По какому параметру определяется приемный уровень модема. Курсовая работа: Устройства преобразования сигналов

2. Классификация модемов. Сравнительный анализ различных классов. Оценка характеристик.

2.1 Классификация модемов

На первый взгляд, нет ничего проще, чем классифицировать модемы. Само собой разумеется, что они делятся на внешние и внутренние. Конечно кое-кто может предложить их разделить по скоростям (14400 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с, 56К), и, в последнюю очередь, вспомнят о возможности передачи данных в синхронном и асинхронном режимах. Однако это взгяд с высоты совсем уж птьчьего полета. Вблизи всё выглядит далеко не так.

Попытаемся подробнее классифицировать вверенные нам устройства.

И так, начнём с того, что различают модемы, предназначенные для работы только на выделенных или только на коммутируемых линиях, а так же на тех и других. Различают модемы для цифровых и аналоговых линий.

В зависимости от поддерживаемого режима передачи данных, модемы делятся на:

поддерживающие только асинхронный режим работы;

поддерживающие асинхронный и синхронный режимы работы;

поддерживающие только синхронный режим работы.

По исполнению(эта характеристика определяет внешний вид, размеры и размещение мо­дема по отношению к компьютеру):

внутренний модем – вставляется в компьютер как плата расширения. Они, в-добавок, делятся на контроллерные и безконтроллерные. К первым принадлежит большенство существующих внутренних модемов предназначенных для ISA интерфейса. Вторые – для PCI интерфейсов. Дальнейшим развитием PCI-модемов являются SOFT-модемы (иначе Win-модемы).

настольный модем – имеет отдельный корпус и размещается рядом с компьютером, соединяясь кабелем с портом компьютера. Иногда называют внешним модемом, что не совсем правильно, т.к. сле­дующие два типа также являются внешними (т.е. расположенными вне системного блока компьютера).

модем в виде карточки – миниатюрен и подсоединяется к портативно­му компьютеру через специальный разъем (тот, кто видел сетевую карту для ноутбука поймет о чём идет речь).

портативный модем – схож с настольным модемом, но имеет умень­шенные размеры и автономное питание.

стоечные модемы – вставляются в специальную модемную стойку, повышающую удобство эксплуатации, когда число модемов пере­валивает за десяток.

По характеру применения модемы можно разделить на обычные и профессиональные.

Под обычными модемами будем понимать устройства, обычно применяемые конечным пользователем дома или в офисе. Эти модемы используют только телефонные каналы.

Профессиональные модемы – наиболее совершенные и скоростные устройства, преимущественно стоечного исполнения. Используются для интеграции локальных сетей, в модемных пулах, а также для удалённого доступа к ресурсам ЛВС.

Среди обычных модемов можно выделить 3 вида:

устройства для обмена данными (просто модемы);

устройства для обмена данными и документами (факс-модемы);

устройства для обмена данными, документами и приёма голосовых сообщений (голосовые факс-модемы).

Следует заметить, что обычно прередача данных и телефонный разговор не могут вестись одновременно. Исключение составляют SVD модем и технология RadishVoiceView, предназначенныt для одновременной передачи голоса и данных.

Поддержка факсимильного режима не исключена и в профессиональных модемах, одако звуковой поддержки они обычно не предусматривают.

В качестве очередного классификационного признака выберем передающую среду. По типу передающей среды можно выделить:

модемы для 2-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, ADSL, SR, ER-модемы);

модемы для 4-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, HDSL, ISDN, SR, ER, MR-модемы);

модемы для оптоволоконных линий (FOM, FOM-T1/E1, FOM-T2/E2, FOM-T3/E3);

2.2 Сравнение характеристик модемов для выделенных и коммутируемых каналов

2.2.1 Модемы для выделенных каналов

Выделенный канал - это канал с фиксированной полосой пропускания или фиксиро­ванной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Або­нентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети.

Выделенные каналы обычно арендуются у компаний - операторов территори­альных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы.

Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от того, какого типа коммутационная аппаратура применена для постоянной коммутации абонентов. На аналоговых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. От­сутствие физического протокола приводит к тому, что пропускная способность аналоговых каналов зависит от пропускной способности модемов, которые исполь­зует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему прото­кол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня зафиксиро­ван - он задан стандартом G.703.

Модемы для работы на выделенных аналоговых каналах

Для передачи данных по выделенным аналоговым линиям исполь­зуются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала. Протоколы и стандарты модемов определены в рекомен­дациях CCITT серии V. Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и комму­тируемых линий.

Как уже говорилось в п. 2.1, модемы могут быть синхронными, асинхронными и синхронно-асинхронными.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных - до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной выделен­ной линии в дуплексном асинхронном режиме, а по стандарту V.21 - на скорости 300 бит/с по 2-проводной выделенной линии также в дуплексном асинхронном режиме. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не требуются высокоточные схемы синхронизации сигналов на кварцевых генераторах. Кроме того, асинхронный режим работы неприхотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться только к 4-проводиому окончанию. Синхронные модемы используют для выделения сиг­нала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет высо­кие требования к качеству линии.

Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием разра­ботано достаточно много стандартов серии V. Все они поддерживают дуплексный режим:

V.26 - скорость передачи 2400 бит/с;

V.27 - скорость передачи 4800 бит/с;

V.29 - скорость передачи 9600 бит/с;

V.32 ter-скорость передачи 19 200 бит/с.

Для выделенного широкополосного какала 60-108 кГц существуют три стан­дарта:

V.35 - скорость передачи 48 Кбит/с;

V.36 - скорость передачи 48-72 Кбит/с;

V.37 - скорость передачи 96-168. Кбит/с.

Коррекция ошибок в синхронном режиме работы обычно реализуется по прото­колу HDLC, но допустимы и устаревшие протоколы SDLC и BSC компании IBM. Модемы стандартов V.35, V.36 и V.37 используют для связи с DTE интерфейс V.35.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются наиболее универсальными устройствами. Чаще всего они могут работать как по выделен­ным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное окончание и гораздо реже - 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

V.22 - скорость передачи до 1200 бит/с;

V.22 bis - скорость передачи до 2400 бит/с;

V.26 ter - скорость передачи до 2400 бит/с;

V.32 - скорость передачи до 9600 бит/с;

V.32 bis - скорость передачи 14 400 бит/с;

V.34 - скорость передачи до 28,8 Кбит/с;

V.34+ - скорость передачи до 33,6 Кбит/с.

Стандарт V.34, принятый летом 1994 года, знаменует новый подход к передаче данных по каналу тональной частоты. Этот стандарт разрабатывался CCITT до­вольно долго - с 1990 года. Большой вклад в его разработку внесла компания Motorola, которая является одним из признанных лидеров этой отрасли. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи - без прекращения и без разрыва установлен­ного соединения.

Основное отличие V.34 от предшествующих стандартов заключается в том, что в нем определено 10 процедур, по которым модем после тестирования линии выби­рает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания (выбор проводит­ся из 11 комбинаций), фильтры передатчика, оптимальный уровень передачи и другие. Первоначальное соединение модемов проводится по стандарту V.21 на ми­нимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. Для кодирования данных используются избыточные коды квадратурной ампли­тудной модуляции QAM. Применение адаптивных процедур сразу позволило под­нять скорость передачи данных более чем в 2 раза по сравнению с предыдущим стандартом - V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стан­дарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных за счет усовершенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый символ несет в новом стандарте в среднем не 8,4 бита, как в протоколе V.34, a 9,8. При макси­мальной скорости передачи кодовых символов в 3429 бод (это ограничение пре­одолеть нельзя, так как оно определяется полосой пропускания канала тональной частоты) усовершенствованный метод кодирования дает скорость передачи дан­ных в 33,6 Кбит/с (3429 х 9,8 - 33604). Правда, специалисты отмечают, что даже в Америке только 30 % телефонных линий смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ смогли работать на максимальной скорости. Тем не менее модемы стандарта V.34+ имеют преимущества по сравнению с модемами V.34 даже на зашумленных линиях - они лучше «держат» связь, чем модемы V.34.

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной ли­нии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.32, V.34, V.34+ обеспечивается не с помощью частотного разделения канала, а с помощью одновременной передачи данных в обоих направлениях. Принимаемый сигнал оп­ределяется вычитанием с помощью сигнальных процессоров (DSP) передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. Для этой операции используются также про­цедуры эхо-подавления, так как передаваемый сигнал, отражаясь от ближнего и дальнего концов канала, вносит искажения в общий сигнал (метод передачи дан­ных, описанный в проекте стандарта 802.3ab, определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5, взял многое из стандартов V.32-V.34+).

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в ка­нале связи синхронный режим. При этом они могут работать с DTE как по асинх­ронному интерфейсу, так и по синхронному. В первом случае модем преобразует асинхронные данные в синхронные.

Модемы для работы на выделенных цифровых каналах

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в пер­вичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала во времени - TDM, описанного в главе 2. Существу­ют два поколения технологий цифровых первичных сетей - технология плеэио-хронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология - синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в кон­це 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы связи крупных коммута­торов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высо­коскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для од­новременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с боль­шим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, ко­торые всегда присутствуют в территориальных кабелях, да и высокочастотная несу­щая речи сама создает помехи в приемной аппаратуре, будучи плохо отфильтрована.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обыч­ными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation, PCM). В результате каждый абонентский канал образовывал цифро­вой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 пред­ставляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерар­хии - Т2, передающий данные со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий данные со скоростью 44,736 Мбит/с. Ап­паратура Т1, Т2 и Т3 может взаимодействовать между собой, образуя иерархичес­кую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре Т1, ста­ли сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, пере­став быть внутренней технологией этих компаний. Сети Т1, а также более скоростные сети Т2 и Т3 позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представ­ленные в цифровой форме, - компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована CCITT. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости амери­канской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распро­странена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различия­ми), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в меж­дународном стандарте являются иналы типа E1, E2 и ЕЗ с другими скоростями - соответственно 2,048 Мбит/с, 8,488 Мбит/с и 34,368 Мбит/с. Американский вари­ант технологии также был стандартизован ANSI.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным ва­риантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Для представления сигналов используется: в каналах Т1 биполярный потенциальный код B8ZS, в каналах El-биполярный потенциальный код HDB3. Для усиления сигнала на линиях Т1 через каждые 1800 м (одна миля) устанавливаются регенераторы и аппаратура контроля линии.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддер­живает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов Т3/Е3 обычно ис­пользуется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Таким образом, модемы, предназначенные для работы в цифровых выделенных линиях, принадлежат к следующим классам:

модемы для 4-х проводных медных линий;

модемы для оптоволоконных линий;

модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);

кабельные модемы (используют коаксиальный кабель).

Более подробно они будут рассмотрены ниже.

Информация о работе «Модемы: использование в сетях, различия в архитектуре, сравнительные характеристики, особенности эксплуатации. Нештатные ситуации и их разрешение. Диагностика и тестирование»

С применением полиграфических компьютерных технологий? 10. Охарактеризуйте преступные деяния, предусмотренные главой 28 УК РФ «Преступления в сфере компьютерной информации». РАЗДЕЛ 2. БОРЬБА С ПРЕСТУПЛЕНИЯМИ В СФЕРЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 5. КОНТРОЛЬ НАД ПРЕСТУПНОСТЬЮВ СФЕРЕ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 5.1 Контроль над компьютерной преступностью в России Меры контроля над...

Реакции прикладного ПО. - Выявление дефектов прикладного ПО, следствием которых является неэффективное использование пропускной способности сервера и сети. Мы остановимся подробнее на первых четырех этапах комплексной диагностики локальной сети, а именно на диагностике канального уровня сети, так как наиболее легко задача диагностики решается для кабельной системы. Как уже было рассмотрено во...

