Modem (Modulator-Demodulator - модулятор-демодулятор)

Пристрій, що використовується для перетворення послідовності цифрових даних з передаючого DTE в сигнал, відповідний для передачі на значну відстань. У разі прийому виконується зворотне перетворення і дані сприймаються приймальним DTE

 

Передачі даних - це передача даних або інформації між джерелом і одержувачем. Джерело передає дані і одержувач одержує їх. Фактична генерація інформації не є частиною передачі даних - це дія виникнення інформації в одержувачі.

Модем (DCE - Data Communication Equipment Апаратура передачі даних)- це сполучник між терміналом/комп'ютером (DTE – Термінал Data Terminal Equipment) і телефонною лінією (голосовий канал Voice Channel). Модем перетворює цифровий сигнал даних DTE (Термінал Data Terminal Equipment) в аналоговий сигнал, який Голосовий канал зв’язку може використовувати. Модем сполучений з серійним портом (25 шпилькових з'єднувачів) terminal/computer's RS232 і лінією телефону з RJ11 кабельним з'єднувачем.

Цифрові зв’язки.

Зв'язок між модемом і терміналом/комп'ютером - це цифровий зв'язок. Основний зв'язок складається з лінії Передаючих Даних (TXD), лінії Одержуючих Даних (RXD) і багатьох апаратних контрольних ліній.

З’єднання по цифровому каналу зв’язку.

Модуляція - це процес зміни одного сигналу, який називається несучим у відповідності з формою деякого іншого сигналу з метою передачі даних по каналах зв'язку.

До основних типів модуляції в залежності від змінюваних параметрів несучого сигналу належать:
1) амплітудна модуляція
2) частотна модуляція
3) фазова модуляція
При амплітудній модуляції на входи модулятора поступають сигнал V і несуча U. Наприклад, якщо сигнал є гармонійне коливання

V = Vm*sin(W *t+j)

з амплітудою Vm, частотою W і фазою j, то на виході нелінійного елемента в модуляторі будуть модульовані коливання

U_АМ = U_m*(1+m*sin(W *t+j))*sin(v *t+y)

де m = V_m/U_m - коефіцієнт модуляції. На виході модулятора в спектрі сигналу присутні несуча частота v і дві бічні частоти v +W і v -W. Якщо сигнал займає деяку смугу частот, то в спектрі модульованого коливання з'являться дві бічні смуги.

При амплітудній модуляції щоб уникнути спотворень, званих гойданням фронту, потрібне виконання умови v >> W, де v і W - відповідно несуча і модулююча частоти. Дотримання цієї умови при стандартній (для середньошвідкісної апаратури передачі даних) несучій частоті 1700 Гц не може забезпечити інформаційні швидкості вище 300 біт/с. Тому в модемах застосовують додаткове перетворення частоти: спочатку проводять модуляцію несучої,що має підвищену частоту, наприклад Fнд = 10 кГц, потім за допомогою фільтру виділяють спектр модульованого сигналу і за допомогою перетворювача частоти переносять модулюючі коливання на проміжну частоту, наприклад 1700 Гц. Тоді при бічних смугах до 1400 Гц спектр сигналу узгоджується із смугою пропускання телефонних ліній. Проте швидкості передачі даних, що досягаються при цьому, залишаються невисокими.

Швидкості передачі підвищуються за допомогою квадратура-амплітудної або фазової модуляції за рахунок того, що замість двійкових модулюючих сигналів використовуються дискретні сигнали з великим числом можливих значень.

Частотна і фазова модуляції. В порівняно простих модемах застосовують частотну модуляцію (FSK - Frequency Shift Keying) з швидкостями передачі до 1200 біт/с. Так, якщо необхідний дуплексний зв'язок по двохдротяній лінії, то можливе уявлення 1 і 0 в модемі. Що викликається, частотами 980 і 1180 Гц відповідно, а у відповідь в модемі - 1650 і 1850 Гц. При цьому швидкість передачі складає 300 бод.

Звичайно для передачі сигналу про помилку від приймача до передавача потрібен канал зворотного зв'язку. При цьому вимоги до швидкості передачі даних по зворотному каналу можуть бути невисокими. Тоді в смузі частот телефонного каналу утворюють зворотний канал з ЧМ, по якому із швидкістю 75 біт/с передають 1 частотою 390 Гц і 0 частотою 450 Гц.

