Алгоритм амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей carrier (CAP) является одним из наиболее широко используемых в настоящее время на DSL-линиях методов модуляции. Этот алгоритм был разработан специалистами компании GlobeSpan Inc. в то время, когда эта компания была подразделением Paradyne в составе AT&T. В настоящее время патент на использование алгоритма амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей для формирования линейного кода принадлежит компании GlobeSpan Inc. Алгоритм CAP представляет собой одну из разновидностей алгоритма QAM, его особенность заключается в специальной обработке модулированного информационного сигнала перед его отправкой в линию. В процессе этой обработки из спектра модулированного сигнала исключается составляющая, которая соответствует частоте несущей QAM. После того, как приемник принимает сигнал, он сначала восстанавливает несущую частоту, а после этого - поток данных. Такие манипуляции со спектром выполняются для того, чтобы уменьшить долю неинформативной составляющей в спектре передаваемого сигнала. Это, в свою очередь, делается для того, чтобы обеспечить большую дальность распространения сигнала и уменьшить уровень перекрестных помех между сигналами, которые передаются по одному кабелю.
Описание алгоритма
На первый взгляд, название алгоритма звучит достаточно парадоксально и заставляет вспомнить сюжет русской народной сказки о каше из топора. Действительно, из модулированного сигнала предлагается исключить именно ту гармоническую составляющую, которая должна была использоваться для переноса полезного сигнала. Однако, если более подробно рассмотреть схему формирования сигнала, станет понятно, что алгоритм CAP в части формирования линейного кода практически ничем не отличается от классических алгоритмов гармонической амплитудной модуляции.
Синим цветом на рисунке (см. ниже) отмечен спектр передаваемого полезного сигнала. Максимальная частота этого сигнала имеет значение fmax. Частота модулирующего колебания-носителя имеет значение fc. После выполнения процедуры гармонической амплитудной модуляции спектр полезного сигнала переносится в область частоты fc и приобретает зеркальные составляющие. На рисунке этот спектр помечен зеленым цветом. Для восстановления переданного сигнала на приемной стороне достаточно передать только одну из зеркальных компонент спектра модулированного сигнала. Гармоника с частотой fc также является компонентом спектра модулированного сигнала, однако при восстановлении сигнала без неё также можно обойтись. Теоретически, амплитуда этой гармоники несет информацию об уровне постоянной составляющей передаваемого сигнала (составляющая спектра сигнала с частотой = 0). В силу этого данная гармоника не является в полной мере информативной, и её потеря не повлияет на качество восстановленного сигнала. Хотя исключение гармоники fc из передаваемого сигнала ведет к возникновению определенных трудностей при восстановлении сигнала, эта процедура вполне оправдана, поскольку позволяет существенно снизить уровень неинформативного сигнала, передаемого в линию. Красным цветом на рисунке показан спектр модулированного колебания, который сформирован в соответствии с принципами алгоритма CAP.
Таким образом, основные принципы формирования линейного кода CAP соответствуют принципам формирования линейного кода QAM. Отличия указанных алгоритмов заключаются в использовании дополнительных процедур формирования и восстановления спектра САР-модулированного сигнала.
Одна из возможных функциональных схем формирования сигнала, модулированного в соответствии с алгоритмом CAP, представлена на рисунке, который приведен ниже.
В данном случае для подавления гармоники несущего колебания используются синфазный и квадратурный фильтры. Для адекватного восстановления сформированного таким образом сигнала на приемной стороне должны быть выполнены соответствующие процедуры по восстановлению несущего колебания. После восстановления несущей приемник, который функционирует в соответствии с алгоритмом CAP, восстанавливает собственно переданный сигнал, используя при этом те же алгоритмы, что и приемник QAM-модулированного сигнала. Поэтому, по крайней мере теоретически, приемник CAP может взаимодействовать с передатчиком QAM.
Характеристики алгоритма
Алгоритм CAP может быть использован для формирования линейного кода в различных вариантах DSL. На приведенном ниже рисунке представлено схематическое изображение спектров САР-модулированных сигналов MSDSL.
В данном случае применение алгоритма САР целесообразно, поскольку при использовании перекрывающихся частотных диапазонов для передаваемого и принимаемого сигналов одним из основных факторов, который ограничивает дальность распространения сигнала в линии, является степень эффективности подавления в приемнике эха передаваемого сигнала (echo cancellation). Поскольку в общем случае, уровень сигнала, передаваемого в линию формирователями CAP, ниже (за счет подавления несущей), следовательно меньше будет и уровень эхо-сигналов от передатчика.
С таким же успехом этот алгоритм может быть использован для формирования линейного кода в асимметричных высокоскоростных приемо-передающих системах ADSL и VDSL. Для этих технологий существенным фактором является возможность частотного разделения информационных сигналов, которые одновременно принимаются и передаются по одной паре проводов. На приведенном ниже рисунке представлено схематическое изображение спектра CAP-модулированного сигнала RADSL.
Зеленым цветом на этом рисунке обозначен спектр передаваемого пользователем сигнала (Upstream), красным - спектр сигнала, который принимается пользователем (Downstream). Пунктирной линией обозначены уровни перекрестных помех, которые вызваны передачей сигналов такого же типа по всем остальным 49 парам проводов данного кабеля и регистрируются на ближнем конце (NEXT).
|
Тип кода
|
SNR*(dB)
|
|
CAP-4
|
14.5
|
|
CAP-8
|
18.0
|
|
CAP-16
|
21.5
|
|
CAP-32
|
24.5
|
|
CAP-64
|
27.7
|
|
CAP-128
|
30.6
|
|
CAP-256
|
33.8
|
Приведенная ниже таблица представляет зависимость относительного значения SNR* от типа используемого алгоритма CAP. В соответствии с определением значение относительного уровня SNR* соответствует уровню помехи, при которой уровень ошибок BER для принимаемого сигнала не будет превышать 10-7. Обращает на себя внимание тот факт, что, как и в случае QAM, помехоустойчивость алгоритма модуляции уменьшается при повышении его спектральной эффективности.
Достоинства алгоритма
Поскольку алгоритм амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей является, по сути, алгоритмом типа QAM, ему свойственны все положительные качества, присущие этому классу алгоритмов - относительная простота реализации и высокая спектральная эффективность. Несомненным достоинством алгоритма САР является высокая энергетическая эффективность формируемого сигнала. Именно этот алгоритм теоретически способен обеспечить максимальные значения SNR и, следовательно, передачу сигнала на наибольшие расстояния. Все эти полезные качества алгоритма модуляции CAP позволяют применять его для построения эффективных и экономичных приемо-передающих устройств широкого спектра технологий DSL - от SDSL до VDSL.
Недостатки алгоритма
Основным недостатком этого метода является отсутствие стандартизирующего документа, который определяет процедуры преобразования сигналов. Отсутствие этого документа объясняется рядом политических и экономических причин. Одной из причин, которые сдерживают внедрение этой технологии, является сильная поддержка альтернативной технологии DMT, которую оказывает комитет T1E1 ANSI. Другой причиной является недостаточная гибкость лицензионной политики, которую проводит обладатель патента на CAP - компания GlobeSpan. Эти причины, которые нельзя назвать техническими, в то же время являются достаточно вескими, для того, чтобы сдерживать процессы внедрения алгоритма САР в перспективные системы DSL.
Примечание:
|