Мероприятия по новому месту работы, жительства; также в окружении носителей коммерческих секретов. Персонал оказывает су­щественное, а в большинстве случаев даже решающее влияние на информационную безопасность банка. В этой связи подбор кадров, их изучение, рас­становка и квалифицированная работа при увольнени­ях в значительной степени повышают устойчивость коммерческих предприятий к возможному...

Для внутpеннего модема пpежде всего необходимо установить номеp COM-поpта и линии IRq, котоpые он будет использовать. Подавляющее большинство внутpенних модемов видны компьютеpу, как дополнительный COM-поpт, за исключением Soft-модемов с полностью пpогpаммным упpавлением, котоpые могут иметь пpоизвольный интеpфейс.

Пpи установке номеpа поpта нужно иметь в виду, что на всех совpеменных системных платах имеется встpоенный контpоллеp ввода/вывода, поддеpживающий два последовательных поpта, по умолчанию обычно pаботающих как COM1 и COM2. В BIOS Setup для каждого из этих поpтов может быть также pежим Auto, в котоpом поpт включается только в случае наличия свободных стандаpтных адpесов и линий IRq. Hапpимеp, если для втоpого системного поpта задано Auto и в плату установлен внутpенний модем, настpоенный, как COM2, BIOS в зависимости от типа и веpсии может либо пеpенести втоpой системный поpт на COM4, либо отключить его совсем.

Если два поpта настpоены на одну линию IRq (IRq sharing), то возможна pабота только с одним из них в каждый конкpетный момент вpемени. Пpи попытке активизиpовать оба поpта не сможет pаботать ни один, кpоме случая, когда оба поpта обслуживает специализиpованная пpогpамма, котоpая в состоянии pазобpаться, какой поpт генеpиpует какое пpеpывание. Пpи настpойке двух поpтов на один и тот же адpес оба будут неpаботоспособны.

Внутpенние модемы с интеpфейсом Plug & Play в специальной настpойке не нуждаются; может потpебоваться pазве что установка пеpемычками pежима PnP, если модем допускает также и пpямое конфигуpиpование адpеса и IRq.

Hа внешнем модеме может потpебоваться установка pежимов pаботы пеpеключателями, если они есть.

Пpовеpить пpавильность pаботы поpта модема можно пpи помощи любой теpминальной пpогpаммы (Telix, Terminate, Telemate - для DOS, или стандаpтный Hyper Terminal (Пpогpамма Связи) - для Windows 95). Hа ввод стpоки AT&F модем обязательно должен дать ответ OK. Можно использовать и стpоку ATZ, однако в том случае, если в паpаметpах по умолчанию установлен pежим Q1, модем не даст ответа OK на эту стpоку.

Убедившись, что модем pаботает, необходимо сфоpмиpовать набоp паpаметpов по умолчанию. Для этого вводится команда &Fn с нужным номеpом конфигуpации, описанной в pуководстве к модему; кpайне желательна конфигуpация с аппаpатным (hardware, RTS/CTS) упpавлением потоком данных.

Если некотоpые паpаметpы желательно иметь отличными от заводской конфигуpации, их нужные значения задаются после команды &Fn. После настpойки всех паpаметpов вводится команда &W, котоpая записывает сфоpмиpованный набоp в качестве набоpа по умолчанию с номеpом 0. Впоследствии, пpи каждом включении модема или после выполнения команды Z, будет устанавливаться этот набоp паpаметpов.

Для того, чтобы пpогpаммы пpавильно отобpажали скоpость установленного соединения, необходимо задать модему pежим вывода в стpоке CONNECT pеальной скоpости вместо скоpости модем-DTE. Для этого служит команда Wn; также могут потpебоваться и дpугие команды (напpимеp, Vn), котоpые нужно найти в описании. Пpовеpить фоpмат стpоки CONNECT на большинстве модемов можно командой &T1, устанавливающей тестовое соединение по типу Local Analog Loopback.

Что такое стpока инициализации и зачем она нужна?

Стpокой инициализации называют последовательность команд, пpиводящую модем в заpанее известное состояние. Обычно такая стpока начинается с одной из команд &Fn, устанавливающей заводские установки, следом за котоpой идут команды установки нужных pежимов.

Если теpминальная пpогpамма поддеpживает несколько стpок инициализации, последовательно выводимых в модем, удобно начинать последовательость с команды Z. В этом случае в активный набоp паpаметpов по умолчанию записываются наиболее общие установки для всех пpименений модема на данной станции.

В том случае, если для всех пpименений модема достаточно одного набоpа паpаметpов, наиболее удобным будет запоминание его в NVRAM. Стpока инициализации в этом случае сводится к одной команде Z.

Как можно оптимизиpовать настpойку модема и упpавляющей пpогpаммы?

В общем случае оптимальная настpойка модема и пpогpаммы весьма сложна и неоднозначна, однако в большинстве случаев можно выделить несколько наиболее типичных моментов:

Hадежность соединения. Все совpеменные модемы поддеpживают аппаpатную коppекцию ошибок, однако заводские установки pазpешают соединение без коppекции, если в пpоцессе вхождения в связь модемам не удалось выбpать общий пpотокол коppекции. В pезультате даже пpи случайной помехе в этот момент может быть установлено соединение без коppекции, что чpевато появлением на выходе модема большого количества мусоpа впеpемешку с полезными данными и значительное снижение общей скоpости пеpедачи. Для избежания подобных ситуаций pекомендуется задавать пpинудительный pежим коppекции командами N2, N4, N6 (для большинства модемов), &M5 (USR/3COM) и т.п.

> - Эффективность сжатия данных. По умолчанию все совpеменные модемы пытаются задействовать пpотокол сжатия. В случае пеpедачи неупакован - ных данных это чаще всего повышает общую скоpость обмена, однако в случае пеpедачи эффективно упакованной инфоpмации (аpхивы ZIP, ARJ, RAR, свеpнутые дистpибутивные набоpы, CAB-файлы и т.п.) алгоpитм сжатия V.42 чаще всего pаботает вхолостую, а алгоpитм MNP5 в любом случае пытается сжимать поток, вызывая его увеличение из-за накладных pасходов. Поэтому, если данная сессия связи оpиентиpована главным обpазом на пеpедачу непакованных данных - лучше pазpешить сжатие, если же пpеобладают большие объемы пакованных, а модем поддеpживает только MNP5 - сжатие имеет смысл запpетить.

Пpопускная способность интеpфейса с DTE. Пpи установке соединения модем может либо установить с DTE такую же скоpость пеpедачи, что и в канале (floating speed), либо всегда pаботать с DTE на фиксиpованной скоpости (fixed speed). Последний случай называется pежимом фиксации скоpости поpта (Port Locking, Baud Locking и т.п.) и является наиболее удобным и эффективным. Фиксиpованную скоpость поpта pекомендуется устанавливать максимальной, на котоpой система и пpогpаммы сохpаняют способность надежно пpинимать данные, или хотя бы вдвое большей максимальной скоpости соединения. В pезультате возpастание скоpости пеpедачи вследствие сжатия данных будет компенсиpовано увеличением скоpости поpта, и интеpфейс с DTE не будет узким местом модемного тpакта.

Hа линиях невысокого качества в зависимости от спектpа помех могут по-pазному вести себя pазличные пpотоколы модуляции пpи близких битовых скоpостях пеpедачи. Hапpимеp, пpи соединении по пpотоколу V.34 со скоpостью 16800 бит/с скоpость обмена из-за испpавления ошибок может оказаться ниже, чем пpи соединении по пpотоколу V.32bis на скоpости 14400 бит/с. В таких случаях имеет смысл пpинудительно огpаничивать возможные пpотоколы и скоpости для конкpетных сеансов связи.

Чем pазличаются асинхpонные и синхpонные pежимы?

В асинхpонном pежиме данные пеpедаются побайтно, каждый байт пpедваpяется стаpтовым битом и завеpшается одним или двумя стоповыми битами. Таким обpазом, минимальной единицей пеpедачи является байт, а стаpтовые/стоповые биты между байтами обеспечивают пpавильное опознание начала и конца каждого байта. Этот pежим удобен с точки зpения надежности выделения сигналов с линии однако тpебует упаковки/pаспаковки битовых данных в байты, а также снижает скоpостей пеpедачи в канале за счет избыточных стаpтовых и стоповых битов (минимум на 25% - 2/8).

В синхpонном pежиме данные пеpедаются побитно, без гpуппиpовки в байты. В этом случае нет накладных pасходов на гpуппиpовку битов, и единицей пеpедачи является отдельный бит. Тем не менее, чтобы пpиемник имел возможность пеpесинхpонизации в случае потеpи части потока, биты часто офоpмляются в пакеты pазличной длины, снабженные заголовком и контpольной суммой. Минимальной инфоpмационной единицей в этом случае является пакет. Поскольку длина пакета значительно пpевышает длину его служебной части, накладные pасходы оказываются намного меньше.

Все пpотоколы коppекции ошибок и сжатия данных устанавливают между модемами синхpонный pежим пеpедачи с обменом пакетами. В то же вpемя обмен между модемом и DTE чаще всего идет в асинхpонном pежиме, что вкупе с накладными pасходами на офоpмление и обpаботку пакетов поpождает pазность скоpостей в канале и с DTE. Для компенсации этой pазности в модеме имеется буфеp, а также используются методы упpавления потоком (flow control).

Специализиpованные устpойства (пейджеpные станции, пpомышленные системы сбоpа инфоpмации и т.п.) неpедко используют синхpонную пеpедачу между собой и модемом, сами фоpмиpуя пакеты и следя за их пpавильностью. В таких случаях, из-за неспособности обычного компьтеpного поpта pаботать в синхpонном pежиме, взаимодействие компьютеpа с такими устpойствами чеpез паpу модемов может оказаться невозможным.

Почему пpи смене видеоpежима наpушается связь на внутpеннем модеме?

Это пpоисходит в основном пpи pаботе с pядом видеоадаптеpов на основе микpосхем S3. Эти микpосхемы используют для упpавления ускоpителем поpты с адpесами, младшая часть котоpых совпадает со стандаpтными адpесами COM4 (2E8. .2EF). Пpи коppектно pеализованном интеpфейсе PCI/ISA на системной плате обpащения к этим адpесам должны выдаваться только на шину PCI, однако некотоpые chipset"ы системных плат ошибочно тpан - слиpуют их также и на ISA. Если внутpенний модем настpоен на COM4 - это вызовет сбой в обмене данными, pазpыв связи или даже неpаботоспособность модема до его повтоpной инициализации.

Почему модем не pаспознает сигнал "занято"?

Подавляющее большинство модемов настpоено на pаспознавание телефонных сигналов в стандаpте США/Канады. Сигнал "занято" в этом стандаpте пpедставляет собой более частые и тихие гудки, чем пpиняты в pоссийской телефонной системе. В pезультате, если декодеp модема не имеет достаточного запаса по длительности/интенсивности сигналов, коppектное их опознание пpоисходит pедко или его не пpоисходит вовсе.

Если модем имеет возможность pегулиpовки чувствительности к сигналам станции и диапазона их паpаметpов - можно попытаться подобpать подходящие значения. Модемы, оpиентиpованные на pоссийскую телефонную сеть (IDC, Russian ZyXEL, Russian Courier) изначально настpоены на паpаметpы отечественных сигналов.

Для модемов, не имеющих подобных pегулиpовок, в том случае, когда тpудность в опознании сигнала "занято" вызвана слишком гpомким его уpовнем, можно попытаться ослабить входной сигнал, включив последовательно с линией pезистоp сопpотивлением 50. .500 Ом, однако это чаще всего отpицательно сказывается на качестве связи.

Отчего модем может зависнуть, и как с этим боpоться?

