в опознании 256 потенциальных сигналов и восстановление 8000 PCM кодов в секунду. Если бы ему это удалось, скорость от сервера к клиенту составляла бы 64кбит/c (8000х8 бит в каждом коде). Но, как выяснилось, несколько проблем мешают использованию такой скорости.

Во-первых, несмотря на то, что проблема шума квантования более не стоит, второй намного меньший шум от цифро-аналогового преобразователя все таки происходит. Кроме того, этот шум производится оборудованием на вашей станции АТС (от которой идут кабели к вашему дому). Сам по себе шум возникает из-за некоторых нелинейных искажений и взаимных наводок.

Во-вторых, сетевые цифро-аналоговые преобразователи не являются линейными конвертерами, а следуют некоторому конвертирующему закону. В результате, коды PCM определяющие малые сигналы их и производят в цифро-аналоговом оборудовании, тогда как коды с указанием на большие по мощности сигналы их и вызывают при преобразовании.

Эти две проблемы делают практически невозможным использование всех 256 дискретных кодов, т.к. соответствующий выход от цифро-аналогового преобразователя малых сигналов слишком близки к нулю и теряются на фоне пусть даже малого шума. Таким образом, V.90 кодировщик использует несколько вариантов 256 кодов которые удаляют сигналы, наиболее близкие к шуму. Например, для передачи данных на скорости 56кбит/c используются 128-уровневые коды. Использование меньшего числа уровней позволяет стабилизировать передачу данных, но на меньшей скорости.

Требования

Протоколу V.90 требуется следующее:

Цифровой канал на одном конце соединения. Один конец V.90 соединения должен оканчиваться на цифровом канале, что означает линии Т1, ISDN PRI (по линиям Т1 или Е1) или ISDN BRI Line-side Т1 работать не будет, т.к. добавлено дополнительное аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. В конфигурации trunk-side, данные от пользователя однажды претерпев преобразование остаются цифровыми вплоть до достижения цифрового модема через Т1, PRI или BRI.

Поддержка протокола V.90 на обоих концах соединения. Технология V.90 должна поддерживаться как на клиентском аналоговом модеме, так и цифровым серверным модемом на пуле у провайдера. Обычно, аналоговым клиентским модемом выступает 3Com Courier (ex-USR Courier - прим.перевода), а серверным 3Com MP I-Modem, NETServer I-Modem, Courier I-Modem, Total Control.

Не более одного аналого-цифрового преобразования. Допускается только одно цифро-аналоговое преобразование на телефонной линии между клиентским и серверным модемом. Если линия Т1, то она должна быть trunk-side, но не line-side.

3Сom x2 технология против 3Com V.90 технологии

Универсальная и обратная совместимость. До недавнего времени разработки передачи данных на скоростях 56кбит/c были личными разработками независимых фирм. Однако в феврале 1998 года, ITU выработал новый стандарт 56кбит/c соединения - V.90. V.90 остается полностью совместимым с ранней х2 технологией.

Техническим отличием двух технологий является процесс "рукопожатия" (hand-shaking) или процесса установки соединения. Принцип передачи 2-х технологий практически идентичен. Небольшое различие кроется в сигнальном протоколе V.8 и Impairment Learning.

V.8 сигнальный протокол

V.8 - международный стандарт, который определяет возможности модемов на обоих концах соединения. Этот протокол, использующийся в V.90 отличается от аналогичного в технологии х2.

Тестирование и Цифровое Определение Помех (DIL)

Цифровое Определение Помех - механизм, используемый в технологии V.90, который позволяет каждому разработчику определять цифровые помехи на их пути. Этот метод позволяет улучшать качество связи без изменения самого протокола.

Как показывает таблица внизу, все 3Com х2 модемы, серверные и клиентские, будут поддерживать х2 после апгрейда до V.90. Пользователи, не выполнившие апгрейд до стандарта будут способны соединяться с цифровыми модемами по технологии х2.

Однако при соединении с модемами работавшими ранее по технологии K56Fleх, а после этого апгрейженные до стандарта, выше 33.6 скорости не получат.

* Обратная совместимость зависит от сторонних производителей.

Понятие и преодоление цифровых ухудшений связи

3Com постоянно развивала технологию, преодолевающую недостатки телефонной линии. В ранних протоколах, например, V.34, разработчики столкнулись с аналоговыми недостатками такими, как эхо, шум и взаимные кабельные наводки. Цифровые недостатки, которые стали заметны в соединениях V.90 были очевидными и в ранних (V.34) технологиях модуляции.

