Итак, модемы и модуляция-демодуляция...

Понятие "модем" является сокращением от известного компьютерного термина модулятор-демодулятор. Модем - это устройство, которое преобразовывает цифровые данные, исходящие из компьютера, в аналоговые сигналы, которые могут передаваться по телефонной линии. Все это дело называется модуляцией. Аналоговые сигналы затем вновь преобразовываются в цифровые данные. Это дело называется демодуляцией.

Схема весьма простая. В модем из центрального процессора компьютера поступает цифровая информация в виде нулей и единиц. Модем анализирует эту информацию и преобразовывае.т ее в аналоговые сигналы, которые и передаются через телефонную линию. Другой модем получает эти сигналы, преобразовывает их опять в цифровые данные и посылает эти данные назад в центральный процессор удаленного компьютера.

Modulation type (Тип модуляции), которая позволяет выбирать частотную или импульсную модуляцию. На всей территории России используется импульсная модуляция.

Аналоговый и цифровой сигналы

Телефонная связь осуществляется через так называемые аналоговые (звуковые) сигналы. Аналоговый сигнал идентифицирует информацию, которая передается непрерывно, в то время как цифровой сигнал идентифицирует только те данные, которые определены на кокретном этапе передачи. Преимущество аналоговой информации перед цифровой есть способность полностью представить непрерывный поток \ информации.

С другой стороны на цифровые данные менее сказываются разного рода шумы и скрежеты. В компьютерах данные хранятся в индивидуальных битах, суть которых есть 1 (начать) или О (закончить).

Если все это дело представить графически, то аналоговые сигналы есть синусоидальные волны, в то время как цифровые сигналы представляются в виде прямоугольных волн. Например, звук является аналоговым сигналом, поскольку звук всегда изменяется. Таким образом, в процессе пересылки информации по телефонной линии, модем получает цифровые данные от компьютера и преобразовывает их в аналоговый сигнал. Второй модем, находящийся на другом конце линии, преобразовывает эти аналоговые сигналы в исходные цифровые данные.

Интерфейсы

Вы можете использовать модем в вашем компьютере с помощью одного из двух интерфейсов. Ими являются:

MNP-5 Последовательный интерфейс RS-232.

MNP-5 Четырехконтактный телефонный кабель RJ-11.

Например, внешний модем подключается к компьютеру посредством кабеля RS-232, а к телефонной линии - с помощью кабеля RJ11.

Сжатие данных

В процессе передачи данных необходима скорость большая, чем 600 битов за секунду (bps или бит\сек). Связано это с тем, что модемы должны собрать биты информации и передавать их далее через более сложный аналоговый сигнал (весьма мудреная схема). Сам процесс подобной передачи допускает передачу многих битов данных в одно и то же время. Понятно, что компьютеры более чувствительны к передаваемой информации и поэтому воспринимают ее намного быстрее, чем модем. Это обстоятельство порождает дополнительное время модема, соответствующее тем битам данных, которые необходимо как-то сгруппировать и применить к ним те или иные алгоритмы сжатия. Так появились два так называемых протокола сжатия:

MNP-5 (протокол передачи, имеющий степень сжатия 2:1).

V.42bis (протокол передачи, имеющий степень сжатия 4:1).

Протокол MNP-5 обычно используется при передаче тех или иных уже сжатых файлов, в то время, как протокол V.42bis применятся даже к несжатым файлам, так как он может ускорять передачу именно таких данных.

Нужно сказать, что при передаче файлов, если протокол V.42bis вообще недоступен, то лучше всего отключить и протокол MNP-5.

Коррекция ошибок

Коррекция ошибок - метод, с помощью которого модемы тестируют пересылаемую информацию на предмет наличия в ней тех или иных повреждений, возникших в течение передачи. Модем разбивает подобную информацию на маленькие пакеты, которые называются фреймами. Передающий модем присоединяет так называемую контрольную сумму к каждому из этих фреймов. Модем получения проверяет, соответствует ли контрольная сумма посланной информации. Если - нет, то фрейм опять пересылается.

Фрейм является одним из ключевых терминов передачи данных. Под фреймом понимают базовый блок данных с заголовком, присоединенной к этому заголовку информацией и данными, которые и завершают сам фрейм. Добавленная информация включает номер фрейма, данные о размере передаваемого блока, синхронизирующие символы, адрес станции, код коррекции ошибок, данные переменного объема и так называемые индикаторы Начало передачи (стартовый бит)/Конец передачи (стоп-бит). Это означает, что фрейм является пакетом информации, который передается ^как одно целое.

Например в Windows 98 в параметрах настройки модема существует опция Stop bits (Стоповые биты), которая позволяет установить количество стоповых битов. Стоповые биты данных являются одной из разновидностей так называемых граничных служебных битов. Столовый бит определяет конец цикла при асинхронной передаче (промежуток времени между передаваемыми символами меняется) данных в кратковременном цикле.

Протоколы MNP2-4 и V.42

Несмотря на то, что коррекция ошибок может замедлять передачу данных на шумных линиях, этот метод обеспечивает надежную связь. Протоколы MNP2-4 и V.42 являются протоколами коррекции ошибок. Эти протоколы определяют, каким образом модемы проверяют данные.

Как и протоколы сжатия данных, протоколы коррекции ошибок должны поддерживаться как передающим, так и принимающим модемами.

Управление потоком или Flow Control

В процессе передачи один модем может пересылать данные намного быстрее, чем другой модем может принимать эти данные. Так называемый метод управления потоком позволяет сообщить принимающему модему информацию о том, чтобы этот модем в какие-то моменты времени приостанавливал прием данных. Управление потоком может быть реализовано как на программном (XON/XOFF - Старт-сигнал/Стоп-сигнал), так и на аппаратном (RTS/CTS) уровнях. Управление потоком на программном уровне осуществляется через пересылку определенного знака. После того, как сигнал получен, передается другой символ.

Например, в Windows 98 в параметрах настройки модема существует опция Data bits (Биты данных), которая позволяет установить информационные биты данных, используемые системой для выбранного последовательного порта. Стандартный набор символов компьютера состоит из 256 элементов (8 бит). Поэтому опция по умолчанию есть 8. Если ваш модем не поддерживает псевдографику (работает только со 128 символами), сообщите об этом выбором опции 7.

Там же в Windows 98 в параметрах настройки модема существует и опция Use flow control (Управление потоком),

которая позволяет определить способ реализации обмена данных. Здесь вы можете исправлять возможные ошибки, возникающие при передаче данных от компьютера в модем. Принятая по умолчанию, установка XON/XOFF означает, что управление потоком данных осуществляется программными методами через стандартные управляющие символы ASCII, которые и посылают в модем команду приостановить/ возобновить передачу.

Управление потоком на программном уровне возможно лишь в том случае, если используется последовательный кабель. Так как управление потоком на программном уровне регулирует процесс передачи посредством пересылки некоторых символов, то может возникнуть сбой или даже окончание сеанса связи. Объясняется это тем, что тот или иной шум в линии может сгенерировать совершенно аналогичный сигнал.