Фазова модуляція (PSK - Phase Shift Keying) двома рівнями сигналу (1 і 0) здійснюється перемиканням між двома несучими, зсунутими на півперіоду один щодо одного. Інший варіант PSK зміна фази на p /2 в кожному такті при передачі нуля і на 3/4*p, якщо передається одиниця.

Квадратура-амплітудна модуляція. квадратура-амплітудна модуляція (QAM - Quadrature Amplitude Modulation, її також називають квадратура-імпульсною) заснована на передачі одним елементом модульованого сигналу n біт інформації, де n = 4...8 (тобто використовуються 16... 256 дискретних значень амплітуди). Проте для надійного розрізнення цих значень амплітуди потрібен малий рівень перешкод (відношення сигнал/перешкода не менше 12 дБ при n = 4).

При менших відносинах сигнал/перешкода краще застосовувати фазову модуляцію з чотирма або вісьма дискретними значеннями фази для представлення відповідно 2 або 3 біт інформації. Тоді при швидкості модуляції в 1200 бод (тобто 1200 елементів аналогового сигналу в секунду, де елемент - частина сигналу між можливими змінами фаз) і чотирьохфазної модуляції швидкість передачі даних рівна 2400 біт/с. Використовуються також швидкості передачі 4800 біт/с (при швидкості модуляції 1600 бод і восьмифазної модуляції), 9600 біт/с і більш при комбінації фазової і амплітудної модуляцій.

 

 

Виділяють три принципово різних підходи в організації передачі інформації між комп'ютерами:
1. через послідовний порт згідно стандарту RS-232C;
2. через паралельний принтерний порт;
3. з використанням спеціальної адаптерної плати, яку безпосередньо вмикають в роз'єм материнської плати.
Передача через послідовний порт є досить повільною, але внаслідок наявності на кожному комп'ютері є найбільш дешевою.
Дані через паралельний порт передаються з більшою швидкістю, але на невелику відстань.

Для передачі через послідовний порт використовуються стандарти інтерфейсів

o RS-232C

o RS-422

o RS-423

o RS-449

Але стандартом де-факто є RS-232C, який розроблений у 1969 році. Даний інтерфейс є не симетричний, тобто сигнал визначається як різниця між несучим і землею.

Модем - це пристрій для передавання та приймання інформації з телефонного каналу зв'язку.
Модеми класифікують:

1. за розміщенням
- внутрішні
- зовнішні (настільні, портативні)

2. по каналах
- "телефонні модеми"
- чотирьохпровідні модеми
- мережеві модеми (мають вбудований мережевий адаптер)
- кабельний модем (для швидкісного передавання прямим кабелем)
- радіо модеми
- стільникові модеми

3. по сервісних можливостях
- стандартні модеми
- факс-модеми
- голосові модеми
- модеми одночасного передавання

Стандарти на модуляцію

v.22	1200 bps
v.22 bis	2400 bps
v.32	9600 bps
v.32 bis	14400, 12000, 9600, 7200, 4800 bps
v.32 fast	19200 bps
v.34	28800 bps
v.34+	33600 bps
v.90	56000 - на прийомі, 33600 - на передачі

Традиційне під’єднання модемів до провайдера.

Класифікація протоколів корекції помилок

· MNP1 - асинхронний байт, орієнтований, напівдуплексний з мінімальними вимогами до швидкості процесора.

· MNP2 - асинхронний байт, орієнтований, дуплексний, ефективність 84%.

· MNP3 - біт орієнтований, асинхронний зв'язоу з користувачем і синхронний між модемами, ефективність 120%.

· MNP4 - адаптивний збір пакетів скорочує надлишковість, ефективність 120%.

· MNP5 - стискання даних в реальному стані, уфуктивність 150%.

· MNP6 - використовується універсальне узгодження зв'язку, символізує дуплекс.

· MNP7 - використовується більш ефективне стискання даних, ефективність до 300%.

· MNP9 - скорочує час на протокольні процедури підтвердження.

· MNP10 - корекція помилок і боротьба з початими лініями.

· V.42 - протокол корекції помилок, ефективніший на 20% ніж MNP4.

· V.42 bis - стискання даних на 35% ефективніше ніж MNP5.

 

Для зв'язку між модемами використовуються такі стандартні протоколи

Х-modem - примітивний напівдуплексний протокол пересилки файлів, розроблений в 1977 році. Довжина файлу повинна бути кратна 128.
Y-modem - дороблений Х-modem.
Z-modem - швидкий протокол пересилки файлів вікнами (підтвердження), розроблений в 1986 році, підтримує докачку.

