Реферат: Модемы: зачем они нужны

<span Times New Roman",«serif»; color:windowtext;mso-ansi-language:RU">Оглавление

 TOC o «1-3» h z u Введение. PAGEREF_Toc156151394 h 2<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

Глава I. Каналы передачи данных, использующиемодемы… PAGEREF_Toc156151395 h 5<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

Глава II. Устройство модема. PAGEREF _Toc156151396 h 11<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

Глава III. Виды модуляции, применяемые в модемах. PAGEREF_Toc156151397 h 18<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

Заключение. PAGEREF_Toc156151398 h 25<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

Библиографический список. PAGEREF_Toc156151399 h 27<span Calibri",«sans-serif»;mso-no-proof:yes">

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">
Введение

Процессы модуляции и демодуляции электрического сигнала,суть которых заключается в преобразовании первичного сигнала в сигнал, удобныйдля передачи в определённой среде, и восстановлении первичного сигнала послепередачи, являются неотъемлемыми и одними из важнейших звеньев системы электрическойсвязи. С их изучением связано развитие радио, телевидения, современных системпередачи информации.  В аналоговых сетях модуляциятрадиционно подразумевает изменение цифрового, дискретного первичного сигналадо частоты непрерывного, волнового (аналогового) сигнала, а демодуляция —восстановление переданной информации в цифровом виде после передачи.

Необходимость таких преобразований в современныхвычислительных сетях обусловлена в первую очередь недостаточным развитиемсистем цифровой передачи данных.  Несмотряна очевидные преимущества прямого цифрового потока, такие как отсутствиеослабления сигнала и устойчивость к помехам при передаче на большие расстояния,лёгкость восстановления потерянной информации, цифровая передача данных требуеточень широкую полосу пропускания и высокую скорость.  Так, если для передачи аналоговоговидеосигнала по стандарту NTSCдостаточно частотной полосы около 4,5 МГц со скоростью 143,2Мб/с, то для цифровой передачи видеосигнала необходима частотная полоса в 74,25МГц и скорость 1485 Мб/с.!<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[1]

И хотя бурное развитие цифрового аудио, видео, контентных услуг в Интернетестимулируют появление более совершенных интерфейсов цифровой передачи данных<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[2],их использование в крупных масштабах требует полной замены существующих линийпередачи сигналов.  Российскаядействительность такова, что замена устаревших декадно-шаговых и координатныхАТС на цифровые опережает цифровизацию самих каналах связи, на которыхсохраняется аналоговое коммутационное и каналообразующее оборудование.  Поэтому использование традиционных аналоговыхканалов в современных высокоскоростных проводных сетевых решениях является по-прежнемуактуальным.<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[3]

Термин «модем», означающий в широком плане устройство длямодуляции и демодуляции сигнала, получил распространение в компьютерныхтехнологиях. Традиционно под ним понимается внешний прибор или плата внутрикомпьютера, обеспечивающие модуляцию цифрового сигнала в аналоговый идемодуляцию аналогового сигнала в цифровой для передачи данных по существующим аналоговымлиниям электрической связи (телефонной линии, радио).  Модуляция и демодуляция не только лежат воснове передачи сигнала на голосовых частотах, но и используются как в высокоскоростныхрешениях (цифровая абонентская линия, DSL), передающих цифровой поток по телефонным проводам, так и полиниям кабельного телевидения.  Поэтомуиспользование этого термина в отношении современных проводных и беспроводных технологийпередачи данных наряду с понятием «трансивер» совершенно правомерно.

Первый модем гражданского назначения, разработанный фирмой AT&T в 1962 г., обладал скоростью передачиданных всего в 300 Бод.  За 26 лет(серийный выпуск данных устройств для персональных компьютеров начался в 1979г.) благодаря разработке новых методов модуляции, исправления ошибок, сжатияданных скорость передачи по телефонным линиям с использованием коммутируемогодоступа возросла до 56 КБ/с, по выделенной цифровой абонентской линии — до 52Мб/с (в домашней конфигурации — до 24 Мбит/с), по каналам кабельноготелевидения — свыше 30 Мб/с (в домашней конфигурации — до 10 Мбит/с). 