Например, при управлении потоком на программном уровне, бинарные файлы не могут пересылаться, поскольку подобные файлы могут содержать управляющие символы.

Через управление потоком на аппаратном уровне RTS/CTS предана информации осуществляется намного быстрее и безопаснее, чем через управление потоком на программном уровне.

Буфер FIFO и микросхемы универсального асинхронного интерфейса UART

Буфер FIFO чем-то похож на перевалочную базу: пока данные поступают в модем, часть их отправляется в емкость буфера, что дает некоторый выигрыш при переключении с одной задачи на другую.

Например, операционная система Windows 98 поддерживает только микросхемы универсального асинхронного интерфейса (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, UART) серии 16550 и позволяет управлять самим буфером FIFO. С помощью флажка Use FIFO buffers requres 16550 compatible UART (Использовать буферы FIFO) вы можете заблокировать (не позволять системе накапливать данные в емкости буфера) или разблокировать (дать возможность системе накапливать данные в емкости буфера) буфер FIFO. Нажав кнопку Advanced, вы обратитесь к диалогу Advanced Connection Settings (Дополнительные параметры соединения), опции которой позволяют настроить соединение вашего модема.

S-регистры

S-регистры находятся где-то внутри самого модема. Именно в этих самых регистрах хранятся установки, которые тем или иным образом могут влиять на поведение модема. В модеме присутствует масса регистров, но только первые 12 из них считаются стандартными регистрами. S-регистры устанавливаются таким образом, что посылают в модем команду ATSN=xx, где N соответствует номеру устанавливаемого регистра, а хх определяет сам регистр. Например, через регистр SO вы можете задать количество звонков для ответа.

Прерывания IRQ

Периферийные устройства связываются с процессором компьютера через так называемые прерывания IRQ. Прерывания являются сигналами, которые заставляют процессор приостановить ту или иную операцию и передать ее выполнение так называемому обработчику прерываний. Когда центральный процессор получает прерывание, он просто приостанавливает процесс и перепоручает прерванную задачу программе-посреднику с именем Interrupt Handler. Все это дело работает независимо от того, была ли обнаружена ошибка в работе того или иного процесса или нет.

Информационный порт связи или просто СОМ-порт

Последовательный порт узнать весьма просто. Вы можете это сделать, просто посмотрев на разъем. СОМ-порт использует 25-контактный разъем с двумя рядами контактов, один из которых длиннее других. При этом, практически все последовательные кабели имеют именно 25-контактные разъемы с обеих сторон (в остальных случаях требуется специальный адаптер).

СОМ-порт (последовательный порт) является портом, через который компьютеры связываются с устройствами, такими как модем и мышь. Стандартные персональные компьютеры имеют четыре последовательных порта.

Порты СОМ 1 и СОМ 2 обычно используются компьютером в качестве внешних портов. По умолчанию все четыре последовательных порта имеют два прерывания IRQ:

СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF).

СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).

СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).

СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).

Тут-то как раз и могут возникать конфликты, так как внешние порты других устройств ввода-вывода 1/0 или контроллеров могут использовать те же прерывания IRQ.

Поэтому, назначив модему СОМ-порт или IRQ, вы должны проверить другие устройства на предмет наличия у них

тех же последовательных портов и прерываний.

Нужно сказать, что подключенные к телефонной линии параллельно модему устройства (особенно АОН) могут очень ощутимо ухудшат* качество работы вашего модема. Поэтому рекомендуется подключать телефоны через предназначенное для этого гнездо в модеме. Только в этом случае он будет отключать их от линии при работе.

Флэш-память вашего модема

Флэш-память - постоянная память или ППЗУ (постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство), которая может быть стерта и вновь запрограммирована.

Перепрограммированию подлежат все модемы, в названии которых пристуствует строка "V. Everything". Кроме того, модемы "Courier V.34 dual standart" подлежат программной модернизации в случае, если в строке Options в ответе на команду ATI7 присутствует протокол V.FC. Если же в модеме нет этого протокола, то модернизация в "Courier V. Everything" производится заменой дочерней платы.

Существуют две модификации модемов Courier V. Everything - с так называемой частотой супервизора 20.16 MHz и 25 MHz. Для каждого из них существуют свои версии прошивок, и они не являются взаимозаменяемыми, т.е. прошивка от модели 20.16 MHz не подойдет для модели 25 MHz, и наоборот.

Программируемая пользователем память NVRAM

Все настройки модема сводятся к правильной установке значений регистров NVRAM. NVRAM - программируемая пользователем память, сохраняющая данные при выключении питания. NVRAM используется в модемах для хранения конфигурации по умолчанию, загружаемой в RAM при включении. Программирование NVRAM производится в любой терминальной программе с помощью АТ-команд. Полный перечень команд может быть получен из документации на модем, или получен в терминальной программе по командам АТ$ АТ&$ ATS$ AT%$. Запишите в NVRAM фабричные настройки с аппаратным контролем данных - команда AT&F1, затем внесите коррективы по настройке модема в совокупности с конкретной телефонной линией и запишите их в NVRAM по команде AT&W. Дальнейшую инициализацию модема нужно производить через команду ATZ.4.

Прикладное программное обеспечение для передачи данных

Программы для передачи данных позволяют вам соединиться с другими компьютерами, BBS, Internet, Intranet идругими информационными службами. В вашем распоряжении может быть весьма обширный набор подобных программ. Например, в Windows 98 в ваше распоряжение предоставляется весьма неплохой терминальный клиент Hyper Terminal.

Если у вас появились проблемы, связанные с установкой связи с другими модемами

Для начала необходимо оценить характер линии связи. Для этого после удачного сеанса до переинициализации модема введите команды ATI6 - диагностика связи, ATI11 - статистика соединения, ATY16 - амплитудо-частотная характеристика. Полученные данные необходимо записать в файл. После анализа полученных данных необходимо произвести изменения текущей конфигурации и затем записать их в NVRAM по команде AT&W5.

Российские телефонные линии и импортные модемы

Выбор модемов сегодня достаточно велик, и разница в их стоимости весьма значительна. Скорость передачи более 28 800 бит/с на российских телефонных линиях обычно недостижима. Выше 16 900 бит/с можно получить лишь в том случае, если провайдер услуг Internet имеет линии на той АТС, к которой подключен ваш телефон. В других случаях, работа в Internet слишком утомительна, поскольку при типовой (и даже не всегда достижимой) скорости 9 600 бит/с она превращается в сплошное ожидание. Поэтому для устойчивой передачи данных при помехах в телефонной линии нужен высококлассный модем, который стоит не менее 400 долларов США.

Какой модем лучше - внутренний или внешний?

Внутренний модем устанавливается в свободный слот расширения на материнской плате компьютера и подключается к встроенному блоку питания, а внешний представляет собой автономное устройство, соединенное с компьютером через стандартный последовательный порт.

Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Внутренний модем занимает слот системной шины (а их, как правило, не хватает), следить за его работой трудно из-за отсутствия индикаторов, к тому же описываемые модели принципиально не пригодны для портативных компьютеров типа notebook, имеющих узкопрофильный корпус и в большинстве случаев не обладающих разъемами расширения. В то же время внутренний модем на несколько десятков долларов дешевле внешних аналогов, не занимает места на столе и не создает путаницу проводов. Использование же внешнего модема подразумевает, что в компьютере, к которому он подсоединен, установлены наиболее современные микросхемы управления последовательным портом (UART). Микросхемы UART появились еще в первых ПК, поскольку уже тогда стало ясно, что обмен данными через последовательный порт - слишком медленная и сложная операция и лучше поручить ее специальному контроллеру. С той поры выпущено несколько моделей UART. В компьютерах типа IBM PC и XT, а также в полностью совместимых с ними, использовалась микросхема 8250, в AT ее сменила UART 16450. Большинство компьютеров на базе процесоров i386 и i486 до последнего времени комплектовались контроллером 16550, в котором появились внутренние аппаратные буферы типа "очередь", а сегодня стандартом становится UART 16550A - микросхема, аналогичная предыдущей, но с устраненными недоработками. Отсутствие буферов во всех микросхемах, кроме последней, приводит к тому, что передача данных через последовательный порт на скорости выше 9600 бит в секунду становится неустойчивой (использование MS Windows снижает этот порог до 2400 бит/с).

Если необходимо подключить высокоскоростной внешний модем к компьютеру, использующему устаревшую микросхему UART, следует либо сменить мультикарту, либо добавить специальную карту расширения (что займет один слот шины и лишит внешний модем важнейшего преимущества). У внутренних модемов такая проблема не возникает - они СОМ-порт не используют (точнее, они его содержат). Сейчас у внутренних модемов появляется еще одно преимущество, также связанное со скоростью работы. Согласно спецификации V.42bis, данные при передаче могут быть сжаты примерно в четыре раза, следовательно модем, работающий на скорости 28800 бит/с, должен получать данные из компьютера или отправлять их в него со скоростью 115600 бит/с, что является пределом для последовательного порта ПК. Однако 28800 бит/с - не предел для телефонной линии, где максимум лежит где-то в районе 35000 бит/с, а на цифровых линиях (ISDN) пропускная способность превышает 60000 бит/с. Следовательно, в данной ситуации последовательный порт станет "узким горлом" всей системы, и потенциальные возможности внешнего модема не будут реализованы. Сейчас производители модемов разрабатывают модели, которые могли бы подключаться к более быстродействующему параллельному порту, однако очевидно, что устройства, проданные сейчас, к этому приспособить будет невозможно.

В то же время многие модемы можно модернизировать для работы на больших скоростях, вплоть до способности работать на ISDN. Но все упирается в ограничительный барьер со стороны компьютера, который для внутреннего модема существенно выше 4 Мбайт/с (пропускная способность шины ISA). Кстати, все ISDN-модемы внутренние. Правда, все это будет завтра (а может и послезавтра), а сегодня можно сказать одно: выбирайте устройство того типа, который нравится вам - никаких функциональных различий между внутренними модемами и их внешними аналогами нет.

Какой модем выбрать и как его выбрать

Модем не может быть уникальным. Ваш модем должен быть понят другими модемами. Это означает, что модем должен поддерживать максимальное количество стандартов, то есть исправление ошибок, методы обмена данными и их сжатие. Самый распространенный стандарт - V.32bis для модемов со скоростью обмена 14000 бит/с. Для модемов со скоростью работы 28800 бит/сек стандартизованным протоколом является V.34.

Кроме этого, необходимо подчеркнуть, что модемы, имеющие скорость обмена данными 16800, 19200, 21600 или 33600, не являются стандартными.

Никакая коррекция ошибок не должна быть программной. Все должно быть вшито в модем его производителем.

О внешности и о внутренности. Внешний модем через специальный шнур подключается к вашему последовательному порту. Такой модем, как правило, имеет регулятор громкости, информационные индикаторы, блок питания и другие, иногда полезные прйблуды. Если вы профессионал, то вам должно быть все равно, какой модем выбрать - внутренний или внешний. Обычно, хороший внутренний модем через специальный софт неплохо эммулирует всю наглядность внешнего модема.

Не покупайте чисто импортные модемы. Эти железяки не уживаются на наших древних линиях. Приобретайте только сертифицированные модемы, то есть железо, специально прошитое под наши грязные телефонные станции.

В России такой выбор весьма невелик. Этот рынок забили две компании: ZyXEL из солнечного Тайваня и U.S. Robotics из США. Модемы последней фирмы выбирают профессионалы (Courier), первой - все остальные, то есть все те юзеры, которые выбирают так называемый сверхнадежный протокол ZyCell.

Итак, выбирайте Courier. И, поверьте, это не реклама.

Доброго времени суток, вам дорогие мои друзья. Сегодня я с вами понастальгирую, вспоминая, что такое модем. Эх, какое это было время… Чувствую, не все меня сейчас понимают, особенно молодые читатели, впервые услышавшие название данного устройства.

Тогда объясняю, обратившись к истории.

Допустим, что у вас есть ПК, но интернета нет, вообще никакого. Плохо вам без него? Да уж, особенно учитывая, что вам известны его безграничные возможности. Так вот. В 90-х владельцы компьютеров в России впервые узнают о таком Чуде Света, как глобальная паутина. И оказывается, что подключиться к ней можно по простой телефонной сети. Которая была на тот момент единственным средством проводной связи, проложенным даже в отдаленные деревеньки.

Но для этого требовалось, чтобы в вашем городе существовал провайдер, предоставляющий доступ к интернету. А у пользователя было устройство, называемое модемом, и подключаемое между ПК и телефонной линией.

С чего все началось?

Так уж случилось, что после падения «железного» занавеса интернет попал в нашу страну уже с готовыми аппаратными и программными решениями. Но в реальности, и самой сети, и обслуживающим ее устройствам пришлось пройти тернистый путь поиска оптимальных решений.

История возникновения модемной обработки данных начинается в послевоенные горы в США. В 1950 году между военными базами ПВО, расположенными по всей Северной Америке, была проложена , которая соединяла радары, терминалы, командные центры. Обработка сигнала на концах линий осуществлялась с помощью модулирующих преобразований.

Этот принцип стал основой для создания аналогичных устройств для сетевой связи между персональными компьютерами.

В 1979 появился Micromodem II, предназначенный исключительно для ПК Apple II. Так устройство получило свое название «модем», образованное от названия двух, выполняемых им операций: МОдуляции и ДЕМодуляции.

Назначение этих функций и принцип работы я сейчас объясню. Чтобы импульсы цифрового кода, представляющие собой «прямоугольный» график, можно было передавать по каналу, предназначенному для звуковой связи, их предварительно модулируют, после чего привычный для телефонной линии аналоговый сигнал успешно идет по сети.

В свою очередь, и компьютер не способен воспринимать несвойственную для него аналоговую информацию. Поэтому плавное изменение напряжения в линии демодулируется обратно в импульсы, понятные для считывания процессором.

