Общая характеристика. Основной задачей модема является преобразование исходной цифровой информации в вид, пригодный для передачи по каналу связи, и обратное преобразование на приеме. Вид модуляции и метод построения модема в значительной степени определяют скорость передачи данных и эффективность использования канала связи.
Применительно к передаче данных по телефонным каналам, виды модуляции, используемые в модемах, регламентируются МККТТ Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии. В Рекомендациях МККТТ определены основные технические характеристики модема, такие, как форма спектра передаваемого сигнала, структура настроечной комбинации, образующий полином скремблера дескремблера и другие параметры, обеспечивающие совместимость модемов, выпускаемых разными изготовителями.
Качество работы модема определяется способностью противодействовать мешающим факторам, а, именно - Гауссовскому шуму - межсимвольной интерференции, вызванной не идеальностью передаточной функции канала связи - флуктуациям фазы несущей частоты, обусловленным низкочастотной паразитной модуляцией в генераторном оборудовании систем передачи с частотным разделением каналов.
Поэтому для повышения качества работы модема требуется применение оптимальных либо близких к ним алгоритмов обработки сигналов, позволяющих уменьшить влияние мешающих факторов. Повышение эффективности использования канала связи, т.е. удельной скорости передачи числа передаваемых бит на единицу полосы пропускания канала связи, требует применения в модеме следующих систем - адаптивного корректора сигнала для уменьшения межсимвольной интерференции в принимаемом сигнале - дискретного или цифрового формирователя спектра сигнала на передаче в качестве его дополнительной функции может быть введение предыскажений с целью компенсации межсимвольной интерференции - скремблера на передаче и дескремблера на приеме для преобразования исходной последовательности данных в псевдослучайную и обратного преобразования на приеме - системы компенсации флуктуаций фазы несущей частоты, Соединение абонента передачи данных с телефонным каналом может осуществляться с помощью четырехпроводного окончания главным образом с арендованными каналами и или двухпроводным окончанием в основном с коммутируемыми каналами. При четырехпроводном окончании передача и прием осуществляются независимо друг от друга, а при двухпроводном окончании и работе в дуплексном режиме передатчик по- рождает помехи на входе своего приемника так как объединение и разделение передачи и приема производится с помощью дифсистем, которые невозможно идеально настроить на полное подавление сигнала передатчика местного модема. Передача данных по телефонным каналам с двухпроводным окончанием организуется с использованием одного из следующих методов - поочередной передачи в каждом из направлений полудуплексный режим - частотного разделения направлений передачи дуплексный режим симметричный или асимметричный - в зависимости от равенства или неравенства скоростей передачи в разных направлениях - одновременной передачи в обоих направлениях с подавлением на приеме отраженного сигнала собственного передатчика дуплексный режим с эхо компенсацией. Модемы классифицируются, в основном, по величине скорости и типу канала, для которого они предназначены арендованный или коммутируемый. Совместимость модемов разных изготовителей обеспечивается соответствием их нормам международных Рекомендаций серии V Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии МККТТ. Итак, модемом называется устройство, способное осуществлять МОдуляцию и ДЕМодуляцию информационных сигналов МОДЕМ . Собственно работа модулятора модема заключается в том, что поток битов из компьютера преобразуется в аналоговые сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи.
Понятно, что демодулятор модема выполняет обратную задачу.
Таким образом, данные, подлежащие передаче, преобразуются в аналоговый сигнал модулятором модема передающего компьютера.
Принимающий модем, находящиеся на противоположном конце линии, слушает передаваемый сигнал и преобразует его обратно в цифровой при помощи демодулятора.
После того, как эта работа выполнена, информация может передаваться в принимающий компьютер.
Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексным half duplex. Вообще говоря, оба компьютера, как правило, могут одновременно обмениваться информацией в обе стороны.
Этот режим работы называется полным дуплексом, или просто дуплексом full duplex. Можно выделить некоторые основные этапы работы модема.
Первым делом модем принимает данные, поступающие из компьютера, после чего разделяет их на исполняемые команды и информацию, которую надо передать в линию. Сразу же заметим, что большинство современных модемов используют так называемый набор команд AT. сокращение от слова ATtentin. Поскольку этот набор команд был в своё время разработан фирмой Hayes Microcomputer Product, то использующие его модемы называют Hayes-совместимыми. Сегодня они составляют подавляющее большинство среди подобных устройств.
Кроме собственно модуляции и демодуляции сигналов модемы могут выполнять сжатие и декомпрессию пересылаемой информации, а также заниматься поиском и исправлением ошибок, возникнувших в процессе передачи данных по линиям связи. Модем выполняется либо в виде внешнего устройства, которое одним выходом подсоединяется к телефонной линии, а другим к стандартному COM-поpту компьютера pазъём RS232 , либо в виде обыкновенной печатной платы, которая устанавливается на общую шину компьютеpа.