Распространенными цифровыми недостатками являются сетевые сигналы (например, "похищенные" биты), транскодинг (A-Law в ?-Law) и цифровые устройства, т.н. pad (часть схемы сетевой потери эха). Эти цифровые искажения оказывают радикальный эффект на технологию PCM. В действительности, если эти недостатки не компенсированы должным образом в алгоритмах, они [недостатки] изменяют цифровой поток настолько сильно, чтобы снизить производительность в разы.

Несмотря на то, что в спецификации на V.90 указано на механизм обнаружения и компенсирования цифровых искажений, там не описано, как конкретно преодолеть недостатки. Работа по разработке нужных алгоритмов была возложена на индивидуальных разработчиков, таких, как 3Com.

Модемы, спроектированные 3Com, являются действительно цифровыми и прослужат еще годы. 3Com постоянно проводит исследования состояния сети и фокусирует свое внимание прежде всего на улучшениях технологии и отыскании недостатков. 3Com развивает технологию для преодоления недостатков телефонных сетей по всему миру и для достижения максимального качества соединения и скорости передачи данных.

Глоссарий

Амплитуда
Мера измерения расстояния между наивысшей и низшей точками непрерывного аналогового сигнала

Аналого-цифровой
Устройство, которое преобразует входящие аналоговые преобразователь сигналы в последовательность цифр. Прохождение сигнала через преобразователь вызывает шум квантования

Basic Rate Interface
Линия ISDN, которая предоставляет до 2-х 64кбитных (BRI) B-каналов и один 16кбитный D-канал, используя обычную двухпроводную телефонную линию. B-каналы переносят данные или голосовой трафик, тогда как D-каналы переносят контрольные сигналы звонка.

Сигналы контроля звонка
Операции, связанные с установлением и разрывом виртуальных соединений в сети. Например, набор номера

Центральный офис
Аппаратура, через которую частные телефонные линии в небольшой географической области подключаются к общей глобальной телефонной сети. Цифро-аналоговый Устройство, воссоздающее аналоговый сигнал из преобразователь приходящего набора цифр. Само по себе шума не вызывает.

Цифровой сигнальный
Процессор, оптимизированный для проведения сложных процессор математических вычислений, задействующийся при обработке цифровых сигналов. Отдельно установленный процессор может быть перепрограммирован.

Процессор же, интегрированный в набор микросхем (чипсет) обычно содержит свой собственный ROM и не может быть перепрограммирован.

Цифровой поиск искажений
Механизм, задействующийся во время процесса установки соединения, который позволяет при помощи посылки ряда тонов клиентскому модему определить цифровые искажения на пути до серверного модема. Это дает возможность аналоговому модему использовать схему передачи такую, которая позволит избежать или компенсировать найденные искажения.

Line-side T1
Т1, которая претерпевает по крайней мере одно аналого-цифровое преобразование на пути между цифровым V.90 модемом и телефонной линией ("последняя миля")

Primary rate interface
ISDN линия с 4-мя проводами с той же способностью что и Т1, 1.544мбит. PRI содержит 23 64кбитных B-канала и один 64кбитный D-канал. D-канал переносит сигналы контроля звонка для все В-каналов.

Пульсовый код модуляции
Технология для преобразования аналогового сигнала с бесконечным числом возможных значений в дискретные двоичные последовательности, которые обладают конечным числом значений.

Квантование
Процесс представления сигнала дискретными цифровыми последовательностями. Приближение бесконечного по значениям сигнала к потоку кодов вызывает ошибку называемую ошибкой квантования.

Отношение сигнал-шум
Мера измерения качества соединения, полученная делением мощности сигнала на мощность шума. Обычно измеряется в децибелах. Чем выше отношение, тем лучше соединение.

Т1
Четырех-проводная цифровая линия с той же способностью что и линия PRI, 1.544мбит. Т1 содержит 24 DS0, каждая из которых переносит данные со скоростью 56кбит (данные контроля звонка переносятся внутри DS0).

trunk-side T1
Линия Т1 которая обладает прямым цифровым соединением к телефонной сети т.о. не проходит через аналоговое преобразование на пути между цифровым V.90 модемом и телефонной сетью

Аналоговый V.90 модем
Модем, оборудованный ПО V.90 и подключенный к обычной телефонной линии. Чтобы развить скорость 56кбит, необходимо чтобы модем на другом конце был V.90 и был подключен к trunk-side T1, BRI или PRI.

Цифровой V.90 модем
Цифровой модем, оборудованный V.90 ПО и подключенный к trunk-side T1, BRI или PRI. Аналоговые модемы должны быть оборудованы ПО V.90 для передачи данных со скоростью выше 33кбит. В настоящее время 3Com представляет цифровые модемы Total Control, Remote Access Server. Net Server, I-Modem, MP I-Modem и Courier I-Modem.

Источник: 3COM

• Услуги / Dial-up
• Техническая информация / Dial-up
• Вопросы и ответы / Dial-up