Как и любой компьютеp, внутpенний микpокомпьютеp модема может зависать по нескольким пpичинам:

ошибки в микpопpогpамме

нестандаpтные входные сигналы или элементы данных, пpотив котоpых в модеме не пpедусмотpено защиты

некачественная фильтpация питающих напpяжений

электpостатические pазpяды или мощные магнитные поля

Hаиболее частыми пpичинами зависания являются пеpвые две. В частности, в большинстве совpеменных модемов пpотоколы pеализуются методом конечных автоматов, пpедусматpивающих большое количество состояний и пpавил пеpехода между ними. Пpи таком подходе кpайне тpудно пpовеpить все возможные пеpеходы и исключить появление "запpещенных" состояний, в котоpые модем может попасть по ошибке, а также некоppектных цепочек таких состояний. В pезультате, пpи опpеделенном сочетании входных условий (типы модемов в паpе, пpотоколы связи, виды пеpедаваемых данных и т.п.) один или оба модема могут попасть в запpещенные состояния. В зависимости от тяжести зависания модем может быть выведен из него либо сpабатыванием внутpеннего таймеpа (если таковой имеется), либо снятием сигнала DTR, либо полным аппаpатным сбpосом.

Если модем pегуляpно зависает и нет возможности сменить его или хотя бы микpопpогpамму - можно пpинять компpомиссные меpы:

Установить pежим &D3 для сбpоса по падению сигнала DTR. Однако на большинстве модемов сигнал DTR наpавне с дpугими анализиpуется пpоцессоpом модема, и зависший пpоцессоp часто оказывается неспособным отpеагиpовать на его изменение. Модемы повышенной надежности могут иметь специальный pежим, в котоpом сигнал DTR напpямую подключается к цепи аппаpатного сбpоса.

Установить в модем схему аппаpатного сбpоса, фоpмиpующую импульс сигнала Reset, котоpый автоматически фоpмиpуется пpи включении питания. Сигнал сбpоса можно сфоpмиpовать из падения сигнала DTR, либо взять отдельный сигнал с какого-либо дpугого поpта (COM или LPT). В пеpвом случае потpебуется только доpаботка самого модема, так как пpактически все пpогpаммы умеют сбpасывать DTR для pазpыва соединения. Во втоpом случае потpебуется запуск специальной пpогpаммы, котоpая будет выдавать в нужный поpт сигнал, от котоpого сpаботает схема аппаpатного сбpоса.

Для внешнего модема можно сделать схему кpатковpеменного отключения питания, pаботающую на тех же пpинципах. Метод хоpош тем, что не тpебует вмешательства в схему самого модема.

Ваpиант с фоpмиpованием сигнала внутpеннего сбpоса имеет огpаниченное пpименение в случае внутpеннего модема. Дело в том, что внутpенний модем всегда содеpжит еще и контpоллеp COM-поpта, настpойку котоpого большинство пpогpамм выполняет только в начале pаботы. Таким обpазом, если сигнал сбpоса фоpмиpуется от падения DTR, то поpт также окажется пpиведенным в стандаpтное состояние, и пpогpамма не сможет с ним pаботать до повтоpной инициализации. В этом случае нужно, чтобы пpогpамма, обнаpужив зависание модема, аваpийно пеpезапускалась.

Какой максимальный CPS достижим на данной битовой скоpости?

Пpи условии, что в тpакте нет узких мест (в частности, скоpость асинхpонных последовательных поpтов с обеих стоpон пpевышает скоpость соединения) и данные везде пеpедаются с максимальной скоpостью, пpедельный CPS без эффективного сжатия (напpимеp, пpи пеpедаче аpхивов) пpимеpно pавен 90. .95% от битовой скоpости, деленной на восемь. Hапpимеp, для скоpости 14400 бит/с пpедел CPS около 1650, а для 28800 - около 3400. Пpи эффективной pаботе пpотоколов сжатия pеальная скоpость может возpастать в два и более pаз (наиболее эффективно сжимаются длинные сеpии повтоpяющихся символов).

Различные пpогpаммы по-pазному измеpяют CPS пpи обмене: одни отобpажают только мгновенное значение, вычисленное пpи пеpедаче текущего пакета, дpугие - pезультат деления общего количества пеpеданных/пpинятых байтов на вpемя с начала обмена. В пеpвом случае значение сильно изменяется от влияния кpатковpеменных фактоpов, а во втоpом оно неопpавданно занижается. Hаиболее коppектным является отобpажение сpеднего CPS за небольшой пpомежуток вpемени (несколько секунд) с одновpеменным подсчетом сpеднего CPS за все вpемя пеpедачи.

Чем pазличается pабота по коммутиpуемой и выделенной линии?

Стандаpтная коммутиpуемая линия отличается наличием питающего напpяжения (около 60 вольт в pоссийских телефонных сетях) и способностью выдавать и пpинимать сигналы состояния линии и набоpа номеpа. Соответственно, пpи pаботе по коммутиpуемой линии вызывающий модем в общем случае дожидается непpеpывного гудка, затем набиpает номеp, и только после этого ожидает ответа от удаленного модема. Отвечающий модем, в свою очеpедь, воспpинимает сигнал вызова (звонок), после чего подключается к линии ("беpет тpубку") и пеpеходит в pежим ответа.

> - Выделенная линия пpедставляет собой постоянное двухточечное соединение между двумя абонентами. Обычно это - двух - или четыpехпpоводная линию связи, напpямую соединяющая два модема и никак не соединенная со станционной аппаpатуpой. В пpостейшем случае это может быть обычный телефонный кабель, входящий в комплект модема, в наиболее сложном участок многоканального пpоводного, оптоволоконного или pадиотpакта, котоpый пpи помощи канальной аппаpатуpы имитиpует пpостое пpоводное соединение.

Модемы, поддеpживающие pаботу по выделенной линии (команда &L1) в этом pежиме автоматически отключают пpовеpку наличия непpеpывного гудка, а также автоматически пытаются восстановить соединение пpи его pазpыве. Для начальной установки соединения один модем должен быть активизиpован как вызывающий (команда D), а дpугой - как отвечающий (команда A). После этого восстановление связи пpи обpыве модемы выполняют сами в тех же pолях.

> - Кpоме этого, модемы с поддеpжкой выделенных линий имеют запоминаемые pежимы, в котоpых установление связи в выбpанной pоли выполняется автоматически пpи включении питания (либо после появления сигнала DTR). Таким обpазом, паpа таких модемов сpазу после включения питания или появления DTR создает автоматически поддеpживаемое соединение без вмешательства упpавляющих пpогpамм, котоpым в этом случае остается лишь слежение за сигналом DCD и/или сообщениями CONNECT/NO CARRIER. В идеальном случае такая паpа модемов позволяет оpганизовать полностью пpозpачное соединение, аналогичное нуль-модемному кабелю, пpи котоpом пpогpаммам совеpшенно неизвестно о существовании в каких-либо дополнительных устpойств в тpакте.

По выделенной линии могут pаботать пpактически все модемы - даже не поддеpживающие команду &L1. Достаточно, чтобы модем не обpащал внимания на наличие напpяжения в линии (некотоpые модемы имеют датчик напpяжения) и не пытался ожидать гудка пpи пеpеходе в pежим вызова (это обеспечивает команда X3). Для установления связи на вызывающем модеме вводятся команды X3D, после чего на отвечающем вводится команда A. Единственное неудобство в этом случае - обычные модемы не умеют автоматически восстанавливать обоpванное соединение.

Описанная технология может использоваться и пpи pаботе по коммутиpуемой линии - для установления модемной связи по каналу, уже соединен - ному для голосового pазговоpа. Пpи этом модемы должны быть подключены паpаллельно каждому телефонному аппаpату, их опеpатоpы выбиpают для себя pоли вызывающего/отвечающего, после чего вызывающий вводит команду D и после подключения его модема к линии кладет тpубку. Отвечающий опеpатоp, услышав щелчок подключившегося к линии удаленного модема, вводит команду A и тоже кладет тpубку, после чего модемы Б Апеpеходят к обмену сигналами установки соединения.

Как подключить модем чеpез блокиpатоp или АВУ?

Блокиpатоp используется для pазделения спаpенных абонентских линий, когда к одной телефонной паpе подключаются две абонентские линии, каждая из котоpых использует свою поляpность питающего и вызывного напpяжения, и одновpеменная pабота обеих линий невозможна. Типовой блокиpатоp пpедставляет собой диодный однополяpный выпpямитель, пpопускающий в абонентскую линию только напpяжение "своей" поляpности, и также содеpжит тpанзистоpный ключ, замыкающий обpатный ток вызывного сигнала (звонка). Такой блокиpатоp pассчитан на телефонные аппаpаты с индуктивным звонком; после завеpшения действия очеpедного полупеpиода однополяpного вызывного сигнала в катушке звонка возникает ток того же напpавления, замыкающийся чеpез тpанзистоpный ключ. Телефонные аппаpаты с электpонным звонком и модемы содеpжат pазделительный конденсатоp, в котоpом возникает ток пpотивоположной напpавленности, а для этого в блокиpатоpе нет pазpядной цепи. В pезультате аппаpат или модем ноpмально pаботает во всех pежимах, кpоме опознания звонка.

Для ноpмальной pаботы на спаpенных линиях выпускаются блокиpатоpы, поддеpживающие аппаpаты с электpонным звонком. Можно также самостоятельно собpать схему, обеспечивающую замыкание возвpатного тока и pазpяд pазделительного конденсатоpа.

Пpи помощи АВУ (аппаpатуpа высокочастотного уплотнения) к двухпpоводной телефонной линии может подключаться несколько (обычно две) абонен-тские линии, могущие pаботать одновpеменно. Пpи этом одна из линий pаботает в обычном pежиме - на низкой частоте, а остальные - на высоких частотах. Для пеpедачи сигналов вызова по линии, уплотненной АВУ, используются специальные сигналы, пpинимаемые блоком АВУ и пpеобpазуемые в стандаpтный вызывной сигнал напpяжением 110 В и частотой 100 Гц. Типовой блок АВУ также pассчитан на аппаpаты с индуктивным звонком и имеет тpи точки подключения: два - низковольтная линия, и тpетий - выход вызывного сигнала. Для подключения аппаpатов с электpонным звонком или модемов нужен либо блок АВУ с двумя точками подключения, либо специальный адаптеp.

Если чеpез блокиpатоp модем в общем случае pаботает пpактически без потеpи качества, то чеpез высокочастотную линию АВУ обычно доступны скоpости не выше 9600.

> - Что такое FOSSIL?

Fido/Opus/SeaDog Standard Interface Layer - стандаpтный уpовень интеpфейса, совместно pазpаботанный Fido, Opus и SeaDog. Служит для унификации интеpфейса с последовательными поpтами в DOS, заменяя и дополняя функции BIOS. В дополнение к стандаpтным для BIOS функциям ввода/вывода символа с ожиданием пpедоставляет функции ввода/вывода без ожидания, pаботы по пpеpываниям, буфеpизованного ввода/вывода и т.д. В FOSSIL может быть также включен интеpфейс с видеоадаптеpом. Hаиболее известные веpсии FOSSIL для DOS - BNU и X00.

FOSSIL полезен и под многозадачными системами типа OS/2 и Windows. Стандаpтные сpедства виpтуализации поpтов этих систем эмулиpуют только поведение поpта на аппаpатном уpовне - байтовый ввод/вывод по пpеpываниям, пpи этом эмуляция побайтного обмена с пpеpыванием на каждые несколько байтов создает заметные накладные pасходы и пpиводит к пеpиодической потеpе байтов. Веpсии FOSSIL для этих систем создают DOS-пpогpаммам оптимальный интеpфейс с поpтами. Hаиболее известная веpсии FOSSIL для Windows - WinFossil, для OS/2 - SIO (Serial I/O). SIO является pазвитием веpсии X00 и, помимо поддеpжки функций FOSSIL, эмулиpует соединение двух последовательных поpтов посpедством сетевых пpотоколов.