Внутренние варианты модемов могут быть пpиспособленны как к обычной ISA, так и к PCI шинам. Контpоллеp модема - это, как правило, специализированный микрокомпьютер типа SC1107 или SC1108, содеpжащий восьмиpазpядное АЛУ, ПЗУ в 8 Кбайт, ОЗУ 128 байт, таймеp, командный pегистp, контpоллеp пpеpываний, стек, поpт ввода вывода. Если плата модема пpисоединена к системной шине ПК, то пpименяется паpаллельный контpоллеp SC1107. Если же плата pаботает с компьютеpом посpедством RS232, то используется последовательный контpоллеp SC1108. В некотоpых констpукциях pоль контpоллеpа выполняет пpоцессоp 8031 с внешним ПЗУ i2732,2764 и микpосхемой 74LS373. Модемы могут отличаться друг от друга, например, по методам модуляции.
Ведь, как известно, у одного и того же сигнала, определяемого во времени, можно модулировать амплитуду, частоту и фазу. Наиболее известны три метода модуляции FSK Frequency Shift Keying , PSK Phase Shift Keying и QAM Quadrature Amplitude Modulation. FSK является разновидностью частотной модуляции ЧМ , а PSK - фазовой ФМ . FSK использует четыре выделенные частоты.
Пpи пеpедаче инфоpмации сигнал частотой 1070 Гц интерпретируется как логический нуль, а сигнал частотой 1270 Гц - как логическая единица. Пpи приеме нуль соответствует сигналу 2025 Гц, а единица - 2225 Гц. PSK использует две частоты для передачи данных - 2400 Гц, для приема - 1200 Гц. Данные пеpедаются по два бита, пpи этом кодиpовка осуществляется посpедством сдвига фазы сигнала.
Используются следующие сдвиги фазы для кодиpовки 0 гpадусов для сочетания битов 00, 90 гpадусов для 01, 180 гpадусов для 10, 270 гpадусов для 11. В методе квадратной амплитудной модуляции QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. В современных модемах используется так называемая модуляция с решёточным кодированием TCQAM Trellis Coded QAM , или просто TCM. Одной из основных характеристик модема является скорость модуляции, которая определяет физическую скорость передачи данных без учёта исправления ошибок и сжатия данных.
Единицей измерения этого параметра является количество бит в секунду. Скорость модуляции не следует путать с пропускной способностью канала, которая может быть меньше или больше скорости модуляции в зависимости от качества линии, применения коррекции ошибок и сжатия передаваемых данных. Поскольку скорость передачи данных может измеряться как в битах в секунду, так и в бодах.
Дело в том, что бод определяет число изменений модуляций сигнала в секунду. Однако в зависимости от способа модуляции каждое изменение сигнала может соответствовать не только одному, но и большему количеству бит. 2.УПРАВЛЕНИЯ МОДЕМАМИ 2.1. РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ МОДЕМАМИ Управление модемом может осуществляться как непосредственно - органами управления на лицевой панели, так и с ООД - оконечного оборудования данных терминалов, ПЭВМ и т.п Для повышения удобства и расширения возможностей ручного управления во многие модемы введены т.н. универсальные модули управления и отображения, в некоторых типах модема они являются съемными.
Такие модули имеют текстовый дисплей, позволяющий устанавливать конфигурацию модема в режиме меню. Они создают возможность в процессе работы выполнять измерение и отображать некоторые параметры, характеризующие качество работы модема раскрыв глазковой диаграммы, частость ошибок, состояние цепей стыка, уровень принимаемого сигнала, сдвиг частоты принимаемого сигнала и др а в процессе установления соединения отображать сообщения о прохождении его отдельных этапов набора номера, приема ответного тона, комбинации настройки.
В большинстве модемов управление соединением и установка режима работы и проверки может выполняться также с помощью органов управления и средств отображения, расположенных на лицевой панели. В качестве последних используются знаковые жидкокристаллические дисплеи напр в модемах VI1242PA на скорость 2400 бит с компании Racal-Vadic и RM9636 на скорость 9600 бит с компании Racal-Milgo Для управления модемом с ПЭВМ разработаны связные программы, как универсальные, так и специализированные для отдельных модемов. В настоящее время существует значительное количество различных связных программ, как напр, Procomm, MTEZ, Bitcom, Flashlink и др. Связные программы включены также в состав прикладных пакетов программ например, Symphony, Framework, Smartcom II и III, Relay Gold, Lotus Express, Open Access и другие. В состав некоторых связных программ также входят программно реализуемые протоколы защиты от ошибок, такие, как Kermit программа Bitcom , Xmodem, Ymodem программа Flashlink и даже протокол MNP, класс 5 программы Flashlink, MTEZ, Bitcom. Следует отметить, что возможно непосредственное управление модемом с ПЭВМ или терминала путем введения команд АТ или V.25bis по цепи 103 стыка ООД с модемом с помощью простейшей программы управления последовательным стыком. Управление модемом с использованием набора команд АТ всегда ведется в асинхронном режиме, поэтому для обеспечения синхронного взаимодействия с ООД необходимо сначала установить соединение между модемами в асинхронном режиме, а затем либо перевести ООД в синхронный режим, либо подключить к модему синхронное ООД вместо асинхронного.
Все модемы обладают диагностическими и тестовыми возможностями, т.е. имеют встроенный генератор стандартной тестовой последовательности и индикатор ошибок, обеспечивают включение местных и удаленных цифровых и аналоговых шлейфов для самопроверки и проверки канала передачи данных.
Диагностические и тестовые режимы также могут включаться как вручную если в модеме имеются соответствующие органы управления, так и дистанционно с ООД . 2.2. ФАКТИЧЕСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ СТАНДАРТ НА