В отечественной научной литературе процесс модуляции идемодуляции электрического сигнала изучен достаточно подробно. Однако отставаниеСССР в развитии телекоммуникаций от Запада, усугубленное резким сокращениемфинансирования научно-технических разработок в 90-е гг. XXв., замораживаниеммногих перспективных программ, развалом целых отраслей промышленности исуществовавшей инфраструктуры привели почти к монопольному господству западныхтехнологий на постсоветском пространстве. Этим объясняется и скудное освещение вопросов, связанных с новейшимисистемами передачи данных, в российской технической литературе.  Основная масса публикаций выходит на Западе;в России же появление переводной и отечественной литературы происходит в лучшемслучае с опозданием примерно на 4 – 6 месяцев.  Это обстоятельство серьёзно замедляетвнедрение и изучение уже существующих технологий, не говоря уже о ведениисобственных разработок.  И хотя врусскоязычном Интернете имеется большое количество сведений о модемахобразовательного и справочного характера, львиная доля информации о новейшихразработках в области телекоммуникаций выходит на английском языке.

Целью предлагаемой работы является исследование места и ролимодемов в сетях передачи данных. 

В ходе исследования решались следующие задачи:

1)<span Times New Roman"">   

2)<span Times New Roman"">   

3)<span Times New Roman"">   

4)<span Times New Roman"">   

При написании реферата были использованы следующие виды публикаций:1) профессиональная техническая и популярная русскоязычная литератураотечественных и зарубежных авторов; 2) англоязычные и русскоязычные статьи по отдельнымтехнологиям, взятые из интернета со специализированных популярных сайтов, освещающихтематику передачи данных; 3) англоязычные и русскоязычные обзоры, дающиепредставление о динамике развития и распространения существующих на данныймомент технологий доступа к сетям передачи данных.

 

Глава I. Каналы передачи данных,использующие модемы

Следует подчеркнуть: основным предназначением модемов являетсядоступ абонентов к существующим внешним каналам передачи данных.  Они могут использоваться и для построениявнутренних, корпоративных сетей, однако в этом случае область их примененияобычно ограничивается организацией сообщения с удалёнными подразделениями, гденевозможно наладить передачу данных по локальным вычислительным сетям.  В качестве канала абонентского доступа может городскаятелефонная сеть, сети кабельного телевидения, радио, мобильные и спутниковыетелесистемы, также являющиеся разновидностью радиосвязи.

Подключение к сетям передачи данных по телефонным каналамможет осуществляться в форме коммутируемого доступа или по выделенной линии.  В первом случае модем абонента «снимаеттрубку» и устанавливает соединение с провайдером путём набора телефонногономера, закреплённого за модемным пулом.  При наличии свободного канала один из модемовпровайдера устанавливает соединение с оконечным модемом (коммутация), и абонентполучает доступ к сети передачи данных.  Обменинформацией между модемами пользователя и провайдера производится в аналоговойформе со скоростью до 56 Кбит/с. по голосовому спектру частот (300 – 3400 Гц).   

На сегодняшний момент dial-up— старейший и самый распространённый способ подключения кИнтернету среди российских домашних пользователей.  Во-первых, он гораздо дешевле других видовпроводной связи как в плане первоначальных расходов (нужно установить телефон икупить модем), так и абонентской платы; во-вторых, им можно воспользоваться с любоготелефонного номера; в-третьих, фактически только с его помощью можноорганизовать прямой доступ к любому удалённому компьютеру, подключенному ктелефонной сети (например, чтобы поиграть с другом по сети, подсоединиться ксвоей «машине» на работе и т. д.).  Основнойнедостаток коммутируемого доступа — низкая скорость передачи данных.  Предел 56 Кбит/с (реальная величина скорости можетоказаться гораздо ниже) стал тормозом в развитии интернет-технологий и уже давноне удовлетворяет массового пользователя, стремящегося, например, быстро идёшево заполучить любые аудио- и видеоновинки, не выходя из дома.  Большое неудобство создаёт и постояннаязанятость линии, невозможность использования телефона одновременно сИнтернетом.

