Основные компоненты модема

Основные компоненты модема.

Современный модем - сложное устройство, состоящее из нескольких основных блоков и компонентов, обеспечивающих его функционирование. Компоненты модема Контроллер - реализует протоколы сжатия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным обеспечением компьютера реализует программный интерфейс. Кодек - осуществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала, поступающего из линии, в поток цифровых данных.

ПЗУ постоянное запоминающее устройство - микросхема памяти, хранящая в себе программу работы модема, также называемую прошивкой. Последние модели модемов допускают обновление и перезапись прошивки модема с помощью специального программного обеспечения за исключением тех случаев, когда это не предусмотрено производителем. ОЗУ оперативное запоминающее устройство - микросхема оперативной памяти, хранящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и последующей обработки потока данных. Иногда в ней же хранятся текущие настройки для работы модема.

Основные функциональные блоки см. Рис.1.1 Со стороны телефонной линии самым первым устройством является блок интерфейса с телефонной линией. Основными функциями этого блока являются обеспечение физического соединения с телефонной линией защита от перенапряжения и радиопомех набор номера фиксация звонков гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии согласование импеданса. Далее сигналы попадают в дифференциальную систему, цель которой - разделение выходных и входных сигналов и компенсация влияния собственного сигнала на входные цепи. В наиболее простых моделях модемов этот узел исполняется в виде пассивной схемы, что зачастую приводит к сильной зависимости качества работы блока от сопротивления конкретной телефонной линии.

Избавиться от такой зависимости могут только модели с активной дифференциальной системой, где необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором и, вычитаемый из входного сигнала, обеспечивает необходимый уровень компенсации.

Подготовленные таким образом сигналы попадают на ряд фильтров, усиливаются и оцифровываются с помощью АЦП аналогово-цифровой преобразователь в блоке формирования аналоговых фронтов, так что дальнейшая обработка производится в цифровом виде. Одно из преимуществ такого подхода - улучшение качества обработки сигнала и удешевление схемы. Обработанная информация поступает в цифровой сигнальный процессор DSP , который и выделяет из нее на основе математических методов нули и единицы. Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяется качество и скоростные возможности современных модемов.

Рис. 1.1 Функциональная схема модема Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов аппаратной коррекции ошибок и сжатия данных, управление интерфейсом с пользователем индикаторы, кнопки и джамперы настройки, а также управление энергонезависимой памятью - вот далеко не полный список функций, лежащих на системе управления модемом контроллере модема. При этом если ранее микропрограмма хранилась в ПЗУ, изготовленном и прошитом на заводе, то теперь производители все чаще стали помещать ее в перезаписываемую флэш-память, что позволяет обновлять программу без аппаратного вмешательства. DSP со вшитой в долговременную память ПЗУ или flash, что допускает модернизацию программой обработки получил образное название datapump насос данных. Подобная мультипроцессорная архитектура так называемая функциональная мультипроцессорность отлично работала в модемах на протяжении многих лет. Сегодня актуальной становится деинтеллектуаилизация модема, для которой уже родилась и новая аббревиатура - HSP Host Signal Processing, дословно - обработка ресурсами процессора компьютера. Несомненно, вычислительная мощность массовых процессоров семейства х86 позволяет переложить ряд задач обработки сигналов с DSP на CPU-машины и при этом получить даже дополнительные преимущества, заключающиеся в упрощении процедур модернизации специализированного и прикладного ПО и снижении стоимости.

Но это только одна сторона медали.

Наблюдается также тенденция потери модемом аппаратной независимости - в чипсеты встраиваются контроллеры сугубо персональных шин, таких, как РСI и USB Universal Serial Bus, в сочетании с узкоспециализированными аппаратно-микропрограммными средствами, соответствующими требованиям тех или иных операционных систем.

Это тоже, на первый взгляд, неплохо, потому как гарантирует снижение цены и повышение потребительских удобств.