Но если более подробно изучить работу модема, то стоит обратить внимание на его взаимодействие с сетью и ПК, подразумевающее систему запросов, распознавания, изменение параметров подключения и прочие управляющие операции.

Все это записывается специальным программным кодом. В 1981 году компанией Hayes был представлен Smartmodem 300. В котором использовалась система таких команд, ставших впоследствии стандартом в сфере производства модемов.

Какие бывают модемы и как они устроены

Но, раз уж мы начали вникать в такие тонкости. То я предлагаю сразу рассмотреть устройство модема, состоящее из:

• блока электропитания;
• двух разъемов для подключения телефонного кабеля (входящий от розетки и ответвление к телефону) и сетевого LAN или последовательного LPT порта для соединения с компьютером;
• контроллера, отвечающего за обмен потоковыми данными с ПК;
• сигнального процессора, непосредственно выполняющего операции по преобразованию сигналов;
• набора микросхем памяти, включающего оперативную RAM и два типа энергонезависимой: ROM (с прошивкой, драйверами) и NVRAM с рабочими настройками.

Сразу скажу, что данный «набор» взят из конструкции внешнего модема, которые в период их наибольшей популярности были самыми распространенными. Кое-кто наверняка помнит такие модели как Courier или Zyxel.

Со временем появились и внутренние модемы, вставляемые в материнку. В них уже не требовался блок питания и наружный com-port. Но был задействован разъем, который мог пригодиться и для других нужд. Некоторые производители делали даже встроенные модемы, интегрированные в системную плату.

Способ подключения, определяющий скорость интернета

Разговор о модемах будет не полным, если обойти стороной способы их подключения к интернету. И первым, конечно, является Dial-up – обычный дозвон, набором номера. Конечно, эту функцию выполняла электронная начинка устройства сопровождающая свою работу характерными звуками, доносящимися из динамика. Их специально не отключали (несмотря на надоедливость) с целью контроля процесса. Dial-up соединение имело свои особенности:

• дозвон занимал продолжительное время, а в процессе работы в сети использование телефона было невозможным;
• очень низкая скорость подключения 40 — 45 кбит/с, которая, к тому же, сильно зависела от качество телефонной лини;
• тарификация зачастую была поминутной, а с учетом медленной скорости – дорогой…

В качестве альтернативы корпоративным и просто состоятельным пользователям предлагалась выделенная линия Dial-up связи. Достоинством которой было отсутствие дозвона и лучшее качество канала.

Практика использования интернета показала, что объем скачиваемой пользователем информации намного выше чем, передаваемой им в сеть. Поэтому была предложена технология ADSL – асинхронное частотное разделение потоков данных с помощью мультиплексора и модема, способного работать с таким сигналом. Это обеспечило новые возможности и очевидные преимущества:

• появилась возможность параллельного использования телефона в процессе работы с интернетом;
• скорость увеличилась до 25 Мбит/сек;
• существенно сократилось время подключения;

Передача информации с помощью позволило по-новому взглянуть на возможности скоростного Интернета, но, к сожалению, сдерживающим фактором на этом этапе оказалась пропускная способность телефонных линий. Провайдеры стали напрямую прокладывать линии связи (витую пару или оптоволокно) к пользователю доведя скорость соединения до 100-300 Мбит/с.

Теперь не актуальны?

А что же наши модемы, спросите вы, пропали? Ну не совсем. Все-таки прокладка новой линии дело хлопотное, а телефонный кабель уже лежит. Грех им не воспользоваться. Поэтому у провайдеров такая услуга еще присутствует. Другое дело, что телефонная связь изменилась, оцифровалась, стала мобильной и предоставила новее перспективы в лице 3G/4G USB модемов.

Теперь подключиться к интернету можно в любой точке, находящейся в зоне покрытия мобильного оператора. Причем скорость передачи данных позволит спокойно смотреть потоковое видео. Со временем и у USB модемов появились конкуренты – это смартфоны. Которые в умелых руках запросто раздают интернет через wi-fi.

Но это уже другая история. А эту, я считаю возможным закончить. До скорых встреч, мои дорогие читатели.

Модем – устройство, принимающее и передающее сигнал. Характерная особенность: речь обычно касается исключительно компьютерных технологий, аналоговые тандемы именуют приёмопередатчиками. Цифровые системы используют преимущественно два диапазона: радио, оптический. Связь применяется проводная, беспроводная. Сообразно этой градации созданы обсуждаемые приёмопередающие устройства. Этимология термина образована названиями двух противоположных по смыслу процессов: модуляция, демодуляция. На компьютере используют сегодня исключительно цифровые сигналы.

Процесс модуляции обеспечивает выживаемость информации в среде. Первым быстрое затухание низких частот заметил Попов. Русский исследователь догадался изменять параметры электромагнитного колебания согласно закону передаваемой информации. Процесс получил название модуляции. Попов использовал амплитудную, полвека спустя появилась частотная, сегодня к компьютеру бегут слова преимущественно кодово-импульсной модуляции, введённой в обиход ведшими военные против стран ОСИ действия американцами. Описание системы Зелёный шершень общедоступно.

Принцип действия

Любая среда образована частицами, молекулами. Механические волны вызывают периодические циклические сдвиги веществ. Природа электромагнитных колебаний, механизм возникновения сегодня ещё не объяснены. Однако свойства, характеристики распространения отлично изучены. Средами выступают (преимущественно):

1. Атмосфера Земли.
2. Медь.
3. Оптическое стекло.

Созданы многочисленные виды модемов, осуществляющие преобразование протоколов: Wi-Fi, 4G, Ethernet. Начальным и конечным сигналом всегда является последовательность импульсов цифровой информации. Ими манипулируют процессор, фронтальная шина, оперативная память. Однако спектр цифрового сигнала плохо преодолевает среду: медную жилу, эфир. Волокно PON электромагнитные колебания вовсе бессильны пройти, здесь уже требуется свет, либо близкие диапазоны (инфракрасный, ультрафиолетовый).

Характеристики среды

• Собственная ёмкость.
• Индуктивность.

Сказанное обусловливает наличие резонансных характеристик системы. Проще говоря, существует некая частота которая отлично проходит сквозь витую пару, коаксиал, кабель связи. Если централизовать спектр сигнала относительно этого пика, дальность сети сильно повышается. Аналогичную картину демонстрирует оптическое волокно, также наделённое частотным характеристиками. Сказанное объясняет необходимость конструирования преобразователей, реализуемых производителями через модемы.

Термины

Модуляция – процесс изменения параметров несущей частоты согласно информационному сообщению.

Демодуляция – извлечение заложенного передающей стороной сигнала для последующего использования.

Модулированный сигнал отлично распространяется вдоль кабеля, оптического волокна (свет), эфира. Модем приёмной стороны производит демодуляцию.

Радиосигнал – несущая частота, модулированная информацией.

Видеосигнал – типичные импульсы прямоугольной формы.