На Западе коммутируемый доступ стремительно вытесняется широкополоснымирешениями.  В США более 75% постоянныхпользователей Интернета имеет высокоскоростное подключение.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[4]

  По данным британского сайта uSwitch.com, за последние пять лет число традиционныхподключений к Интернету в Великобритании сократилось на 51%.  По его прогнозам, к 2010 г. доступ в Интернетбудет иметь 80% британцев (21 млн. чел.), из которых коммутируемым доступомбудут пользоваться всего 100 тыс. чел. (менее половины процента)!  Этому способствует стремительное падение ценна высокоскоростной Интернет.  За 2006 г.тарифы на широкополосный доступ в Великобритании упали на 17%.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[5] 

В нашей стране, согласно свежим данным, «умирать»коммутируемому доступу пока рано: за последний год в столице доходы егопредоставления уменьшились, однако в регионах выросли на 30 – 35%. Дополнительнуюживучесть этой технологии на постсоветском придают: недостаточная пропускнаяспособность магистральных линий, отсутствие технической возможности и узостьёмкости провайдеров для удовлетворения постоянно растущего спроса навысокоскоростные подключения.  Тем неменее, доля широкополосного доступа в России растёт опережающими темпами. За2006 г. согласно предварительным данным количество абонентов увеличилось на 90%.  При этом число домашних подключений возрослодо 2,6 млн.  Через два года этотпоказатель предположительно возрастёт до 8 млн.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[6]

 

В отличие от коммутируемого соединения выделенная линияявляется постоянным соединением, устанавливаемым исключительно между двумяодними и теми же точками.  Она несводится к использованию какой-то одной технологии и может быть организованакак по традиционным телефонным медным парам, так и с использованиемоптоволоконного кабеля, каналов радио, сети ISDN.  Частотная полоса,используемая для передачи данных, существенно шире той, что используется дляпередачи речевого сигнала, и поэтому для обозначения доступа по выделеннойлинии часто используется термин «широкополосный доступ».<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[7]

 К концу 2006 г. в мире насчитывалось263,8 млн. широкополосных подключений.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[8]

В настоящее время наибольшую популярность средиширокополосных решений приобрела цифровая абонентская линия (ЦАЛ, DSL).  На текущий момент в мире насчитывается 173млн. таких подключений, что составляет 65,6% всех широкополосных подключений.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[9]

  Её основное преимущество заключается в том,что передача данных осуществляется по традиционным медным телефонным парам сиспользованием неголосового частотного спектра. Модем абонента устанавливает связь с заранее выделенным для только длянего портом мультиплексора телефонной компании, через который проходят данные иголосовой поток. 

Существует несколько технологий реализации цифровойабонентской линии: ADSL(асимметричная ЦАЛ), ADSL2, SDSL(симметричная ЦАЛ), VDSL (ЦАЛ с очень высокой скоростью передачи).  Выбор конкретной технологии обусловливается потребностямиабонента и особенностями телефонных сетей различных стран.

На сегодняшний день наиболее перспективной для домашнегоиспользования в России является асимметричная ЦАЛ.  Абоненту передаётся цифровой поток со среднейскоростью 6 Мбит/с. Скорость передачи данных в обратном направлении при этомпримерно в 10 раз ниже, чего вполне хватает для организации запросного канала.  На участке между модемом абонента и мультиплексоромпровайдера функционируют три потока: высокоскоростной поток, передаваемый вдиапазоне частот 4 КГц – 1 МГц, двунаправленный служебный и речевой каналы встандартном голосовом диапазоне. Частотные разделители выделяют телефонныйпоток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяетразговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоватьсятелефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивнотелефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может бытькак интегрирован в модем ADSL, так и существовать в виде самостоятельного устройства.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[10]

 

Более совершенными образцами асимметричной ЦАЛ являются ADSL2, передающая данныеабоненту на скорости 12 Мбит/с при максимальной протяжённости 2,5 км, и ADSL2+ с показателями 24 Мбит/си 1,5 км соответственно.  ADSL2+ позволяет объединятьдве линии в один канал, увеличивая скорость подачи данных абоненту до 48Мбит/с.