Методи керування потоком
XON/XOFF - метод програмного керування потоком, в якому символи
XON - символ ASCII (11) посилається для відновлення передачі.
XOFF - символ ASCII (13) посилається для зупинки передачі.
Даний метод є гіршим від апаратного RTS/CTS, оскільки дані символи повинні бути виключені з потоку даних.
Індикатори стану зовнішнього модему

AA

Індикатор AA (AutoAnswer) спалахує, коли модем встановлений в режим автоматичної відповіді на вхідний дзвінок.

TR

Індикатор TR (Data Terminal Ready) спалахує, коли модем одержує сигнал DTR. Комунікаційне програмне забезпечення вашого комп'ютера встановлює цей сигнал в стан 'On', коли комп'ютер готовий до прийому або передачі даних. Даний індикатор не світиться при роботі з комп'ютером Macintosh, який використовує сигнал DTR для іншої мети.

OH

Індикатор OH (Hook) світиться коли модем "піднімає трубку" тобто підключається до телефонної лінії. (Він може мигати під час імпульсного набору номера.)

CD

Індикатор CD (Carrier Detect) світиться, коли модем знаходить несучу видаленого модему

HS

Індикатор HS (High Speed) спалахує при роботі модему з "високою швидкістю". В моделях IDC-1414 і IDC-1914 це означає будь-яку швидкість, що перевищує 1200 bps.

TD(SD)

Індикатор TD (Transmit Data) мигає всякий раз, коли відбувається передача даних від терміналу до модему. При безперервній передачі даних на високих швидкостях цей індикатор може світитися майже постійно.

RD

Індикатор RD (Receive Data) мигає, коли модем передає дані Вашому терміналу. При безперервній передачі даних на високих швидкостях цей індикатор може світитися майже постійно.

MR

Індикатор MR (Modem Ready) світиться постійно, якщо модем справний і включений в мережу. Індикатор може мигати, коли модем виконує самотестування (описане в Додатку D).

Команди модемів
АТ - починає всі команди
АТА - відповісти на вхідний дзвінок
ATDD - набрати номер телефону в нульовому режимі
ATDТ - тоновий набір
При наборі номеру, коли треба вставити паузу:
' - затримка на 2с
W - затримка на 30с
ATDL - повторити набір останнього номера
ATІn - запит інформації, n може приймати значення
"0" - ідентифікатор продукції
"1" - контроль мікропрограмами
"2" - параметри зв'язку
ATНО - покласти трубку
ATН1 - підняти трубку
ATLn - рівень гучності динаміка (від 0 до7)
ATMn - керування влаштованим динаміком
ATEn - керування ехом (0 - заборонити, 1 - дозволити)
ATSr? - показати значення регістра r
ATSr=n - присвоїти регістру r значення n
AT&Nn - вибір протоколу модуляції.

Базові повідомлення модему.

Повідомлення модему	Повідомлення в числовій формі	Значення повідомлення
OK		Комманда виконана успішно
CONNECT		Якщо модем знаходиться в стані, відмінному від X0, дане повідомлення означає, що встановлено з'єднання із заданою швидкістю. В стані X0 воно означає, що було встановлений з'єднання з віддаленим модемом на довільній швидкості.
RING		Модем знайшов вхідний дзвінок
NO CARRIER		Втрачена (або не знайдена в процесі встановлення з'єднання) несуча віддаленого модему.
ERROR		Була введена невірна або неприпустима в даному режимі команда, відбувся збій апаратури модему або довжина командного рядки перевищила 40 символів
CONNECT 1200		Встановлений з'єднання на швидкості 1200 bps (в режимі X0 не видається)
NO DIALTONE		Модем не знайшов безперервного гудка (сигналу "набирайте"). Повідомлення видається тільки в режимах X2 і X4, а так само в будь-якому режимі, якщо використаний символ 'W' в команді набору номера.
BUSY		Модем знайшов короткі гудки (сигнал "занято"). Це повідомлення не видається в режимах X0, X1, X2, оскільки визначення сигналу "занято" в цих режимах не проводиться.
NO ANSWER		Модем не знайшов "тишину" в лінії, коли був використаний символ '@' в команді набору номера.

 

Встановлення вхідних з'єднань
(як відповісти модему, що подзвонив Вам)

В цьому розділі описано, як відповісти на виклик видаленого модему, а також як відповісти голосом, а потім перейти в режим передачі даних.