Используемые среды

Постоянная конкуренция заставляет производителей двигаться. Выдающим сертификаты организациям постоянно поступают новые образцы. Последняя версия Wi-Fi… битрейтом обогнала гигабитный Ethernet. Релиз IEEE 802.3an-2006 обеспечивает вдесятеро большую скорость на дистанции 100 метров. Имеются дальнобойные варианты.

В один год с выходом IEEE 802.3an создали группу, задумавшую покорить рубеж 100 Гбит/с. Первые версии Ethernet (10 Мбит/с) пользовались коаксиальным кабелем, последующие стали задействовать витую пару, оптоволокно. Повышение частоты сильно увеличивает пропускную способность канала. Названное свойство стало основной причиной использования светодиодов.

Аналогично повышается частота эфирных волн. Первоначально Wi-Fi задействовал область 900 МГц, затем стандартами стали:

1. 2,4 ГГц.
2. 5 ГГц.

Сегодня наблюдается тенденция освоения участка 60 ГГц. Антенны роутеров работают параллельно, информация передаётся четырьмя, восемью потоками.

Ключевое отличие модемов

Внимательный читатель заметит, что частенько компьютерные коммуникации несут голый цифровой сигнал, лишённый несущей (например, канал монитора). Русскоязычные источники приводят пример отличия роутера от модема:

Маршрутизатор зачастую лишён модулирующих, демодулирующих устройств, занимается исключительно перенаправлением потока данных.

Напоминает бред? Однако ответ частично верный.

Трудности классификации

Отсутствие необходимости использования несущей существенно ускоряет процесс передачи информации. Ассоциативная оперативная память роутера увеличивает быстродействие. Однако англоязычный домен Википедии (en.wikipedia.org/wiki/Modem) следующим образом описывает ситуацию, касающуюся первых реализаций Ethernet (10 Мбит/с):

«Часто даже при установке кабеля возникает необходимость использования радиосигналов (модуляции). Коаксиал снабдил разработчика неимоверной полосой пропускания, однако затухание цифрового видеосигнала становится грандиозной проблемой. Используя модем, получаем битрейт намного выше. Кабельное телевидение, интернет чаще оперируют радиосигналами, обеспечивая удовлетворение потребностей растущей клиентской базы. Одновременно становится возможным частотное разделение каналов – полный дуплекс обеспечивается единственной линией.»

Вторым аспектом является методика Ethernet, касающаяся предотвращения коллизий. Страна, собирающаяся передать сообщение, прежде проверяет отсутствие несущей. Вдумайтесь, это интерфейс RJ45: сетевая карта, роутер, линия, соединяющая ADSL-модем с ПК. Именно систему «1-настойчивый CSMA» употребляет протокол Ethernet.

Знаете, любые обзоры, касающиеся темы, упускают важную деталь. Где именно устройства ловят несущую, что за несущая? Мобильные сети первого поколения, например, использовали отдельную частоту, вынесенную за основную полосу канала. Основываясь на таком положении вещей, многие стали уравнивать модем и сетевую карту Ethernet.

Ответ

Ответ скрывает само название технологии Ethernet. Оно включает слово BASE, означающее: Baseband signalling.

Биты проходят шифрование 4B5B, производится формовка импульсов, затем кодирование NRZI. Результирующий сигнал просто передаётся кабелю. Для 100BASE-T средняя частота выходит 31,5 МГц. Получившийся спектр по непонятной причине литература называет несущей, хотя кабель передаёт типичный видеосигнал. Именно его пытается уловить оборудование перед началом передачи. Никакой несущей здесь нет!

Как классифицировать

Модем всегда осуществляет преобразование сигнала. Для медной жилы процесс не очевидный – отсутствует факт смены среды. Поэтому типичный порт RJ45 (8p8c) нельзя называть модемом. Внутри ПК латунные шины, снаружи – витая пара. Подключение оптического волокна, использование эфира, наоборот, всегда имеет отношение к модему.

1. Светодиод нужен для преобразования электрические колебания-свет.
2. Антенны USB-адаптера Wi-Fi занимаются излучением эфирных волн.

Приёмная сторона выполняет аналогичные преобразования. Именно вопрос скорости выступает первопричиной использования провайдерами повсеместно PON при покрытии последней мили доступа к интернету преимущественно витыми парами. Согласно общедоступным источникам:

Модемом принято называть модулятор-демодулятор проводной связи.

Беспроводные скорее являются трансиверами, приёмопередатчиками. Проще говоря, отсутствует элементарная теоретическая база, подпирающая развитие отечественных сетевых технологий.

Внимание, вопрос

Как тогда трактовать оптоволоконные технологии Ethernet? Название BASE сохраняется инерционно. Подразумевается отсутствие дополнительных преобразований спектра относительно вариантов с витой парой, помимо выполняемых светодиодом. Частота субмиллиметрового диапазона автоматически выступает несущей. Поэтому любой роутер, содержащий оптоволоконный порт, можно (и нужно) назвать модемом. Хотя формально остаётся сигнализация видеосигналом (Baseband).

Окончательное разграничение

Учитывая сказанное выше, модемом однозначно назовём устройства:

• Беспроводной связи. Поскольку излучается радиоволна.
• Оптоволоконные. Происходит преобразование сигнала на границе двух разнородных сред проводник-стекло.
• Выполняющие модуляцию/демодуляцию внутри медных сетей: ADSL, Dial-up и другие. Ethernet (RJ45) сюда по большей части не относится.

История dial-up: телефонные линии

Википедия склонна считать модемами первые мультиплексоры. Например, устройства, использовавшие (вторая половина XIX века) трансатлантический кабель. Однако мы считаем столь вольную трактовку излишней. Первые системы управлялись исключительно током, сигналами служили символы азбуки Морзе. Дальнейшее повествование всемирной энциклопедии вполне приемлемое. Стартовой точкой считают 1941 год – время создания системы SIGSALY, получившей кодовое название Зелёный шершень.

Речь оцифровывалась вокодером, поэтому приёмопередающее устройство вполне можно было назвать модемом. Именно войска союзников первыми применили фазовую манипуляцию. Дальнейшие разработки, мягко говоря, засекречены. Известно только, что задолго до появления первых (известных научной общественности) компьютерных сетей модемами уже связывали части противовоздушного оборонного вычислительного комплекса SAGE, призванного управлять ответом NORAD на гипотетическую атаку Советов.

Посему годом рождения модемов называют 1958. Термин употребляется с 1937 года, характеризуя аналоговые преобразования механических, электрических волн. Однако сегодня понятие целиком оккупировали компьютерщики. Модемы SAGE соединяли командные центры, терминалы, базы, радарные станции. Изделия описаны специализированным стандартом AT&T.

Первая пташка

Bell 101 dataset стал первым коммерческим успехом. Год спустя (после отгрузки военным) модели обнародованы. Заявлена скорость передачи 110 бод. Цифровые данные передавались любой телефонной линией. Устройства первыми стали эксплуатировать азбуку ASCII. Поэтому быстро получили имя «четыре ряда», собственно октет, составленный двумя 16-ричными цифрами, используется поныне. Ранее применяли «3-рядный» код Бодо (6-бит), доминировавший в период 1908..1962 гг.