В отличие от асимметричной ЦАЛ симметричная ЦАЛ передаёт данныев обоих направлениях с одинаковой скоростью. При этом на один канал приходится всего 10 линий, что вдвое меньшеаналогичного показателя для асимметричной ЦАЛ. Данные преимущества в сочетании с постоянным IP-адресом, обычно отсутствующим в ADSL, делает технологию SDSLпривлекательнойдля корпоративных клиентов.  Главнымнедостатком, сдерживающим рост числа подключений по симметричной ЦАЛ, остаётсяцена, в несколько раз превышающая аналогичный показатель для ADLS. Неудобством данной технологии является использование всего частотногоспектра, что делает одновременное использование линии для телефонных разговорови передачи данных невозможным.  Понекоторым прогнозам, рост числа симметричных подключений будет происходитьбыстрее асимметричных.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[11]

Большую конкуренцию цифровым абонентским линиям на Западе составляютканалы кабельного телевидения.  Особенносильны их позиции в США и Канаде из-за охвата большого количествапользователей, относительно позднего развития цифровой абонентской линии, большейпротяжённости абонентских телефонных линий по сравнению с Европейскими, чтоснижает скорость потока цифровых абонентских линий.  Как и в асимметричной ЦАЛ, скорость входящегопотока существенно превышает скорость исходящей информации и составляет в США27 Мбит/с против 10 Мбит/с для обратного трафика.  Основными недостатками данного вида подключенияпо сравнению с выделенными линиями является меньший ареал распространениякабельного телевидения по сравнению с телефонными сетями, а также общееиспользование ресурсов канала.  Последнееобстоятельство серьёзно снижает скорость передачи данных при одновременномподключении большого количества пользователей.

 В России, несмотря набыстрое распространение асимметричных ЦАЛ, серьёзную конкуренцию проводномуширокополосному доступу могут составить каналы спутниковой связи.  Во-первых, далеко не все городские АТС имеюттехническую возможность удовлетворить спрос на ADSL со стороны абонентов.  Во-вторых, в российских регионах цены наспутниковый Интернет существенно ниже тарифов местных провайдеров на ADSL. В-третьих, многиесельские узлы связи и телефонные каналы вообще не пригодны для передачи данных,а данный вид связи позволяет охватить все без исключения точки планеты.

Основным недостатком спутникового Интернета является то, чтов нашей стране распространён устаревший (и соответственно дешёвый) вариант,передающий сигнал в одном направлении, от спутника провайдера к абоненту.Запросный канал организуется альтернативными способами, например, черезкоммутируемый доступ, а в пригородах — через сотовую связь.  Поэтому сельская глубинка, для которойсобственно и предназначается данный вид доступа, в российских условиях остаётсяпока отрезанной от глобальной информационной сети.  На Западе же спутниковые каналы передаютданные в двустороннем режиме.  Распространеноколлективное пользование линией спутниковой связи, когда инициативная группа накоммерческой основе организует посредством беспроводной связи доступ до каналавсем желающим.<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[12]

Другим набирающим популярность типом радиоподключения являетсяуже упоминавшаяся мобильная связь.  Вроссийских условиях (пригородах с устаревшими линиями и станциями) сотовыйтелефон нередко является единственным средством подключения к Интернету.  Однако данный вид доступа пока что уступаеткак проводным, так и спутниковому в стабильности и скорости передачи, а тарифына него существенно выше.  В то же время  технологии беспроводного доступа считаютсянаиболее перспективными и поэтому переживают бум своего развития.

Самой серьёзной и перспективной альтернативой организацииширокополосного выделенного доступа на базе существующих телефонных кабелейявляется доступ по оптоволоконной линии.  За последний год рост числа подключений поэтой технологии вдвое превысил аналогичный показатель для цифровых абонентскихлиний.  Общее число абонентов таких сетейпревышает 27 млн.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[13]

  Основными технологическими преимуществами даннойсреды распространения является одновременная передача нескольких сигналов сразной длиной волны и малое ослабление сигнала. Полоса пропускания оптоволоконных линий значительно шире медных, арасстояние, на которое можно передавать сигнал, — намного больше.  Достижение скорости 100 Гбит/с в такой среде вполнереально. Всеобщий переход на оптоволоконные соединения тормозится относительновысокой ценой такого вида связи, несмотря на значительное падение тарифов в СШАна подключение с 7500 долл. в сер. 90-х гг. XXв. до 750 долл.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[14]Глава II.  Устройство модема

За время своего более чем сорокалетнего существования модемпревратился в довольно сложное устройство, по своей структуре напоминающее веськомпьютер.  Как и большинство другихпериферийных компонентов (видеоплат, звуковых карт и пр.), модем имеет свойконтроллер, управляющий «рабочими» узлами, которые осуществляют обработку ипередачу сигнала.  В зависимости отисполнения отдельные функции могут отсутствовать или быть переданы центральномупроцессору компьютера.  Рассмотрим устройствомодема, применяемого для подключения с использованием коммутируемого доступа.