Единственная аналоговая и потому крайне важная подсистема модема - DAA - все чаще реализуется в интегральном исполнении, что уменьшает количество необходимых для изготовления полнофункционального модема дискретных элементов конденсаторов, резисторов и пр. до единиц. Еще один почти отрадный факт меньше элементов, меньше необходимых монтажных операций при сборке, следовательно - ниже стоимость и выше надежность.

С другой стороны, после возложения на программу некоторых жизненноважных функций, аппаратно зависимый от платформы модем как правило устойчиво работает только под ОС Windows. К проблеме согласования сопротивлений следует добавить один тонкий нюанс- зависимость сопротивления телефонной линии от частоты сигнала. Из многолетней успешной практики электроники доподлинно известно, что наилучшим устройством для работы на реактивную нагрузку является обычный трансформатор при некоторых ограничениях, несущественных в рассматриваемом случае. Для модемов особенно на нашем рынке это утверждение также справедливо - практически у всех самых лучших проверенных временем моделей трансформаторный DAA. Естественно, трансформатор - устройство не дешевое, уж по крайней мере намного дороже микросхемы DAA, да и качество телефонных линий в странах с емкими платежеспособными рынками намного выше нашего, что объясняет тенденцию детрансформаторизации. Теперь пора вкратце рассмотреть механизмы защиты от аналогового хаоса.

Чипсет действительно хорошего модема обязан для успешной работы в наших условиях обладать двумя скрытыми, но очень важными и сложными в реализации функциональными блоками - эхо-компенсации и эквалайзера. Эхо-компенсатор предназначен для борьбы с эхо-сигналом.

Эквалайзер также вносит немаловажный вклад в повышение скорости и устойчивости связи, согласовывая частотные характеристики приемопередатчика модема и конкретной телефонной линии.

Обзор практически всех новых моделей чипсетов, поддерживающих протокол v.90, не выявил реализации в них ни эхо-компенсаторов, ни управляемых эквалайзеров. Возможно, что производители просто забыли сообщить об этих особенностях, но подозрение об отсутствии столь необходимой для наших телефонных линий функциональности подтверждается и низкой ценой новых чипсетов в до-V.90 времена эхо-компенсатором и эквалайзером оснащались только лучшие чипсеты Lucent, низкой стоимостью никогда не отличавшиеся. Lucent сосредоточилась на двух семействах чипсетов, ориентированных на применение во внутренних модемах Apollo и Mars. Учитывая очень высокое качество используемого DSP и мощный опыт Lucent в разработке модемного firmware внутреннего модемного ПО , можно смело утверждать, что пользователей Windows модемы на новых чипсетах Lucent не подведут.

До появления высокоскоростных протоколов на 56 Kbps передача данных между двумя модемами по обычным телефонным каналам связи осуществлялась в аналоговом режиме, как было рассмотрено выше. Основным сдерживающим фактором, препятствующим бесконечному увеличению скорости передачи данных с помощью модемов, является качество аналоговых телефонных линий связи.

До недавнего времени буквально до начала 80-х годов основным назначением телефонных каналов связи была только передача голоса. Поэтому, исходя из соображений стоимости и для борьбы с шумами в линии, полоса пропускания телефонного канала была ограничена диапазоном 300-3500 Hz. Исследования показали, что именно в этом диапазоне частот находится основная часть спектра человеческой речи, поэтому после наложения на исходный сигнал указанных ограничений разборчивость речи не ухудшится.

Для управления так называемыми интеллектуальными модемами используются специальные связные программы - программы работающие под управлением операционной системы ЭВМ. Связная программа создает на экране терминала дружественный интерфейс пользователя, обеспечивающий удобное выполнение необходимых управляющих функций.

При этом используется, в основном, набор команд АТ, передаваемых модемом либо через связной порт компьютера для внешних модемов, либо через общую шину для внутренних модемов. Перед началом работы, пользователь может задать некоторые параметры взаимодействия компьютера и модема. Связные программы создают ряд возможностей, упрощающих управление модемом хранение справочников телефонов хранение наборов команд управления для разных модемов макроязык для написания управляющих программ 1.3 Интерфейсы.

Для подключения модема к телефонной линии и компьютеру предусмотрены стандартные интерфейсы. 1.3.1