Второе поколение (1962) – акустические модемы Bell 103 достигло скорости 300 бод. Оборудование использовало частотную манипуляцию звуковых колебаний. Применён дуплексный канал:

1. Запрос 1270 Гц (единица)/1070 Гц (нуль).
2. Ответ 2225 Гц (единица)/2025 Гц (нуль).

Хотя старьё давно выброшено вон, сегодня продолжают применять сертификаты совместимости «Bell 103 compatibility». Долгое время оставалась обратная совместимость нового железа. Метод модуляции популярен среди радиолюбителей, радио КВ, коммерческих приложений. Потрясающая надёжность методики сохраняет уверенный приём в невероятно жёстких условиях.

Развитие техники связи

Уже тогда применяли дуплексную систему четырёх проводов, обеспечивающую скорости 2000 (210А) – 2400 (201В) бит/с. 1968 год принёс революционную мысль, выдвинутую FCC: одновременно линию можно нагружать электрическими устройствами. Акустическим модемам нужна узкая полоса области 1-2 кГц. Подавляющее большинство устройств, основанных на патентах General Electric, вполне допускали совместное функционирование. Хорошо известные модели акустических модемов 70-х:

• CXR Anderson-Jacobson
• Novation CAT
• Pennywhistle modem
• AT&T 212A
• Vadic VA3400, VA3467

Устройства помогали общаться первым коммерческим моделям персональных компьютеров (Apple II). Лишь новый Hayes Smartmodem 300 (анонсированный 27 апреля 1981), помогавший разработчикам первых электронных досок объявлений, уничтожил, наконец, монополию «котиков».

CAT использовал системы кодирования Bell 103 (300 бит/с), 202 (1200 бит/с). Первый вариант весьма громоздкий, занимал слот расширения ПК Apple. Благодаря внутренней установке (в противовес порту RS-232), устройство поддерживало широкий набор команд, выдавал отчёты об ошибках. Именно внедрение внутренних слотов (Apple S-100) помогло создавать по-настоящему управляемые программным обеспечением модели.

80-е годы

Настоящий бум начала 80-х обусловлен стремительно дешевеющей электронной начинкой. Выпуск линейки Hayes спровоцировал бурный рост количества электронных досок объявлений, создав предпосылки для появления Fidonet. Компания снабдила разработчиков рядом заложенных инструкций выполнения самых разных действий. Smartmodem первым из внешних стал поддерживать управление по интерфейсу RS-232.

Растущие скорости позволили энтузиастам передавать файлы, добавив сервисы BBS электронными библиотеками. Том Деннингс, создатель Fidonet дистанционно рассылал обновления программного обеспечения абонентов в полностью автоматическом режиме. Вместо двух (см. выше) начали передавать больше символов-частот – 4, 8. Каждый содержал сразу 2, 3 бита, существенно повышая скорость передачи данных. Стандартом де-факто стали 2400 бит/с.

Три американских кита

Три компании предложили первым абонентам подключить к сети (интернет тогда не существовал) телефонных компаний устройства:

Успех новинкам принесло умение правильно настроить скорость. Автоматическое определение битрейта обеспечило совместимость с устаревающими типами устройств, поддержав «наследие тяжёлого прошлого». Алгоритм безобразно прост:

1. Новичок начинал звонить.
2. Не получая ответа, снижал битрейт, добиваясь отклика.

Случались накладки. Несовместимыми оказывались модели V.32 и HST. Обе поддерживали скорость 9600 бит/с, однако разница реализаций заставляла использовать 2400. Аналогичная беда постигла созданий компании USRobotics.

Компьютерные гонки

90-е принесли стремительное повышение скорости, удешевляя оборудование. В 1998 году преодолён рубеж 56 кбит/с путём применения технологии сжатия информации совместно с кодово-импульсной модуляцией. В скорости прогресс выставил новые рамки:

1. Архивированные файлы – 50 кбит/с.
2. Текст – 320 кбит/с.
3. Прочее – 160 кбит/с.

Потребовалось ввести локальный буфер памяти, поскольку алгоритмы сжатия работали неравномерно. Одновременно первые интернет-сайты начали активно использовать технологии сжатия и задействования мощностей абонента (например, приложения Flash).

Эволюция опций

Современная скорость появлялась постепенно.

Подавление эхо

Подавление эхо эксперты назвали революционным шагом. Локальные телефонные сети низкого качество вызывали отражение сигнала. Иногда людям нравится слышать слабые отзвуки собственного голоса, поскольку факт наличия отклика свидетельствует о работоспособности линии. Однако модемы бессильны отличить собственное эхо от запроса модема, находящегося по другую сторону линии. Первые приборы использовали вынос сигнала запроса за пределы ответного. Страдал битрейт.

Новая система подавления эха посылала наружу уникальный звуковой тон и начала слушать отклик. Затем выставляла время задержки инвертированного ответа. Фазы двух складываемых сигналов выставлялись противоположными. Эхо гасилось напрочь. Модемы получали полный спектр в распоряжение.

Квадратурная модуляция

Повысить битрейт вдвое (по сравнению с частотной манипуляцией) помогла квадратурная модуляция. Две несущие частоты (1650 кГц) передаются совместно со сдвигом фаз 90 градусов. Итоговое значение составило 9600 бит/с вместо 2400 бодов. Современники решили, что достигнут теоретический предел сжатия информации. В 1968 году новинка стоила 20.000 долларов.

Треллис-модуляция

1982 год принёс миру документ, ставший новым рубежом развития направления. Готтфрид Унгербок предложил кодировать биты паритета, собранные в шаблон 2-мерного алмаза. При аналогичном количестве сбоев битрейт возрос вдвое. Методика получила название Треллис-модуляция.

Матрицы треллиса представил Дэйв Форни (1973). Практически поголовно изделия, достигавшие скорости 9600 бит/с, использовали код свёртки и алгоритм Витерби.

Коды коррекции ошибок

Внесение избыточности помогло исправлять ошибки, либо узнавать «битые» слова.

ADSL

Технология использования акустических модемов быстро достигла упора. Повышение битрейта потребовало освоить спектр ультразвука (простирается до единиц МГц). Пропускная способность телефонной (американский стандарт) витой пары с запасом перекрывает потребности связистов (максимальная граница 3,5..5 кГц). Остаётся гигантское пространство. Именно этот факт использует технология асимметричной цифровой связи.

ADSL наиболее удачно покрывала участок последней мили. Асимметричной передачу называют в силу характерного распределения спектра:

1. Выгрузка – 26..137 кГц.

Пространство делят сравнительно узкие (4.3125 кГц) каналы- контейнеры. Модем поочерёдно штудирует доступные бины, оценивая отношение сигнал/шум, с целью оптимизации скоростных характеристик. Уже первые варианты (1984) преодолели заветный порог 100 кбит/с. ITU-T G.9700 (декабрь 2014 года) обеспечивает скорость загрузки 100 Мбит/с. Канадская технология DSL Rings, используя существующие медные телефонные сети, достигает скорости 400 Мбит/с.