Основу модема составляют модулятор / демодулятор и цифровой сигнальныйпроцессор, непосредственно отвечающие за обработку сигнала, т. е. модуляцию идемодуляцию, разделением частотных полос, коррекцию ошибок. В качестве таких процессоровтакже используются либо специализированные, ориентированные на конкретный наборспособов и протоколов модуляции, либо универсальные со сменной микропрограммой,позволяющие впоследствии дорабатывать и изменять алгоритмы работы.  В низкоскоростных (300..2400 бит/с) модемахосновную работу выполняет модулятор/ демодулятор, в скоростных (4800 бит/с ивыше) — сигнальный процессор.

Помимо устройств, осуществляющих обработку сигнала, важноезначение имеют порты, передающие этот сигнал в линию и компьютер. В частности,за передачу сигнала в линию отвечает разделительный трансформатор, оптопаpа дляопознания сигнала звонка, реле подключения к линии и набора номера, элементысоздания нагрузки в линии и защиты от перенапряжений. Вместо реле могутприменяться бесшумные электронные ключи. В некоторых модемах применяются дополнительныеоптопаpы для контроля напряжения линии. Подключение к линии и набор номерамогут выполняться как одним, так и раздельными ключами.

Контроллер модема фактически представляет собой процессор, управляющийработой устройства.  В частности, он отвечаетза прием и выполнение команд, буферизацию и обработку данных — кодирование,декодирование, сжатие / распаковку и т.п., а также за управление сигнальнымпроцессором.  Модемы, оборудованные такимконтроллером, были впервые представлены корпорацией Хейз в 1981 г. и получилиназвание «умные модемы» (от англ. smartmodems).  Благодарявстроенному контроллеру компьютер получил возможность управлять модемом спомощью набора команд, предложенными той же компанией Хейз.  Такой язык общения с модемом позволяет в автоматическомили ручном режиме осуществить набор номера, принять входящий звонок, получитьинформацию о модели устройства, состоянии линии и т. д.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[15]

  До появления таких устройств соединениепроизводилось в два этапа: сначала производился дозвон с помощью телефонногоаппарата, который подсоединялся к линии через двойник.  Затем провод, соединяющий модем с линией,вставлялся в свободное гнездо двойника.

Как и большинство других устройств, помимо процессора модемимеет свою оперативную и постоянную память. В ПЗУ хранятся программы для основногои сигнального процессоров. ПЗУ может быть однократно программируемым,  пеpепpогpаммиpуемым со стиранием ультрафиолетомили пеpепpогpаммиpуемым электрически (флеш-память). Последний тип ПЗУ позволяетоперативно менять прошивки по мере исправления ошибок или появления новыхвозможностей.  ОЗУ (оперативная память)используется в качестве временной памяти при работе основного и сигнального процессоров;оно может быть как раздельным, так и общим. В ОЗУ хранится также текущий набор параметровмодема.  Имеется также специальнаяобласть памяти, где пользователь может сохранять профили настроек.  Обычно модем имеет два профиля: основной идополнительный.  При инициализации модемаодин из профилей настроек (текущий, рабочий профиль) загружается в ОЗУ устройства,но пользователь имеет возможности переключиться на дополнительный.  Ряд модемов имеет более двух сохраненных профилей.

Внешние модемы дополнительно содержат схему формирования питающихнапряжений (обычно +5, +12 и -12 В) из одного переменного (реже — постоянного) напряженияисточника питания.  Кроме этого, внешниемодемы имеют разъем для связи с компьютером. Многие модемы снабжены модулями приёма и отправки факсимильныхсообщений, оцифровки телефонных переговоров.