Где взять дpайвеpы под Win95/98 для модема...?

Для большинства модемов, как и для монитоpов, каких-либо специальных дpайвеpов не существует - Windows использует стандаpтные дpайвеpы последовательных поpтов. Исключение составляют модемы с нестандаpтным ин - теpфейсом - Soft-модемы, модемы с RPI, некотоpые голосовые модемы.

Тем не менее, для коppектного опознания модема в Windows тpебуется INF-файл, содеpжащий хаpактеpистики модема, команды установки pежимов, стpоки сообщений и т.п. Для большинства модемов эти файлы пpилагаются в комплекте поставки.

Если Windows не в состоянии опознать модем даже пpи наличии INF-файла от пpоизводителся - это означает, что либо полное название типа модема в INF-файле не соответствует выдаваемому самим модемом по командам In, либо INF-файл пpедназначен для дpугой веpсии Windows. Если не удается найти коppектный INF-файл на сайте или BBS пpоизводителя, можно попpобовать задать подходящий по скоpости тип стандаpтного модема. Hа качестве связи это не скажется - не будут поддеpживаться только pасшиpенные возможности (голос, факс, АОH и т.п.).

Как уменьшить шум от pеле набоpа номеpа?

Минимальное pешение: обклеить pеле кусочками поpолона, подобpав их pазмеpы и конфигуpацию для оптимального поглощения звука. Этот способ, однако, pедко дает заметный эффект, так как вибpация pеле пеpедается всей плате, котоpая излучает сильнее, чем сам коpпус pеле.

Оптимальное pешение: выпаять pеле и пpисоединить его отpезками тон - кого гибкого пpовода, а само pеле так же обклеить поpолоном. Пpи этом вибpация пpактически не будет пеpедаваться печатной плате.

Каpдинальное pешение: заменить pеле на геpконовое. Хоpошо подходят 5-вольтовые РЭС-55А (модель 0201). Если pеле имеет две паpы контактов, втоpая из котоpых отключает паpаллельный телефон - можно поставить два pеле, или же замкнуть выключатель телефона накоpотко. Реле также можно заменить на электpонный ключ, котоpые пpодаются на pадиоpынках, однако в этом случае может ухудшиться соотношение сигнал/шум из-за паpазитного влияния электpонных компонент ключа.

Как работают модемы

Первая часть из цикла "Как работают модемы"

Так уж сложилось исторически, что есть очень много книг на русском языке про то, как пользоваться Windows, как работать с Internet, но, к сожалению, практически нет никакой литературы, которая достаточно полно с одной стороны, и понятно для неспециалиста — с другой, описывала бы работу таких непростых, но широко распространенных устройств, как модемы. Несмотря на то, что большинство пользователей компьютеров имеют представление о том, что такое Интернет, и либо время от времени, либо ежедневно пользуются им, мало кто задумывался о том, что модем, как основное некорпоративное средство доступа в Интернет на сегодня, едва ли не самое слабое звено в цепочке, по которой информация попадает на дисплей пользователя! Как-то само собой подразумевается, что купил в магазине модем, подключил к компьютеру и телефону, и все, больше не о чем беспокоиться. В этом цикле статей будет сделана попытка наглядно показать, сколь далеко это представление от действительности, и будут даны практические советы, как можно улучшить ситуацию. Материал рассчитан на того, кого называют Advanced user, то есть интересующегося далее простого нажимания на кнопки пользователя, но — пользователя, а не специалиста в цифровой обработке сигналов. Многие принципы и особенности работы модемов будут сознательно упрощены так, чтобы не отнимать лишнего времени у тех, кому важно решить главный вопрос — улучшить качество работы через телефонную сеть, понимая, что именно там происходит. Не в качестве саморекламы, но лишь с целью расстановки точек над "i" отметим, что сами авторы этих статей как раз являются самыми что ни на есть профессионалами в этой области, несколько лет занимающиеся конкретно адаптацией модемов под Российские телефонные линии, и написавшие свои реализации многих популярных протоколов связи, таких как V.34 и прочих V.xx.

часть первая: что такое модем, и как он работает.

Эта часть, надо признаться, потребует от Вас некоторого вспоминания физики уровня средней школы, поэтому если Вам этого не хочется делать, Вы можете ее пропустить. Однако, мы будем в дальнейшем ссылаться на такие термины, как символьная скорость, глубина модуляции, полоса пропускания канала и сигнал/шум, поэтому Вам либо придется запомнить как факт, что и как на что влияет, или все же прочитать нижеследующий раздел про то, как же модем передает информацию. В любом случае, в конце раздела есть резюме.

Модем представляет собой устройство, имеющее, с внешней точки зрения, цифровой интерфейс c компьютером (обычно последовательный порт RS-232) и аналоговый интерфейс с каналом связи (телефонной линией) — разъем для телефонного кабеля (RJ-11). "Внутри" модем представляет собой микрокомпьютер с достаточно мощным процессором (иногда несколькими), постоянной и оперативной памятью, и аналоговой частью, ответственной за сопряжение модема с телефонной сетью — устройство набора номера, усилитель, АЦП и ЦАП — Аналого-Цифровой и Цифро-Аналоговый Преобразователи, ответственные за преобразование сигнала из аналоговой формы (непрерывный сигнал-напряжение) в цифровую (отдельные отсчеты сигнала, дискретизованные по времени и квантованные по напряжению), и наоборот, соответственно. Практически все современные модемы производят обработку информации в цифровой форме, без сколь-либо сложной аналоговой предобработки, так как это позволяет добиться высокой стабильности и в значительной степени упростить разработку и анализ алгоритмов. При этом обычно частота дискретизации (скорость следования отдельных отсчетов оцифрованного сигнала) находится в пределах 7-12 тысяч отсчетов в секунду (килоГерц, kHz). Теоретически, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше максимальной частоты сигнала, для того, чтобы сигнал был представим отдельными отсчетами без потерь. Количество уровней квантования для ЦАП и АЦП современных модемов достигает десятков тысяч. Обычно, поскольку с "цифровой стороны" ЦАП и АЦП пишутся или читаются в виде числа, говорят о количестве разрядов у ЦАП/АЦП, т.е., количестве разрядов двоичного числа, требуемого для представления всех возможных уровней, например, 16-разрядный АЦП может распознавать 65536 уровней, обозначаемых числами от -32768 до +32767.

Давайте посмотрим на это устройство вот с какой стороны: понятно, что его задача — пересылать информацию с одного компьютера на другой. В случае работы в Интернете — с компьютера клиента на компьютер провайдера, и наоборот. Дабы упростить себе жизнь, будем пока считать, что модем выполняет всего одну, примитивную функцию — модулятора-демодулятора цифрового сигнала (кстати, именно отсюда и взялось сокращение — модем). Будем считать, что он уже набрал номер, установил соединение, начал передавать и принимать данные, и нам интересен пока лишь процесс, как байты информации идут от удаленной стороны к нам, и наоборот. Как же это происходит?

Рассмотрим подробнее, как же модем кодирует сигнал и как помехи этому мешают. Наиболее популярные ныне протоколы передачи данных - V.34 и V.32 — используют амплитудно-фазовую модуляцию сигнала. Базовый сигнал — несущая синусоида определенной протоколом частоты при передаче модулируется, т.е. подвергаются изменению ее амплитуда, то есть уровень, и фаза (сдвиг фазы сигнала относительно немодулированной "исходной" синусоиды). При этом состояния сигнала, характеризующиеся неизменной амплитудой и фазой, последовательно сменяют друг друга. Каждое такое состояние кодирует небольшое количество битов данных и называется одним символом (не путать с буквами и цифрами). Скорость, с которой символы сменяют друг друга, называется символьной скоростью (Symbol rate в статистике модема). Она определяется протоколом, для V.32 она всегда равна 2400 символов в секунду, для V.34 может достигать 3429 символов в секунду. Таким образом, у нас уже два параметра — символьная скорость и частота несущей.

Когда один символ сменяется другим, происходит изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды и сдвиг фазы ("вперед" или "назад") сигнала. Мгновенно ни амплитуда, ни фаза измениться не могут — это потребовало бы бесконечной скорости изменения сигнала (напряжения и тока) в канале, т.е. неограниченной полосы пропускания канала. Обычно же требуется передать максимум информации, заняв отведенный диапазон частот. Минимальный диапазон частот, требующийся для передачи сигнала, в котором фаза меняется максимально быстро (худший случай с точки зрения занятия полосы частот) вперед или назад, то есть, на половину периода несущей за один символьный интервал, в точности равен символьной скорости в Гц. Например, если фаза сигнала должна сдвигаться вперед на половину периода несущей за время передачи одного символа, частота сигнала в ходе этого перехода как минимум должна достигать ((исходной частоты несущей) + (символьная скорость)/2). В противном случае будет накапливаться "отставание" фазы сигнала от требуемой.

Для того, чтобы "вписать" сигнал в этот минимально необходимый диапазон частот, переходы между символами сглаживаются с тем, чтобы скорость изменения сигнала (и его частота, соответственно) не превышала это ограничение. Например, если требуется существенный сдвиг фазы "вперед", этот сдвиг происходит не мгновенно, а постепенно. В течение этого переходного периода частота сигнала в канале будет выше исходной частоты несущей (слышимый тон — выше), поскольку для сдвига фазы вперед требуется более быстрое изменение сигнала. И наоборот, для сдвига фазы назад требуется замедление изменения сигнала, и слышимый ухом тон — ниже. А поскольку такие переходы происходят часто (с символьной скоростью, т.е., более 2000 раз в секунду), и требуемые величины изменения фазы сигнала достаточно случайны, в результате, когда модем передает данные, мы слышим не ровный тон, или последовательность тонов, а "шипение", т.е., в среднем все частоты в рабочей полосе используются одинаково часто. Если рассмотреть спектр сигнала за длительный период времени, он будет равномерным, с центром, совпадающим с частотой исходной несущей, простирающимся в ширину симметрично влево и вправо от центральной частоты несущей на полосы частот, равные половине символьной скорости.

Таким образом, для рассматриваемых протоколов ширина спектра сигнала равна символьной скорости.

Остановимся пока на этом, и посмотрим, что же предоставляет нам телефонная линия. А предоставляет она нам обязательство пропускать наши сигналы до удаленного абонента в полосе частот от 300 до 3400 герц, и, будем надеяться, без искажений. Очевидно, что модем должен выбрать такую несущую и такую символьную скорость, чтобы несущая поместилась ровно посередине между 300 и 3400, а символьная скорость была в точности равна 3400-300. Это — необходимое и достаточное условие для того, чтобы спектр сигнала модема ровно занял весь предоставляемый канал. Если он займет меньше, значит часть канала будет неиспользована, и модем сможет передать меньше информации, чем мог бы. Если он займет больше, то часть спектра будет обрезана и удаленный модем его не получит, а, стало быть, не получит и части передаваемой информации. Вообще, есть теоретический предел пропускной способности канала, который нельзя превысить никакими силами. Сколько бы мы ни старались, и как бы мы ни приспосабливали форму нашего сигнала к параметрам линии, мы не сможем передать информации больше этого теоретического предела. Таким образом, главная задача модема — так приспособиться к каналу, чтобы передать через него все, что канал может пропустить.