• Коренное отличие ADSL технологии против dial-up – использование существенно более высоких областей спектра. Результатом стало расширение пропускной способности канала.

Теоретические основания подвёл (1948) Клод Шеннон, написавший труд Математическая теория связи:

• Повышение битрейта требует расширения полосы пропускания. Зависимость нелинейна, поскольку постоянно появляются новые методики цифровой обработки*.

* Видимо, исследователь подразумевал создание американцами системы цифровой связи Зелёный шершень (1941).

DSL-модем

Особенности:

1. Подключение к телефонной линии цифровых сервисов.
2. Стыковка с ПК посредством USB, Ethernet, PCI.

Выпускают даже DSL-маршрутизаторы, включая содержащие точку доступа. Характерный внешний вид внешнего модема:

1. Коннектор RJ11 входа телефонной линии.
2. RJ45, либо USB для стыковки с ПК.
3. Набор светодиодной индикации, показывающей активность каналов.
4. Настройка через браузер, либо приложенное программное обеспечение.

История

Начиная 50-ми годами, военные использовали телефонные линии. Однако витую пару эксплуатировали также киностудии. Оказалось, что линия вполне пропускает 4 телевизионных канала области КВ. Например, британская трасса BBC-Pontop Pike длиной 16 км. В этом случае картинка была достаточно дрянной, давала лишь общее представление о происходящем.

Однако начало 80-х принесло миру кабельное вещание, значительно раздвигающее былые рамки. US Patent 4.330.687, заявленный 14 марта 1979 года, предлагал совместное использование компьютером и телефон одной витой пары. Логическим продолжением (1984) стало создание регламента цифрового кабельного вещания ISDN. Штат Bellcore размещал передачу выше голосового видеосигнала путём модуляции несущей. Стандарт 1998 года (US Patent 4.924.492) закрепил технологию.

Формулировка концепции асимметричного канала

Джозеф Лехлайдер показал двойное преимущество асимметричной линии перед симметричной. Новинку быстро оценили провайдеры интернета. ADSL стал поддерживать два режима:

1. Быстрый.
2. Чередующихся каналов.

Первый отлично передавал поток мультимедийных данных (видео, звук), допускающих наличие сбойных битов информации. Чередующийся режим лучше передавал файлы, однако медленнее. Провайдерам приходилось осваивать существующие сети с сетевой коммутацией (не пакетной). Технологии HDSL, SDSL вполне обеспечивали поставку Digital Signal 1, использующей наработки Bell labs, потребителю.

Совершенствование интерфейса

Древнейшие разновидности обеспечивали на линии неэкранированной витой пары скорость 8 Мбит/с на расстоянии 2 км. Дальнейшее повышение дальности требовало использования повторителей. Рост популярности сдерживала сравнительно высокая цена. Положение исправил выход СБИС (супербольшие интегральные схемы). ADSL господствовал примерно десятилетие, начиная концом 90-х.

Первые разновидности цифровых каналов робко использовали полосу 10..100 кГц. Постепенно верхний рубеж достиг 1,1 МГц. Позже полосу стали делить надвое:

1. Область выгрузки данных.
2. Область загрузки.

Линию замыкали модемы, занимающиеся модуляцией несущих. Расшифрованные данные передавались компьютерам, маршрутизаторам, концентраторам. Маленький недостаток – сигнал неспособен пройти катушка Пупина. Старые телефонные линии периодически содержат подобные устройства, повышающие дальность связи. Постепенно поставщики услуг меняли старое кабельное хозяйство, прокладывая оптическое волокно.

Устройствами сопряжения (Ethernet, Wi-Fi, Powerline) стали роутеры. Выглядит странно, но доныне всемирно популярны сети «гольного» DSL (naked). В 2012 году в США сообщали про замену устаревших линий ADSL оптическими.

Прочие технологии

Согласно указанной выше классификации, существует уйма оборудования, обслуживающего оптические линии. Под модем можно подогнать принцип действия абсолютно всех преобразователей. Отдельного разговора заслуживает беспроводные технологии, включая Wi-Fi, Bluetooth, оборудование сотовых операторов, инфракрасные порты, спутниковую связь. Столь обильный список устройств обусловил появление новых терминов.

Приёмопередатчики, украшающие параболические антенны (тарелки), принято называть трансиверами. Оборудование Bluetooth, Wi-Fi несправедливо заняло нишу адаптеров. Хотя указанный класс оборудования занимается именно модуляцией. Рядовой же адаптер просто преобразует вид сигнала. Пример: типовое зарядное устройство:

• Вход: 220 В 50 Гц.
• Выход: постоянное напряжение 4-12 В.

Наконец, всем известные рации (воки-токи) тоже занимаются модуляцией/демодуляцией. Ранее скептики могли возразить, что сигнал аналоговый, однако сегодня любая Motorola оперируют как раз цифровыми кодами.

Суммируя сказанное, можно однозначно заявить: терминология области цифровых коммуникаций остаётся неполной. Дёгтя добавляет неточность западной классификации устройств. Результатом становятся нечёткие знания отечественных специалистов относительно реального положения вещей. Как говорится, на Windows надейся, а сам не плошай.

Строгой классификации модемов не существует по причине разнообразия как самих модемов, так и сфер применения и режимов их работы. Условно модемы можно классифицировать по конструктивному исполнению, области применения, функциональному назначению, типу используемого канала, методу передачи, интеллектуальным возможностям и т.д.

По конструкции модемы делятся на внешние, внутренние, портативные, групповые.

Внешние модемы выпускаются в отдельном корпусе и имеют встроенный или вынесенный блок питания. Их достоинства: наличие световой индикации на лицевой панели, а в последнее время ЖКИ, что позволяет легко определить его состояние; органы управления находятся на лицевой панели, что позволяет управлять модемом и изменять его конфигурацию. На задней панели модема находятся разъемы для подключения к источнику питания, последовательному порту компьютера, телефонной линии (LINE), а также для подключения телефонного аппарата (PHONE). Модемы оснащены внутренним громкоговорителем, иногда имеется регулятор громкости. Недостатки внешних модемов: требуется дополнительная розетка для блока питания, дополнительное место на рабочем столе, модемы зарубежного производства иногда рассчитаны на подключение к электрической сети напряжением 110-115 В, что требует замены блока питания.

Внутренний модем – это плата расширения, вставляемая в соответствующий слот системной шины материнской платы компьютера. Такие модемы не имеют собственного блока питания и получают питающее напряжение от устройства, в которое они установлены. На задней панели модемов имеются разъемы для подключения линии связи и телефона. Достоинства: не нуждаются во включении/выключении, не занимают стандартные COM-порты компьютера, дешевле внешнего модема и т.д. Недостатки: необходимость свободного слота на материнской плате, увеличение нагрузки на блок питания, отсутствие внешней индикации, усложнение установки, перезагрузка всего компьютера при "зависании" модема.