В общих чертах устройство модемов для других типовподключений повторяет схему модема для коммутируемого доступа.  Современные модели всех типов снабженыустройствами сопряжения с линией и компьютерами, имеют блок обработки сигнала.  Основные отличия состоят в реализации данныхузлов.  Например, для модемов сетейкабельного и спутникового телевидения, передающих только входящий трафик, нуженлишь демодулятор.  Поэтому модулятор вомногих моделях, предназначенных для данных сетей, отсутствует.  Большинство модемов работают с компьютеромчерез последовательный порт, однако кабельные модемы подключаются черезинтерфейс сетевой карты (к одному модему может быть подключено до 16 компьютеров).<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[16]

 

В высокоскоростных модемах, использующих синхронную передачу<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[17]

,большую роль играет блоки предварительного перемешивания младших и старшихбитов перед модуляцией (в английской терминологии – scrambler), делающее их чередованиеравномерным, и восстановления первоначальной очерёдности битов последемодуляции (descrambler).  Дело в том, что для предотвращения десинхронизациипотока между передающей и принимающей сторонами нужен сигнал синхронизации, которыйбольшинство модемов извлекает из самих данных. Но это возможно только в том случае, если входящий поток содержитдостаточное число изменений состояния, позволяющее обеспечить синхронизацию.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[18]

Основные функциональные возможности модемов определяются принятымистандартами или, как их иногда называют, модуляционными протоколами.  Главное внимание в них уделяется методумодуляции и демодуляции, от которых зависит скорость передачи данных и степеньвосстановления сигнала.  Подробнее данныйвопрос рассматривается в следующей главе.

Вторым важным пунктом стандартизации являются методыразделения каналов, необходимого для отделения входящего трафика от исходящегодля того, чтобы отличить передаваемый другим модемом сигнал от эха своей передачи.  В ранних модемах для этой цели применялсяполудуплексный режим, когда передача данных шла попеременно в одном и в другомнаправлении.  Данный метод получилназвание временного уплотнения.  В модемах,работавших в дуплексном режиме, использовался метод частотного уплотнения,предусматривавший разделение речевого канала на два частотных спектра дляпередачи и приёма сигнала.  Например,метод частотного уплотнения использовался в стандарте Bell-103.  Дуплексная связь намного удобнее полудуплексной,однако, деление спектра напополам не позволяло увеличивать скорость передачи.   Поэтомудля высокоскоростных модемов был разработан метод подавления эхо (метод компенсацииэхо-сигналов), стандартизированный в протоколе V.32. Его суть заключается в умении модема вычитать из входящего сигнала эхособственного исходящего сигнала.  При установкесоединения каждый из двух модемов для выявления эхо посылал в линию контрольныесигналы.  Особое значение компенсация эхо-сигналовпредставляет для модемов, работающих на цифровых абонентских и беспроводных линиях.Посылка контрольных сигналов помогает устранить эффект эха на 80 – 80%, остатокнейтрализуется логическим способом.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[19]

  Решение проблемы эха позволило преодолетьскоростной барьер в 7200 Кбит/с.

Третьим важным пунктом стандартизации являются алгоритмы сжатияинформации, серьёзно ускоряющие передачу данных.  И хотя компрессия применяется ужепродолжительное время, такая оптимизация трафика стала особенно актуальна сдостижением предела скорости передачи по голосовому спектру частот в 56 Кбит/с.и резким увеличением объёмов информационных потоков за последние годы.  Суть большинства алгоритмов сжатия (этоотносится не только к модемам) состоит в более кратком представленииповторяющихся символов.  Особенноактуальным такая форма записи данных является для текстовой информации, данных,звука.  Совсем необязательно дляобозначения двухсот пробелов тратить двести байт. Можно записать код этогосимвола (#32) и затем указать его количество (метод сжатия “run-lengthencode”, RLE). В основе других алгоритмов лежитвыявление последующих символов на основе предыдущих и передача наиболее частовстречающихся символов меньшим количеством битов.  

В модемах наибольшее распространение получили алгоритмы,описанные протоколом V.42bis и стандартами компанииМайкроком (MNP5 и MNP7).  Протоколы Майкрокома представляют собойсочетание вышеуказанных методов и позволяют достичь коэффициента сжатия 3:1.  В протоколе V.42 используется алгоритм словарноготипа Лемпеля-Зива-Уэлча (LZW).  В его основе лежит динамически обновляемый древовидныйсловарь последовательностей символов, в котором каждой последовательностисоответствует единственное кодовое слово. Входящий поток данных последовательно — символ за символом —сравнивается с имеющимися в словаре последовательностями, и при нахождении тамсвоей идентичности в потоке происходит замена такой последовательности накодовое слово.  Гибкость данного алгоритмаобеспечивается синхронизацией словаря последовательностей между модемами.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[20]

 Четвёртым пунктомстандартизации является коррекция ошибок. В документах она, как правило, рассматривается вместе со сжатиемданных.  Особую актуальность коррекцияпредставляет для отечественных устаревших линий, на которых без неё невозможноработать на скоростях распространения сигнала выше 300 Бод.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[21]

  В настоящее время большинство модемов аппаратно,т.е. на уровне своего контроллера, поддерживают данную функцию по общепринятым протоколамMNPиV.42.  Ряд производителей «вшивают» в свои модемысобственные методы коррекции.  Имеютсятакже программные решения, позволяющие производить контроль ошибок непосредственноцентральным процессором компьютера.  Сутьодного из методов Майкрокома, поддерживаемых современными модемам, заключаетсяв следующем: посылаемые синхронно данные объединяются в пакеты по 32, 64, 128,192 или 256 байтов, в которые помимо самих данных включается контрольнаяинформация. Байтовый пакет состоит из следующих компонентов: стартовые флаги (3байта), заголовок, включающий команды, ответы и порядковые номера пакетов, самиданные, стоповые флаги (2 байта), 16-разрядная контрольная последовательностьпакета.  Смысл второго метода состоит висключении из потока повторяющейся управляющей (служебной) информации,благодаря чему больше места отводится под передачу самих данных.  В протоколе V.42 помимо стандарта MNP4 применяется также более совершеннаясистема пакетов LAPM,состоящих из открывающего флага, адреса, указывающего порядковый номер пакета,контрольного поля, ответственного за отделение командных пакетов от пакетов сответами, информации, контрольной последовательности и закрывающего флага.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[22]

Помимо вышеперечисленных аспектов в ряд стандартов могутвозводиться новые возможности, повышающие удобство использования модемов.  Например, последний протокол V.92, адресованный модемамдля коммутируемого доступа, позволяет сократить время на установку соединения, работаяв Интернете, получить уведомление о входящем телефонном вызове с указаниемномера вызывающего абонента, принять звонок, одновременно удерживая линиюмодемом.<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">[23]

  К сожалению, выход данного стандарта пришёлсяна 1999 г., поэтому ввиду последующего распространения технологийширокополосного доступа внедрение вышеперечисленных удобств, несущее немалыезатраты для провайдеров, не получило большого распространения.  Глава III.  Виды модуляции, применяемые в модемах

Модуляция есть изменение одного или нескольких параметровнесущего колебания по закону изменения первичного сигнала.  В качестве таких параметров может выступатьамплитуда, частота и начальная фаза колебания.  В зависимости от типа канала передачи данных иряда других условий (качества линии и др.) современные модемы длякоммутируемого доступа используют частотную, фазоразностную и многопозиционнуюамплитудно-фазовую модуляцию.<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">[24]

 

Совершенствование методов модуляции является одним изосновных условий повышения скорости передачи информации.  В первых модемах (протокол V.21 в Европе иЯпонии, в США – Bell 103) использовалась частотная модуляция, позволявшаяпередавать за 1 Бод 1 бит со скоростью 300 Бит/с.  Так как максимальная скорость распространениянесущего сигнала в среде не может превышать отведённой ему частотной полосы, тоединственно возможным средством дальнейшего ускорения передачи информации являетсяпередача за один период (иначе называемый символом или бодовым интервалом)большего количества битов.  Так, еслиширина пропускания телефонной линии при диапазоне занимаемых частот от 300 до 3400Гц составляет 3100 Гц, то для достижения скорости передачи современных модемов,работающих в этом диапазоне, (56 Кб/с) необходимо, чтобы за один периодпередавалось в среднем 18 битов информации. <