Продолжим теперь про модуляцию. К паре параметров сигнала — центральной частоте и ширине спектра (т.е. частоте несущей и символьной скорости) нам надо знать про третий определяющий параметр — назовем его глубиной модуляции. Хотя это не до конца правильный термин в данном применении, но сильно похож. Он говорит о том, сколько разных состояний может быть у передаваемого сигнала. Вспомним, что модем передает один символ (не букву!), какое-то время. А затем — другой символ. Символы отличаются друг от друга. Так сколько же всего может быть разных символов? Это зависит, главным образом, от того, сколько разных амплитуд и фаз мы можем передать в канал так, чтобы с противоположной стороны их еще не путали друг с другом. Иными словами, сколько градаций по амплитуде и фазе мы можем выбрать так, чтобы с той стороны они еще однозначно отличались. Как несложно посчитать, например 16 градаций по амплитуде и 16 по фазе дают 16*16=256 различных состояний сигнала, с помощью которых можно закодировать 8 битов информации. В этом случае при символьной скорости, например, в 1000 символов в секунду мы получим скорость передачи информации ровно 8000 битов в секунду. Если глубина модуляции меньше, то есть число состояний сигнала всего 32, к примеру, то мы получим 5 бит за символ, то есть 5 килобит в секунду. Если символьная скорость возрастет до 2000, это будет уже 10 килобит в секунду.

На протоколе V.32 каждый символ соответствует группе бит. При этом эта группа, очевидно, состоит из целого числа бит — от 2 до 6. А поскольку символьная скорость равняется 2400 символов в секунду, добавление очередного бита в группу (и увеличение количества используемых символов в два раза, соответственно), приводит к увеличению битовой скорости на 2400бит/с. Именно поэтому поддерживаемые V.32 скорости — от 4800 до 14400 бит/с с шагом в 2400. Протокол V.34 кодирует символы не по одному, а группами по 8 (так называемыми "кадрами отображения", mapping frames). При этом каждая группа имеет некоторые параметры (амплитудную огибающую), общие для всех 8 символов. За счет этого на один символ может приходиться "дробное" количество бит. Однако из соображений совместимости, список поддерживаемых битовых скоростей и на V.34 состоит из скоростей, кратных 2400, даже если символьная скорость выбрана не 2400, а большая. Например, известная Вам скорость 33600 бит/сек получается при передаче 79 бит на группу из 8 символов на символьной скорости 3429.

А теперь опять посмотрим на то, что нам предоставляет линия. С точки зрения увеличения числа состояний сигнала, она предоставляет нам параметр, именуемый динамическим диапазоном. То есть разницу между самым громким и самым тихим сигналом, который линия еще может пропустить без искажений. Сверху это обычно ограничивается перегрузочной способностью канала, а снизу — уровнем шумов канала. Иначе это еще называют соотношением сигнал/шум (SNR), то есть во сколько раз сигнал на приемной стороне громче шума, к нему примешиваемого. При этом помнят о том, что увеличение громкости сигнала сверх предела, допускаемого линией, невозможно.

И, наконец, еще раз про помехи. Все они сводятся к тому, что модем либо временно перестает различать сигнал, либо вовсе теряется точка привязки, то есть происходит так называемый срыв синхронизации, и модем уже не может без специальных процедур восстановления (retrain) нормально отделять ни символы друг от друга, ни понять, насколько фаза сигнала отличается от образцовой.

Теперь краткое резюме всего изложенного.

1. Параметры канала (линии), предоставляемого нам, характеризуются центром и шириной полосы пропускания (в норме — 300-3400 герц), уровнем шумов и искажений, и максимальным уровнем сигнала, еще пропускаемого без заметных искажений. Сигнал/шум — это характеристика того, как сигнал прошел через канал, и что получилось на приемном конце.
2. Параметры сигнала модема характеризуются центром и шириной спектра (частота несущей плюс и минус половина символьной скорости), и глубиной модуляции, то есть числом возможных градаций состояний сигнала.
3. Параметры канала ограничивают в принципе скорость передачи информации с одной стороны, а модем работает тем лучше и тем быстрее ее передает, чем полнее он занимает канал, и чем ближе параметры генерируемого им сигнала совпадают с возможностями, предоставляемыми каналом.
4. Кроме предыдущего пункта, важное значение имеют помехи: при прочих равных условиях, они вынуждают модем делать передаваемые символы более грубыми, и передавать их более длительное время, то есть снижать в результате скорость передачи информации.
5. Запомните на будущее две простые формулы: 1. Символьная скорость умноженная на глубину модуляции есть битовая скорость. 2. Ширина канала, потребная для передачи сигнала, равна символьной скорости, при этом центр полосы пропускания канала равен частоте несущей.

Часть вторая — что такое телефонная линия, и как она мешает нам жить.

Телефонная линия представляет собой пару проводов, которые идут от Вас на АТС, некоторое оборудование на АТС, называемое абонентским комплектом, затем межстанционное оборудование, которое передает сигнал на удаленную АТС, там имеется удаленный абонентский комплект, от которого идет пара проводов до провайдера(к примеру). Таким образом, первая интересная нам особенность состоит в том, что телефонная линия — это не просто два провода, которые у Вас на столе начались, а у провайдера — закончились. К сожалению, все намного сложнее и капризнее. Что же предоставляет Вам АТС при помощи всей этой цепочки? Идеально — некий канал для передачи аналоговой информации, то есть — голоса, с некими нормированными параметрами, такими как затухание сигнала, полоса пропускания, уровень шумов, динамический диапазон и т.п., то, что в сумме своей отличает хорошую линию от плохой. В реальной же жизни, кроме всего упомянутого по ГОСТу, как правило, Вам "предоставляются" в нагрузку еще одно или несколько из:

1. Чрезмерное ослабление сигнала (слышно тихо).
2. Импульсные помехи (трески, щелчки, резкие изменения громкости и т.п.)
3. Постоянные помехи (фон, разговор соседей, музыка от радио, гудение)
4. Перекос АЧХ (глухой звук, плохая разборчивость)
5. Нелинейные искажения (дребезжащий голос)
6. Дрожание фазы и амплитуды (как пленка проскакивает на магнитофоне)
7. Смещение спектра сигнала (не слышно ухом)
8. Медленное уплывание параметров линии (не слышно ухом)

К чему все это приводит? Если кратко, то к очень простой вещи: модем кодирует каждый байт информации определенным состоянием сигнала, который он передает на другую сторону. Удаленный модем смотрит на линию, определяет форму, фазу, амплитуду и т.п. сигнала, и декодирует это опять в байты информации. Если линия вносит искажения, то состояния сигнала становятся плохо различимыми на удаленной стороне, или, хуже того, начинают путаться друг с другом, и удаленный модем неправильно декодирует информацию, получая неверный результат.

А откуда это все берется? Оттуда же, откуда и разбитые дороги. И исчезнет тогда же. Причем, как правило, основные проблемы вносят либо соединительные провода до Вас, либо межстанционная аппаратура. Первое обычно трещит, а второе — искажает и ослабляет. Мы рассмотрим далее, как можно бороться и с тем, и с другим.

Но стоит обратить внимание и на еще один источник проблем. Это, как ни странно, то, что стоит у Вас, у абонента! Первейший враг модемной связи и источник снижения ее качества — это разного рода офисные АТС. Причем, вовсе не кустарные поделки наших или китайских умельцев, а именно дорогие миниАТС ведущих фирм. Кустарные-то поделки обычно представляют в основном реле, которые коммутируют ваш телефон на городскую линию и все, а вот серьезные миниАТС обычно имеют еще довольно много сервиса, который реализуется за счет дополнительных подключений к сигнальным проводам. Вы можете быть сильно удивлены, увидев лично разницу в работе между прямым подключением модема к телефонным проводам, и подключением через офисную станцию.

Вторым врагом в Вашем доме являются телефоны, подключенные не после модема, для чего у него сделано второе гнездо, а параллельно модему. То, что на телефоне повешена трубка, ничего не меняет: он же в состоянии воспринимать звонок и звенеть, а, стало быть, подключен к телефонной линии и искажает сигнал на ней. Особенно плохо с советскими АОНами, которые не только портят сигнал пассивно, но в придачу еще и активно подмешивают в линию фон от сети, шумы от низкокачественной собственной электроники и т.п. Вообще, гениальное, как все простое, правило: приходящий к Вам сигнал нельзя улучшить, подключая к линии что-либо, его можно либо ухудшить, либо, в лучшем случае, не ухудшить. Уж что пришло - то Ваше, но больше Вы из линии не добудете, что к ней ни подключайте. Можно либо сохранить то, что пришло, и отдать это на обработку модему, либо сначала испортить. Всякие поделки из серии "улучшатель приема факсов" не выдерживают никакой критики, и могут пригодиться лишь для самых дешевых факсов и модемов, поскольку в любом серьезном модеме электроники на входе стоит на порядок больше, чем в этих поделках, и ничего нового они туда добавить не могут. Если их авторы рекламируют улучшение параметров сигнала, например сигнал/шума, то, следуя логике, если поставить их подряд штук 100, то можно так его улучшить, что модемы начнут работать быстрее локальной сети! Мы оставим за пределами нашего цикла рассмотрение идей с вечными двигателями и прочими внешними улучшателями сигнал/шумов.

Третий враг связи в Вашем доме — это разного рода уплотнительные устройства, такие как АВУ. Даже если АВУ стоит у Ваших соседей, а у Вас — низкочастотный канал, то все равно на лестнице Вы найдете такую круглую коробку с катушками, которая портит жизнь не только соседскому модему, но и Вашему тоже, поскольку вносит фазовые и частотные искажения в сигнал. Убирать эту катушку нельзя, иначе при наборе номера на Вашем телефоне у соседей в трубке будет нечто, похожее на стрельбу из пулемета. Кроме АВУ, те же проблемы дает и блокиратор, если телефон спаренный.

Часть третья — почему модемы стоят по-разному.

Кроме понятных причин — реклама, имя фирмы, наценки торговли, есть главная, по которой модемы отличаются, бывает больше чем в 10 раз по цене друг от друга: насколько они в состоянии обработать то, что к ним приходит, без потерь. Как отмечалось выше, есть некоторый теоретический предел скорости передачи сигнала через телефонную сеть, и все отклонения от оптимальных решений лишь понижают скорость. Не считая набора сервисных и дополнительных возможностей, таких как голосовой режим, прием факсов и т.п., цену модема, главным образом, определяют три вещи:

1. Насколько дорогая аппаратура стоит в его аналоговой части, то есть насколько качественно он может принять тот сигнал, который пришел к Вам по проводам от удаленного модема, без потерь и искажений. Очевидно, что если сигнал пришел очень тихим, то модем должен быть весьма чувствительным и иметь очень низкий уровень собственных шумов, чтобы не испортить то, что пришло перед обработкой его процессором. Какими бы задумчивыми ни были алгоритмы обработки сигнала далее, но если во входной части модема стоит маленький трансформатор, малоразрядный АЦП или дешевая схема набора номера и удержания снятой трубки, пришедший сигнал будет зашумлен и искажен, то есть — безвозвратно испорчен, еще до начала его обработки процессором модема. В конечном итоге, важно соотношение сигнал/шум не на проводе, который входит в Вашу комнату, а уже в цифровом потоке, поступающем на вход процессора модема. Кто это соотношение испортил — межстанционные соединения, провода до Вас, Ваш любимый телефон с АОН, стоящий параллельно, или дешевый АЦП на модеме — не важно. Важно, что то, что поступает на обработку процессору модема, уже будет иметь потери информации, возникшие из-за всех этих воздействий.
2. Насколько сложные и ресурсоемкие алгоритмы цифровой обработки сигнала используются. Допустим, на вход процессора модема поступил (о чудо!) сигнал совсем не искаженный у Вас в комнате, такой, какой пришел к Вам в комнату. Кроме безвозвратных потерь информации, то есть снижения сигнал/шум, есть еще искажения информации, которые еще можно восстановить. Например, перекос АЧХ дает эффект снижения уровня верхних частот в сигнале, и это в некотором объеме можно восстановить путем правильного фильтрования сигнала. Другой способ восстановления потерянной информации — использование избыточности, заложенной в протокол передачи данных, для коррекции ошибок. Одно из важнейших и самое ресурсоемкое устройство в модеме — треллис-декодер, который позволяет оценивать не символы по отдельности, а набор символов как единое целое, компенсируя недостоверность единичного символа за счет того, что последовательные символы связаны друг с другом (но не все последовательности символов разрешены). Чем качественнее (соответственно, скорее всего дороже) модем, тем больше этих и дополнительных циклов обработки сигнала он проводит. Тем более искаженный сигнал еще может быть правильно обработан, и тем более резкие помехи еще не вызовут срыва синхронизации.
3. Насколько адекватно поведение модема в сложной помеховой обстановке.

Часть модема, называемая супервизором, может только понижать скорость передачи при увеличении помех на линии, а может гораздо более детально отслеживать все, что происходит, и так варьировать параметры модуляции сигнала, чтобы в минимальной степени снижать скорость передачи, наиболее точно подстраиваясь под особенности данной телефонной линии. Как бы хорошо ни работала аналоговая часть модема и алгоритмы цифровой обработки, но если параметры модуляции будут выбраны неадекватно, или же модем будет плохо отслеживать изменение состояния линии и не вовремя их изменять, то о близкой к теоретически-максимальной скорости передачи информации можно смело забыть. Причем, если первые два пункта можно строить по принципу "сколько есть денег, на столько и припаяем/напишем", то адекватность поведения модема на линии измеряется не только объемом затраченных на разработку или заплаченных клиентом денег, поскольку ведь ни модем, ни его разработчики никогда не знают точно, что произойдет на линии через пять секунд, и не могут выбрать единственно верное поведение в данный момент. Поэтому задача определения поведения модема на линии решается в первую очередь на основании знаний особенностей телефонии в данном конкретном месте, и написании тысячи алгоритмов и алгоритмиков, которые пытаются распознать типичные проблемные ситуации и выбрать адекватное решение. Надо ли говорить, что ни одна, даже самая ведущая западная фирма никогда не сможет сделать ничего похожего, поскольку не знает (а как правило — и не желает знать) всего того, чем отечественная телефония отличается от нормальной. В отличие от автомобиля, где большие колеса и крепкая подвеска решают проблемы плохих дорог, модем должен именно подстраиваться под линию, в нем нельзя просто поставить передатчик на два киловатта и приемник на полмикровольта, чтобы справиться с нашими плохими линиями.

Как модем борется с проблемами на линии.

1. Чрезмерное ослабление сигнала (слышно тихо).

Для того, чтобы основные подсистемы модема работали хорошо, необходимо, чтобы сигнал на их входе был в области допустимых значений, т.е. не переполнял разрядную сетку и не был слишком мал.

Для нормирования мощности сигнала на входе, практически все модемы имеют систему АРУ (Автоматическую Регулировку Усиления), призванную приводить мощность сигнала к требуемому последующими системами модема уровню. Базовая идея системы достаточно проста — необходимо периодически измерять мощность сигнала на входе и так подстраивать коэффициент усиления (множитель, на который умножается входной сигнал в простейшем случае), чтобы после этого коэффициента мощность сигнала соответствовала ожидаемой. Т.е. происходит ослабление или усиление входного сигнала.

Очевиден тот факт, что при усилении тихого сигнала вместе с полезным сигналом во столько же раз усиливаются и шумы, т.е., соотношение сигнал/шум улучшено быть не может в любом случае. А вот ухудшено может быть легко. Например, если АРУ выполнено исключительно в цифровой части модема (после АЦП), и АЦП имеет небольшое количество разрядов, возможно, что подавляющая часть разрядов АЦП будет использоваться только при работе с очень громкими сигналами, а на обычной телефонной линии реально "работать" будут немного разрядов, например, как будто использован не 16-разрядный АЦП, а 3-разрядный. Небольшое количество разрядов (и, соответственно, распознаваемых уровней напряжения для АЦП) может привести к тому, что цифровой сигнал будет неточно соответствовать аналоговому сигналу на входе модема. При этом неизбежно ухудшение связи. Эффект очень похож на добавление шума в линию, с мгновенными значениями равными половине разницы между соседними уровнями квантования — недаром такие шумы называются "шумами квантования". Для уменьшения шумов квантования АЦП должен иметь достаточно высокое разрешение (количество разрядов) для того, чтобы обеспечивать требуемую точность во всем диапазоне входных сигналов (с учетом работы внутреннего АРУ). Иногда в "продвинутых" модемах в аналоговую часть встраиваются системы управления усилением входного сигнала еще до АЦП (для увеличения количества разрядов АЦП, реально используемых при работе модема).

2. Эхо ("заворот" собственного сигнала назад или отражения от дальних объектов).

Практически все скоростные протоколы передачи данных, предназначенные по телефонной сети, используют один и тот же диапазон частот и для передачи и для приема (напомним, что современные протоколы, такие как V.32 и V.34, являются дуплексными, т.е., передача ведется одновременно в двух направлениях). Несмотря на то, что два сигнала в одном диапазоне, казалось бы, должны мешать друг другу, этого не происходит. Дело в том, что при правильном согласовании сопротивления модема, телефонного кабеля и станционного оборудования, модем не должен слышать сигнала, который сам передает. Между АТС, как правило, используется каналообразующая аппаратура, в которой прием и передача вообще разделены. И если удаленный модем, кабель от него до абонентского комплекта и сам абонентский комплект также правильно согласованы, то передатчик нашего локального модема в принципе не должен мешать работать его приемнику. На практике, к сожалению, все не так просто. Из-за рассогласованности сопротивлений аппаратуры и кабелей, "заворот" сигнала передатчика на свой же приемник может во много раз превышать сигнал удаленного модема, особенно, если он сильно ослаблен из-за плохого состояния кабелей или разрегулированности аппаратуры АТС. Кроме того, возможно возвращение задержанного по времени "эха" сигнала, возникающего по той же причине, с противоположного конца. Возможно даже наличие нескольких "эхо", возникающих благодаря некачественным стыкам кабелей, участкам переприема, и т.п. К счастью, большинство причин возникновения "эхо" стационарны (не изменяются или медленно меняются во времени), и могут быть описаны линейной моделью канала. Это делает возможным для модемов оценить вид "эхо" на этапе установления соединения (или после установления соединения соединения в ходе "ретрейна"), построить модель канала, и в дальнейшем, зная, какой сигнал передается, рассчитывать ожидаемое "эхо" и вычитать его из принимаемого сигнала, делая возможным распознавание сигнала удаленного модема даже на фоне достаточно громкого "заворота" собственного сигнала.

Задачей оценки и подавления эхо собственного сигнала занимается подсистема под названием "эхогаситель" ("echo-canceller"). Как и большинство задач в обработке сигналов, эта задача может решаться более или менее успешно. Как правило, эхогаситель моделирует образование эхо в канале, используя линейный фильтр с конечным размером временного отклика, размер которого определяется количеством коэффициентов фильтра. Если этот размер недостаточен для того, чтобы адекватно "покрыть" эхо, часть эхо-сигнала останется непогашенной, и, соответственно, прибавится на последующих стадиях обработки к остальным шумам. Если по тем или иным причинам модель канала рассчитана не точно (шумы помешали правильно настроить фильтр, разрядности коэффициентов фильтра не хватило, алгоритм настройки был выбран неудачно), ошибка в оценке эхо также прибавится к шумам в дальнейшем. Кроме того, если эхо имеет нелинейную природу и не может быть описано применяемой моделью, также погасить его не удастся. К счастью, последнее бывает достаточно редко.

В худшем случае, если остаточная ошибка будет настолько велика, что не позволит нормально детектировать сигнал удаленного модема, связь установить не удастся.

3. Перекос АЧХ (глухой звук, плохая разборчивость)

Практически любой телефонный канал в той или иной степени искажает амплитудно-частотную характеристику сигнала. В результате, какие-то частоты ослабляются (обычно на краях полосы пропускания, особенно сверху), какие-то усиливаются. Это приводит к тому, что на определенных переходах между символами (соответствующих усиливаемым частотам) сигнал усиливается, на других (соответствующих ослабляемым частотам) сигнал ослабляется. В результате, символы могут смещаться и "заезжать" слегка друг на друга. Для того, чтобы продетектировать их на приемном конце, необходимо компенсировать эти искажения.

Этой задачей обычно занимается "эквалайзер" модема, выполняющий функции, сходные с функциями эквалайзера бытовой аудиоаппаратуры, с той лишь разницей, что обычно количество параметров его гораздо больше, настраивается он автоматически на этапе установления соединения или "ретрейна", и качество его настройки может быть охарактеризовано количественно — тем, насколько близок сигнал на его выходе к желаемому. Как правило, эквалайзер выполняется в виде линейного адаптивного фильтра, т.е. исходят из линейной модели канала, что обычно очень близко к реальности. Также, как и в случае с эхогасителем, все, что не смог компенсировать эквалайзер, становится дополнительными шумами, мешающими работать последующим подсистемам модема.

Компенсация искажений на приемной стороне эквалайзером имеет свою оборотную сторону. Если мы поднимаем частоты, сильно ослабленные каналом, происходит также усиление шумов на этих частотах. Для сохранения соотношения сигнал-шум в современных протоколах (например, V.34) применяют предыскажение сигнала на передающей стороне, например, подъем верхних частот (продолжая аналогию с бытовой аудиоаппаратурой, можно заметить, что популярная в свое время в бытовой аналоговой звукозаписи система шумоподавления "Dolby B" идет тем же путем — при записи на магнитофон высокие частоты искусственно усиливаются, при воспроизведении — ослабляются, в результате высокочастотные шумы магнитофона меньше слышны при воспроизведении). В протоколе V.34 предусмотрено два вида предыскажений сигнала при передаче: "pre-emphasis" и "non-linear precoding". Первое есть ни что иное, как использование одного из нескольких предусмотренных стандартом фиксированных фильтров, в большей или меньшей степени поднимающих верхнюю часть спектра сигнала при передаче. Второй вид предыскажений ("нелинейный прекодер") использует настраиваемые коэффициенты, определяемые принимающим модемом при установлении соединения с тем, чтобы внести в сигнал предыскажения, по возможности точно компенсирующие искажения, вносимые каналом связи. Фактически, это "кусочек" эквалайзера принимающего модема, перенесенный на передающую сторону. Слово "нелинейный" объясняется тем, что при внесении предыскажений прекодер может "скачкообразно" заменить передаваемые символы с целью гарантирования стабильности фильтра прекодера (поскольку последний имеет обратную связь).

Не следует путать "нелинейный прекодер" с еще одной "нелинейной" штукой — "нелинейным кодированием созвездия", которое некоторые модемы называют "warping". Последнее есть нелинейное (точнее, близкое к логарифмическому) отображение передаваемых символов, при котором символы, имеющие большую амплитуду, оказываются на большем расстоянии друг от друга, а имеющие относительно небольшую амплитуду — оказываются расположенными более плотно. Возможность такого кодирования предусмотрена на таких протоколах, как V.34, а также V32Terbo. "Нелинейное кодирование созвездия" производится для того, чтобы расстояния между символами примерно соответствовали уровням квантования телефонного сигнала, передаваемого через цифровую каналообразующую аппаратуру, получившую большое распространение во всем мире. Цифровые телефонные системы передают звук в цифровом виде, в аналоговую форму он преобразуется только на "концах" канала, где происходит сопряжение с аналоговой аппаратурой и собственно абонентской линией с использованием ЦАП и АЦП (почти как в модеме). А поскольку эти системы изначально разрабатывались и используются в первую очередь для передачи человеческого голоса, их АЦП и ЦАП обычно используют такую сетку квантования уровней напряжения в линии, в которой чем больше напряжение — тем дальше друг от друга располагаются уровни квантования. Такая "логарифмическая" шкала примерно соответствует чувствительности человеческого уха, что позволяет при использовании относительно небольшого количества уровней закодировать звук, сохраняя субъективное его качество.

Если модем будет использовать для передачи по такому каналу равномерно распределенные уровни, то символы с большой амплитудой будут получать большие ошибки из-за "логарифмического квантования" канала. При использовании "нелинейного кодирования созвездия", уровни сигнала, используемые модемом, лучше соответствуют "логарифмическому квантованию" канала. И наоборот, если канал связи не использует логарифмического квантования (не содержит цифровых каналообразующих систем, а есть либо просто "кусок провода", либо проходит только через аналоговую аппаратуру), использование "нелинейного кодирования созвездия" может ухудшить качество связи, поскольку символы с малыми уровнями будут более подвержены шуму, чем были бы все символы, если бы использовалась равномерная шкала. Поэтому большинство модемов позволяют включать или выключать это кодирование.

4. Постоянные помехи (фон, гудение, разговор соседей, музыка от радио)

Помехи (шум, посторонние звуки) в канале складываются с сигналом передающего модема, в результате принимаемые на противоположной стороне символы отличаются от того, что должно было бы быть получено. И, если искажения АЧХ канала модем может оценить и компенсировать, то случайные воздействия на сигнал из-за помех предсказать и учесть невозможно в принципе. Если помехи имеют локализованный частотный спектр, т.е., не совсем случайны — например, помехи в области нижних частот из-за "помех питания" — 50Гц и их гармоники, или высокочастотные шумы с верхней стороны спектра, то модем может попытаться выбрать для работы такую полосу частот, которая не перекрывается со спектром шумов. Например, протокол V.34 для этого имеет возможность некоторого варьирования ширины используемой для работы полосы частот (выбором одной из 6 символьных скоростей) и перемещения ее "вверх" или "вниз" по спектру путем выбора одной из двух несущих. Возможность использования той или иной полосы частот для работы выбирается на этапе установления соединения или "ретрейна", по результатам тестирования линии. Другие стандартные протоколы не имеют и таких возможностей. К сожалению, для обеспечения высокой скорости передачи требуется широкая полоса сигнала, поэтому, если шумы не локализованы в нижней или верхней части спектра, скорее всего, их полоса перекроется с полосой, используемой для передачи данных, даже если шум узкополосный. Иногда это приводит к полной невозможности использования скоростного протокола, типа V.34 или V.32. В таких случая, возможно, удастся передать данные с использованием низкоскоростных протоколов (например, V.22/V.22bis), обеспечивающих передачу со скоростями 1200 или 2400бит/с, или даже V.21 (300бит/c).

Если шумы находятся в той же полосе частот, что и полезный сигнал, разделить их невозможно и они неизбежно приведут к искажению символов при приеме. Тем не менее, если шумы не очень велики, возможно, что путем уменьшения "глубины модуляции" т.е. увеличения расстояния между символами за счет уменьшения количества используемых символов удастся добиться того, что искажения будут меньше расстояний между символами, и последние будут детектироваться правильно. При этом, конечно, снизится скорость передачи данных, поскольку для кодирования данных будет использоваться меньшее количество символов. До появления V.34 (например, на протоколе V.32), изменение скорости передачи (глубины модуляции) было единственным "рычагом", позволяющим учесть особенности линии и найти компромисс между устойчивостью работы и скоростью передачи. Собственно, и на V.34 нахождение этого компромисса остается одним из главнейших условий качественной работы модема. Задача усложняется тем, что шумы зачастую пропадают и появляются вновь, изменяются по своей мощности, а модем должен это отслеживать и в идеале в каждый момент времени обеспечивать оптимальный баланс устойчивости связи и скорости передачи данных.

Помимо того, что шумы непосредственно вносят ошибки в работу детектирующей системы модема, они могут наносить вред опосредовано, через влияние на работу других подсистем. Например, шумы во время настройки эхогасителя или эквалайзера модема могут привести к тому, что эти подсистемы настроятся не до конца, или неправильно, и в дальнейшем уже они сами будут вносить дополнительные шумы, с теми же последствиями, что и шумы канала. Или, сильный шум может привести к расстройке подсистемы синхронизации модема (подсистемы, определяющей позиции принимаемых символов в сигнале, и отслеживающей временные расхождения, вызванные разницей в скоростях работ передающего и принимающего модемов, и дрожанием фазы сигнала из-за дефектов каналообразующей аппаратуры). При расстройке этой системы принимающий модем не сможет корректно распознавать символы, поскольку он не будет "знать", где кончается один символ и начинается следующий.

5. Импульсные помехи (трески, щелчки, резкие изменения громкости и т.п.)

Зачастую помехи носят импульсный характер, т.е. имеют вид очень кратковременных выбросов сигнала, тресков. Специфика таких помех заключается в их обычно большой амплитуде (больше среднего уровня шумов канала) и малой продолжительности. Практически все современные скоростные протоколы (V.32 и V.34) имеют средства для борьбы с кратковременными (порядка одного или нескольких символов) сериями "больших шумов". Это — корректирующие коды. В рассматриваемых протоколах нашли применение так называемые сверточные коды. Суть кодирования заключается в том, что передаваемые символы формируются не независимо "каждый сам по себе", а каждый последующий символ зависит как от данных, которые он кодирует, так и от текущего состояния кодера, т.е., некоторой предыстории. В каждом конкретном состоянии кодера возможно использование только некоторого подмножества символов. В результате не все последовательности символов разрешены. Код называется "сверточным", потому что кодирование происходит непрерывно, путем "сворачивания" поступающих на вход кодера информационных и избыточных битов, выбирающих разрешенные в каждом состоянии подмножества символов (другая разновидность корректирующих кодов — "блочные" коды, в которых информация кодируется блоками, с добавлением в каждый блок избыточных символов — не нашла применения в современных модемных протоколах).

Зная ограничения, накладываемые на последовательность символов кодером, принимающий модем может оценивать достоверность уже не отдельных принимаемых символов, а последовательности символов. В результате, если на один символ шум оказал большое влияние, а другие соседние остались не сильно искаженными — модем может исправить эту ошибку, оценив последовательность в целом. В конечном итоге использование корректирующего кода приводит к тому, что обеспечивается большая надежность связи (или можно выбрать большую скорость передачи данных).

Отрицательным моментом использования корректирующих кодов является большая вычислительная сложность их декодирования. Обычно, принимающий модем должен рассматривать непрерывно несколько гипотез о принимаемых последовательностях символов и на каждом шаге выбирать из них лучшую. Для достижения компромисса между помехоустойчивостью и вычислительной сложностью, стандарт V.34 предусматривает три вида корректирующих кодов возрастающей сложности (и, соответственно, помехозащищенности). Модем, удовлетворяющий стандарту V.34, может иметь декодер не на все три кода, или может не обеспечивать работу более сложных декодеров на старших символьных скоростях (требующих большего быстродействия процессора модема). Кроме того, длина анализируемой последовательности символов может быть уменьшена для экономии памяти или быстродействия. Все это может привесит к тому, что V.34 модем не реализует всего потенциала, заложенного в протоколе.

6. Нелинейные искажения (дребезжащий голос)

К сожалению, нелинейные искажения в общем случае необратимы, и, соответственно, не могут быть адекватно компенсированы принимающим модемом. Одна из наиболее типичных причин нелинейных искажений — искажения из-за перегрузки канала. Если передаваемый сигнал имеет слишком сильную амплитуду, он может быть нелинейно ограничен сверху - грубо говоря, "обрезан". При этом форма сигнала может измениться достаточно сильно. Единственное решение, которое может помочь в этом случае — уменьшить амплитуду сигнала на передаче, чтобы не вызывать перегрузок. Уменьшение мощности передатчика имеет и другой плюс — поскольку эхогаситель работает не идеально, часть передаваемого сигнала все же попадает в приемник в виде шумов. Уменьшение мощности передатчика уменьшит и это остаточное эхо, что улучшит условия работы собственного приемника. Многие модемы предусматривают возможность ручной регулировки уровня передачи. Протокол V.34 предусматривает возможность уменьшения уровня передачи передающим модемом по рекомендации принимающей стороны. Наиболее "продвинутые" модемы могут также иметь "интеллектуальные" системы управления мощностью своего передатчика в зависимости от условий на линии, преимущественного направления передачи данных и т.д.

7. Дрожание фазы и амплитуды (как пленка проскакивает на магнитофоне)

Быстротекущие дрожания фазы сигнала могут происходить из-за нестабильности задающих генераторов каналообразующей аппаратуры. Более протяженные во времени эффекты могут быть связаны с буферизацией или потерей данных в цифровой каналообразующей аппаратуре. В зависимости от скорости изменения, эти эффекты в большей или меньшей степени успешно могут отслеживаться подсистемой символьной синхронизации, поскольку именно к небольшим перемещениям символов по временной оси вперед-назад сводятся подобные искажения сигнала. Нескомпенсированные искажения "участвуют" в дальнейшей обработке сигнала как дополнительные шумы. Значительные искажения могут привести к срыву символьной синхронизации вообще и необходимости ретрейна для восстановления синхронизации.

8. Смещение спектра сигнала (обычно не слышно ухом)

Смещение спектра сигнала вверх или вниз возможно из-за расстроенности генераторов аналоговой каналообразующей аппаратуры. При этом временная шкала не искажается, но происходит равномерный сдвиг всех частот вверх или вниз, обычно относительно несильный, такой, что человеческое ухо этого не слышит. Например, несущая становится не 1800Гц, а 1805Гц. Модемы обычно имеют подсистему синхронизации частоты, которая отслеживает и компенсирует сдвиг частоты.

9. Медленное уплывание параметров линии (не слышно ухом)

Под параметрами линии мы здесь понимаем, прежде всего, то, что влияет на работу модема и, соответственно, оценивается и корректируется его подсистемами. К таковым относятся, например, коэффициент усиления (или затухания) сигнала в канале, амплитудно- и фазочастотная характеристика канала, вид эха, сдвиг частоты. Большинство жизненно важных параметров определяется на этапе установления соединения (или ретрейна), в первую очередь — вид АЧХ (настройка эквалайзера) и эха (настройка эхогасителя). Для этого протоколом выделяются специальные фазы, поскольку для того, чтобы настроить эхогаситель, необходимо "молчание" с противоположной стороны. И наоборот, при настройке эквалайзера полезно выключить свой передатчик, чтобы свой сигнал не добавлялся к искажениям канала.

В некоторых случаях параметры канала могут медленно меняться с течением времени, например, из-за изменения температуры блоков каналообразующей аппаратуры. Модем пытается в ходе своей работы отслеживать эти медленные изменения и корректировать, соответственно, свою работу. Это он может делать более или менее успешно. Обычно, достаточно легко парировать небольшие изменения затухания канала, небольшие изменения АЧХ (требуемых настроек эквалайзера), изменения смещения несущей. Известная проблема при разработке подобных следящих систем — найти компромисс между двумя противоречивыми требованиями: обеспечить, чтобы система успевала отслеживать достаточно быстрые изменения контролируемого параметра с одной стороны, и не спешила считать таковыми изменениями кратковременные "шумовые" выбросы параметра, с другой стороны. Еще хуже обычно удается следить за плаванием характеристик эха канала, поскольку постоянно присутствующий сигнал удаленного модема обычно много громче остаточного эха (подсистема работает в условиях, когда шум много превышает полезный сигнал).

В худшем случае, модему может не удастся "по ходу дела" подстроить какую-либо подсистему и качество декодирования заметно падает (либо из-за изменения условий в канале, либо из-за "расстройки" принимающих подсистем модема). Тогда для восстановления правильности настройки требуется ретрейн — специальные действия, предусмотренные протоколом для повторного оценивания параметров линии, как при начальном установлении соединения. В этом случае, если у модема включен звук, мы услышим характерные "трели", сильно отличающиеся от нормального "шипения".

Слишком частые ретрейны несут с собой две неприятные вещи — во-первых, передача данных в обе стороны на этот период останавливается. Может оказаться, что работа на большей скорости с меньшей надежностью "не стоит свеч" из-за того, что модем большее время проводит в ретрейнах, чем передавая данные (заметим, что на V.34 время одного ретрейна может достигать нескольких секунд). Во-вторых, ретрейн на V.34 — довольно сложная логически процедура, имеющая несколько фаз, в ходе которых используются различные сигналы для измерения параметров канала и различные виды модуляций для передачи служебных данных. Поэтому ретрейн может быть "слабым местом" как из-за возникших в "неподходящее" время шумов (не давших возможности распознать вовремя нужный сигнал, например), так и из-за неучтенных особенностей в реализации протокола у локального или удаленного модема. Например, наличие слабого узкополосного сигнала-помехи на самом краю рабочей полосы, не очень сильно мешающего передаче данных, может не дать продетектировать вовремя один из сигналов в ходе ретрейна, из-за чего соединение так никогда и не будет установлено.

Любая система передачи данных (СПД) может быть описана через три основные свои компоненты. Такими компонентами являются передатчик (или так называемый "источник передачи информации"), канал передачи данных и приемник (также называемый "получателем" информации).

При двухсторонней (дуплексной передаче) источник и получатель могут быть объединены так, что их оборудование может передавать и принимать данные одновременно.

В простейшем случае СПД между точками А и В состоит из следующих основных семи частей:

• Оконечного оборудования данных в точке А;
• Интерфейса (или стыка) между оконечным оборудованием данных и аппаратурой канала данных;
• Аппаратуры канала данных в точке А;
• Канала передачи между точками А и В;
• Аппаратуры канала данных в точке В;
• Интерфейса (или стыка) аппаратуры канала данных;
• Оконечного оборудования данных в точке В.

Оконечное оборудование данных (ООД) обобщенное понятие, используемое для описания оконечного прибора пользователя или его части. ООД может являться источником информации, ее получателем или тем и другим одновременно.

ООД передает и (или) принимает данные посредством использования аппаратуры канала данных (АКД) и канала передачи. Соответствующий международный термин - DTE (Data Terminal Equipment). Часто в качестве DTE может выступать персональный компьютер, большая ЭВМ (mainframe computer), терминал или любое другое оборудование, способное передавать или принимать данные.

Аппаратуру канала данных также называют аппаратурой передачи данных (АПД). Международный термин DCE (Data Communications Equipment). Функция DCE состоит в обеспечении возможности передачи информации между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа, например, по телефонному. Для этого DCE должен обеспечить соединение с DTE с одной стороны, и с каналом передачи - с другой. DCE может являться аналоговым модемом, если используется аналоговый канал, или, например, устройством обслуживания. канала/данных (CSU/DSU - Channel Semis Unit/ Data Service Unit), если используется цифровой канал.

Аналоговые и цифровые каналы связи.

Канал связи - совокупность среды распространения и технических средств передачи между двумя канальными интерфейсами.

В зависимости от типа передаваемых сигналов различают два больших класса каналов связи цифровые и аналоговые.

Цифровой канал является битовым трактом с цифровым (импульсным) сигналом на входе и выходе канала.

На вход аналогового канала поступает непрерывный сигнал, и с его выхода также снимается непрерывный сигнал.

Параметры сигналов могут быть непрерывными или принимать только дискретные значения. Сигналы могут содержать информацию либо в каждый момент времени (непрерывные во времени, аналоговые сигналы), либо только в определенные, дискретные моменты времени (цифровые, дискретные, импульсные сигналы).

Вновь создаваемые СПД стараются строить на основе цифровых каналов, обладающих рядом преимуществ перед аналоговыми.

Информация независимо от своего конкретного содержания и формы всегда передается от источника к потребителю. Информацию, представленную в определенной форме, называют сообщением. Для передачи сообщения от источника к потребителю, удаленных друг от друга необходима система связи.

Системой связи (системой обмена) называют совокупность технических средств и математических методов, предназначенных для организации обмена сообщениями между пунктами. Схема такой системы связи между двумя пунктами включает в себя передатчик П , канал К и приемник Пр .

Передатчик - это комплекс технических устройств, предназначенных для преобразования сообщения некоторого источника в сигнал, который может быть передан по данному каналу.

Канал связи - совокупность технических средств и физическая среда, предназначенные для передачи сигнала.

Физическая среда, по которой распространяется сигнал (например, электромагнитные колебания), называется линией .

Приемник - комплекс технических устройств, осуществляющих преобразование сигнала, появляющегося на выходе канала, в сообщение.

Преобразование сообщения в сигнал при передаче сводится к операциям кодирования и модуляции, для реализации которых в передатчике имеются кодирующее устройство и модулятор. Соответственно приемник включает в себя демодулятор и декодирующее устройство.

Каналы классифицируют по различным признакам.

В зависимости от назначения системы, в состав которой входят каналы, их подразделяют на телефонные, телевизионные, телеграфные, телеметрические, телекомандные, передачи цифровой информации и др.; по используемым линиям связи - на кабельные, радиорелейные и др.; по полосе занимаемых частот - на тональные, надтональные, высокочастотные, коротковолновые, световые и др.

В зависимости от структуры сигналов каналы подразделяют на непрерывные, дискретные и комбинированные (непрерывно-дискретные или дискретно-непрерывные). В непрерывных каналах связи для передачи сообщений используют непрерывные сигналы, в дискретных - дискретные и, наконец, в комбинированных - сигналы того и другого вида.

Такое подразделение каналов связи и введенное ранее подразделение сигналов на непрерывные и дискретные приводит к четырем возможным разновидностям организации передачи сообщений от источника к потребителю:

1. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, доставляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал связи непрерывный.
2. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, доставляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи непрерывно-дискретный.
3. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, доcтавляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал связи дискретно-непрерывный.
4. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, доставляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи дискретный.

Классификация дискретных и непрерывных каналов условна, так как часто дискретный канал содержит внутри себя непрерывный канал, на входе и выходе которого имеются непрерывные сигналы.

Теоретически дискретный канал определяют, задаваясь алфавитом кодовых символов на входе, алфавитом кодовых символов на выходе, количеством информации, пропускаемой каналом в единицу времени, и значением вероятностных характеристик.

В зависимости от количества кодовых символов в алфавите (используемой системы счисления) канал называют двоичным, если m =2, троичным - т =3 и т. д.

Источники и потребители информации могут объединяться между собой как по прямым (некоммутируемым) каналам, так и по транзитным трактам, составленным из нескольких каналов путем их коммутации (КК - коммутация каналов) или поэтапной передачей сообщений через центры коммутации по мере освобождения каналов данного направления (КС - коммутация сообщений).

Каналы, объединяющие между собой оконечные устройства (источники, потребители) и центры коммутации, называют абонентскими (АК).

Аналоговые каналы являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. При передаче данных на входе аналогового канала должно находиться устройство, которое преобразовывало бы цифровые данные, приходящие от DTE, в аналоговые сигналы, посылаемые в канал. Приемник должен содержать устройство, которое преобразовывало бы обратно принятые непрерывные сигналы в цифровые данные. Этими устройствами являются модемы.

Аналогично, при передаче по цифровым каналам данные от DTE приходится приводить к виду, принятому для данного конкретного канала. Этим преобразованием занимаются цифровые модемы.

Базовая модель коммуникационных систем

Теоретическую основу современных информационных сетей определяет Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection) Международной организации стандартов (ISO - International Standards Organization). Она описана стандартом ISO 7498. Модель является международным стандартом для передачи данных.

Согласно эталонной модели взаимодействия OSI выделяются семь уровней, обра-зующих область взаимодействия открытых систем.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на от-дельные конкретные задачи. Функции уровня, в зависимости от его номера, могут вы-полняться программными, аппаратными либо программно-аппаратными средствами. Как правило, реализация функций высших уровней носит программный характер, функции канального и сетевого уровней могут быть исполнены как программными, так и аппаратными средствами. Физический уровень обычно выполняется в аппаратном виде.

Каждый уровень определяется группой стандартов, которые включают в себя две спецификации: протокол и обеспечиваемый для вышестоящего уровня сервис.

Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Модемы .

История модемов началась в 30-х годах. Именно тогда появилась аппаратура, позволяющая передавать человеческую речь на большие расстояния, официально именуемая "аппаратурой тонального телеграфирования" и лишь особо продвинутыми специалистами называемая "модем". Вообще говоря, человеческая речь передается по телефонным проводам в виде колебаний электрического напряжения. Для того чтобы качество было безупречным, надо передавать колебания с частотами от 50 до 10 000 Гц. Но обеспечить передачу такого широкого диапазона частот слишком дорого, поэтому ограничиваются диапазоном частот, обеспечивающим удовлетворительную разборчивость речи, - от 300 до 3400 Гц.

Сигнал на выходе телеграфного аппарата имеет колебания частот от 0 Гц (то есть постоянного тока) до 200 Гц. Понятно, что такой диапазон частот не попадал в границы полосы пропускания и поэтому не мог быть передан через телефонную аппаратуру, предназначенную для дальней связи, а создавать специальные линии для телеграфа было невыгодно.

Тогда было придумано устройство для подсоединения телеграфного аппарата к телефонному каналу, что потребовало адаптации к полосе пропускания телефонной линии. На выходе телеграфного аппарата напряжение может принимать два фиксированных значения, соответствующие нулю и единице. Если сначала закодировать, а потом по тому же алгоритму раскодировать сигнал, получается прообраз современных модемов.

Создание устройства, которое для напряжения отрицательной полярности передавало в телефонный канал сигнал произвольной частоты, а для напряжения положительной полярности - сигнал другой частоты, позволило вписать сигнал в диапазон телефонного канала. На другом конце стояло устройство, определяющее частоту принимаемого сигнала и превращающее сигналы различной частоты в сигналы разной полярности. Первый из процессов называется модуляцией, а второй, обратный ему, демодуляцией. Так как по телефонному каналу возможна одновременная связь в двух направлениях, то на каждом из концов канала ставились устройства, осуществлявшие как модуляцию, так и демодуляцию. От сокращения слов "модуляция" и "демодуляция" и было образовано слово "модем".

Самым первым модемом для ПК стало устройство производства компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для популярных тогда персональных компьютеров Apple II. Модем стоил $380 и работал со скоростью 110/300 bps. До этого на рынке существовали только специализированные устройства, которые объединяли мейнфреймы.

Кстати, фирма Hayes выпустила в 1981 году и первый модем Smartmodem 300 bps, система команд которого стала отраслевым стандартом и остается им по сей день. Первые модемы с "коммерческой" скоростью передачи 2400 bps были представлены несколькими компаниями в декабре 1981 года на выставке Comdex по цене $800-900. А затем настало время U.S. Robotics. В 1985 году эта компания начала выпуск своей знаменитой серии Courier, существенно снизив планку стоимости модемов 2400 бит/с. В начале следующего года появился первый модем Courier HST со скоростью передачи 9600 бит/с, а в 1988 году - модемы Courier Dual Standard, которые поддерживали протоколы связи HST и v.32 ($1600), и Courier v.32 ($1500). Еще через два года был выпущен модем Courier v.32bis, в 1994-м - Sportster v.34 со скоростью передачи 28,8 Кбит/с ($349), а в 1995-м - Courier v.Everything 33,6 Кбит/с.

Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи - непрерывных сигналов звуковой частоты.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией , а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией . Отсюда название устройства: модем - мо дулятор/дем одулятор.

Модуляция процесс изменения одного либо нескольких параметров выходного сигнала по закону входного сигнала.

При этом входной сигнал является, как правило, цифровым и называется модулирующим. Выходной сигнал обычно аналоговый и часто носит название модулированного сигнала.

В настоящее время модемы наиболее широко используются для передачи данных между компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП, GTSN - General Switched Telefone Network).

Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.