Основні функціональні блоки

З боку телефонної лінії найпершим пристроєм є блок інтерфейсу з телефонною лінією. Основними функціями цього блоку є:

· забезпечення фізичного з'єднання з телефонною лінією;

· захист від перенапруження і радіоперешкод;

· набір номера;

· фіксація дзвінків;

· гальванічна розв'язка внутрішніх ланцюгів модему і телефонної лінії;

· узгодження імпедансу.

Далі сигнали потрапляють в диференціальну системму, мета якої – поділ вихідних і вхідних сиглів і компенсація впливу власного сигналу на вхідні ланцюги. У найбільш простих моделях модемів цей вузол виконується у вигляді пасивної схеми, що часто призводить до сильної залежності якості роботи блоку від опору конкретної телефонної лінії. Позбутися від такої залежності можуть тільки моделі з активної диференціальної системи, де необхідний для компенсації сигнал постійно обчислюється сигнальним процесором і, " віднімається" з вхідного сигналу, забезпечуючи необхідний рівень компенсації.

Підготовлені таким чином сигнали потрапляють на ряд фільтрів, посилюються і оцифровуються за допомогою АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) в блоці формування аналогових фронтів, так що подальша обробка проводиться в цифровому вигляді. Одна з переваг такого підходу – поліпшення якості обробки сигналу і здешевлення схеми.

Оброблена інформація надходить в цифровий сигнальний процесор (DSP), який і виділяє з неї на основі математичних методів «нулі» і «одиниці». Саме можливостями цифрової обробки сигналу цього блоку визначається якість та швидкісні спроможності сучасних модемів.

Підтримка інтерфейсу з комп'ютером, управління DSP, реалізація протоколів апаратної корекції помилок і стиску даних, управління інтерфейсом з користувачем (індикатори, кнопки і джампери налаштування), а також управління незалежною пам'яттю – ось далеко не повний список функцій, що лежать на системі управління модемом (контролері модему).

При цьому якщо раніше мікропрограма зберігалася в ПЗП, виготовленому і " прошитому" на заводі, то тепер виробники все частіше стали поміщувати її в перезаписувану флеш-пам'ять, що дозволяє оновлювати програму без апаратного втручання. DSP зі " вшитою" у довгострокову пам'ять (ПЗП або flash, що допускає модернізацію) програмою обробки отримав образну назву " datapump" (" насос даних"). Подібна мультипроцесорних архітектура (так звана функціональна мультипроцесорного) відмінно працювала в модемах протягом багатьох років.

Функціональна схема модему

Сьогодні актуальною стає " деінтелектуаілізація" модему, для якого вже з’явилася і нова абревіатура – HSP (Host Signal Processing, дослівно – обробка ресурсами процесора комп'ютера). Безсумнівно, обчислювальна потужність масових процесорів сімейства х86 дозволяє перекласти ряд задач обробки сигналів з DSP на CPU-машини і при цьому отримати навіть додаткові переваги, які полягають в спрощенні процедур модернізації спеціалізованого та прикладного ПЗ і зниженні вартості. Але це тільки одна сторона медалі.

Спостерігається також тенденція втрати модемом апаратної незалежності – в чіпсети вбудовуються контролери суто " персональних" шин, таких, як РСI та USB (Universal Serial Bus), в поєднанні з вузькоспеціалізованими апаратно-мікропрограмними засобами, що відповідають вимогам тих чи інших операційних систем. Це теж, на перший погляд, непогано, оскільки гарантує зниження ціни та підвищення зручності користування.

2. Протоколи модемів.

Протоколи передачі даних стандарту CCITT (ITU)

Для розробки стандартів передачі даних був створений спеціальний Міжнародний консультативний комітет з телеграфії і телефонії (CCITT) (- в 1990 комісія перейменована в ITU-International Telecommunication Union-Міжнародний Телекомунікаційний Союз) та прийняті наступні рекомендації:

V.21 – 300 bps. Модем, регламентований даною рекомендацією, призначений для передачі даних по виділених і комутованих лініях. Він працює в асинхронному дуплексному режимі. Для передачі і прийому даних використовується спосіб частотної модуляції.

V.22 – 1200 bps. Модем, що працює у відповідності з цією рекомендацією, використовує асинхронно-синхронний дуплексний режим передачі. Асинхронно-синхронний режим означає, що комп'ютер передає модему дані в асинхронному режимі. Модем видаляє з потоку даних комп'ютера стартові і стопові біти. І вже в синхронному вигляді передає їх віддаленому комп'ютеру. Для модуляції переданого сигналу застосовується метод диференціальної фазової модуляції.

V.22bis – 2400 bps. Дуплексний модем, зі швидкістю передачі даних 2400 bps. При передачі зі швидкістю 2400 bps використовується метод квадратурної модуляції, а при швидкості 1200 – метод диференціальної фазової модуляції. На швидкості 1200bps модем CCITT V. 22bis сумісний з CCITT V. 22. Приставка " bis" у перекладі з французької означає " другий" – тобто вказує на другу різновид цього протоколу.

V.23 – 600/1200 bps. Асинхронний модем, який використовує метод частотної модуляції. Модем може працювати в дуплексному режимі зі швидкістю передачі даних по прямому каналу – 600/1200 bps, а по зворотному – тільки 75 bps. Цей стандарт не сумісний з CCITT V. 21, V. 22, V. 22bis.

V.32bis – 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 біт/с;

V.32 – 9600, 4800 біт/с;

V.34 – забезпечує оптимальну продуктивність (28800 біт/с) при роботі з будь-якою телефонною лінією. При високій якості каналу досягається швидкість до 33.6 кбіт/с (V.34 +) (до 128 кбіт/с з урахуванням компресії). Штучно обмежуючи звуковий спектр тільки тими частотами, які відносяться до людської мови, мережеві інженери виявили, що вони можуть звузити необхідну для кожного дзвінка смугу пропускання, збільшивши за рахунок цього кількість можливих одночасних дзвінків. І хоча це обмеження добре працює для голосу, воно накладає обмеження на передачу даних. Модеми V.34 оптимізовані для ситуацій, в яких обидва кінця підключені до PSTN аналоговими лініями. І хоча більша частина мережі цифрова, модеми V.34 розглядають її, як якщо б вона була повністю аналогової. Модеми V.34 неймовірно стійкі, але вони не можуть сприйняти всю смугу пропускання, яка стає доступною в тому випадку, якщо один з кінців з'єднання буде повністю цифровим. Стандарт V.34 був побудований на припущенні, що обидва кінці з'єднання несуть збитки від шуму квантування, що з'являється внаслідок використання аналого-цифрових перетворювачів (analog-to-digital converters – ADC).

V.42 і V.42bis – протокол з корекцією помилок і перетворенням асинхронний синхронний. Протокол використовує метод компресії, при якому визначається частота появи окремих символьних рядків і відбувається їх заміна на послідовності символів меншої довжини. Цей метод компресії носить назву Lempel-Ziv. Даний метод компресії забезпечує 50% стиснення текстових файлів. Разом з 20% виграшем від синхронного перетворення це збільшує ефективність на 60%.

V.90-технологія передачі даних, розроблена Study Group 16 Міжнародного Телекомунікаційного Союзу – пропонує специфікацію для досягнення швидкостей в лінії до 56 Кбіт/с. V.90 за рахунок використання цифрових з'єднань з сервером, що використовуються більшістю провайдерів Internet і онлайнових послуг для підключення до PSTN (телефонної лінії) " на своєму кінці", долає теоретичні обмеження, що накладаються на стандартні аналогові модеми (фізична сторона питання розглянута в Розділі 4).

x2 компанії 3Com/US Robotics дозволяє передавати дані зі швидкістю до 56 Кбіт в секунду.

K56flex-аналогічний стандарт, запропонований спільно фірмами Lucent і Rockwell.

V.com-альтернативна двом попереднім технологія, що дозволяє здійснювати спільне використання пристроїв US Robotics, Lucent і Rockwell.

V.92 – Найсучасніший протокол. Швидкість в прямому напрямку 56000 біт/с, а в зворотному – 48600 біт/с.

1. Протоколи модуляції.