Портативные модемы предназначены для использования совместно с компьютерами Notebook. Такой модем похож на внешний, только уменьшенного размера. Он имеет более прочный корпус и универсальное питание (от электрической сети через адаптер, от автомобильной сети 12 В и от внутренней батареи. Появились модемы, которые подключаются к портативному компьютеру через специальный разъем, через который он также получает питание. Недостатки: такие модемы гораздо дороже других модемов с аналогичными возможностями.

Групповые (стоечные) модемы – это совокупность отдельных модемов, скомпонованных в общий блок и имеющих общие блок питания, устройства отображения и управления. Это профессиональные модемы. И вставляются они не в компьютер, а в специальную модемную стойку, называемую менеджером модемов.

По области применения модемы можно разделить на несколько групп:

для коммутируемых телефонных каналов - такие модемы должны уметь работать с АТС, различать их сигналы и передавать свои сигналы набора абонентского номера;

для выделенных (арендуемых) каналов;

для физических соединительных линий (полоса пропускания не ограничена значением 3400 Гц и зависит от типа и длины кабеля);

для цифровых систем передачи - подключаются к цифровым каналам, таким как ISDN;

для сотовых систем связи – поддерживают специальные протоколы модуляции и исправления ошибок, позволяющие эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами;

для пакетных радиосетей – несколько радиомодемов использует один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа;

для локальных радиосетей – такие радиомодемы обеспечивают передачу данных на небольшие расстояния (до 300 м) с высокой скоростью (2-10 Мбит/с), сопоставимой со скоростью передачи в проводных локальных сетях;

кабельные модемы –используются для передачи каналов кабельного телевидения; скорость передачи может достигать 10 Мбит/с.

Рассмотрим типы модемов по функциональному назначению .

Факс-модемы . Для увеличения функциональных возможностей в классический модем практически всегда добавляется обмен факсами с факс-аппаратами и с другими факс-модемами. Достоинства факс-модемов:

1. экономия термобумаги,

2. файл-сообщение несколько лучше читается, чем факс,

3. посылка факса с помощью модема производится быстрее,

4. можно программировать посылку нескольких факсов в заданное время,

5. входящие документы удобнее обрабатывать в виде файлов.

Голосовые модемы (VOX) выполняются как расширение факс-модемов. Эти модемы принимают из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в виде компьютерного файла, а также воспроизводят в телефонную сеть ранее сформированные голосовые файлы. Файл можно вывести на динамик компьютера, на отдельную телефонную трубку, подсоединенную к модему или на трубку телефонного аппарата, если использовать специальный переключатель.

SVD модемы позволяют передавать данные и одновременно вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме.

Скоростные модемы - это SR-модемы и кабельные модемы. Используют совсем другие протоколы передачи, чем на телефонных линиях. SR -модемы используются для передачи данных на малые расстояния т.е., когда есть возможность соединить два терминальных устройства прямым кабелем и нет необходимости "втискиваться" в стандартную ширину телефонного канала. Это позволяет увеличить скорость передачи данных до 80 кбит/с на расстояние до 15 км, а для хорошего кабеля типа "витой пары" и меньших расстояний скорость может доходить до 2 Мбит/с. Кабельные модемы используют для передачи каналы кабельного телевидения (скорость передачи достигает 10 Мбит/с).

Радиомодемы вместо телефонных проводов используют радиоэфир как среду для передачи информации. В них вместо телефонного разъема имеется антенный разъем, куда вставляется антенна. Он такой же как и классический модем: подключается к компьютеру через стандартный интерфейс RS-232. В антенный разъем подключается штыревая антенна (до 30 см), или, если нужна большая дальность, - антенный кабель, усилитель и направленная антенна. Кроме того, радиомодем содержит в своем составе радиоприемопередатчик. Применяются в тех случаях, когда прокладка телефонной или кабельной линии затруднена. Главное отличие радиомодемов состоит в том, что они ориентированы на работу в едином радиоканале со многими пользователями, а не в канале типа "точка-точка".

Сотовые модемы используются для мобильной сотовой радиотелефонии. Они не содержат в своем составе приемопередатчиков, а используют приемопередатчики, входящие в состав сотового телефона, передавая в них свои сигналы. Скорость передачи данных и факсимильной информации в таком радиоканале до 14,4 кбит/с (без их сжатия). Эти модемы имеют портативное исполнение и размещены в прочном корпусе. Они используются на зашумленных и нестабильных линиях: спутниковых, сельских и междугородних.

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Передача по интерфейсу DTE-DCE может быть синхронной и асинхронной. Модем может работать с компьютером в асинхронном режиме и одновременно с удаленным модемом – в синхронном режиме и наоборот. Тогда можно сказать, что модем работает в синхронно-асинхронном режиме. Чаще всего синхронизация реализуется одни из двух способов, связанных с тем, как работают тактовые генераторы отправителя и получателя: независимо друг от друга (асинхронно) или согласованно (синхронно).

Асинхронный режим передачи используется тогда, когда передаваемые данные генерируются в случайные моменты времени (самим пользователем). В этом случае принимающее устройство должно восстанавливать синхронизацию в начале каждого получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ снабжается дополнительным стартовым и одним или более стоповыми битами.

При синхронном методе передачи объединяется большое число символов или байт в отдельные блоки или кадры. Весь кадр передается как одна цепочка битов без каких либо задержек между восьмибитными элементами. Чтобы принимающее устройство могло обеспечить различные уровни синхронизации, должные выполняться следующие требования:

передаваемая последовательность не должна содержать длинных последовательностей нулей и единиц, чтобы устройство могло выделять тактовую частоту синхронизации.

каждый кадр должен иметь зарезервированные последовательности битов или символов, отмечающие его начало и конец.

По интеллектуальным возможностям модемы бывают:

без системы управления;

поддерживающие набор АТ-команд; (позволяет пользователю управлять характеристиками модема и параметрами связи).

с поддержкой команд V.25bis; (позволяет управлять режимами установления соединения и автовызова).

с фирменной системой команд; (специализированные промышленные модемы).

поддерживающие протоколы сетевого уровня; (позволяют администратору управлять элементами сети и модемами с удаленного терминала).

Модем (акроним, составленный из слов мод улятор- дем одулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Типы модемов:

По исполнению:

Внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).

Внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA, AMR, CNR

Встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы:

Аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

Винмодемы — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.

Полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

Программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).

По типу:

Аналоговые — наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий

ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Основная статья: Беспроводной модем

Спутниковые

PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

Внутренний программный модем

Встроенные в ноутбуки модемы.

Внешний аппаратный модем

Основные элементы модема

Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

Контроллер управляет обменом с компьютером.

Микросхемы памяти: ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Модемы с дополнительными возможностями

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Это позволяет осуществить:

Использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

История

Компания AT&T Dataphone Modems в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она cоединяла терминалы на различных воздушных базах, радарах и контрольных центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как современные модемы.

Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто.