Интенсивное развитие систем связи сопровождается большим количеством новых терминов и понятий, названий устройств и технологий. В этом море информации трудно разобраться не только пользователю, желающему выбрать оптимальное устройство или решение, но и специалисту, на чьих плечах лежит ответственность за автоматизацию предприятия в целом, начиная от программного обеспечения и заканчивая кабельными системами.

В данной статье затронута небольшая, но наиболее интересная область телекоммуникаций - речь пойдет о современных аналоговых модемах тональной частоты и соответствующих модемных технологиях, что даст пользователям и специалистам возможность лучше понять специфику передачи информации такими устройствами.

Линии связи

По определению, линия связи - это среда, способная пропускать электрические или электромагнитные колебания в ограниченном диапазоне частот. Перед передачей информации цифровой поток, состоящий из нулей и единиц, преобразуется в сигнал, который может распространяться в той или иной среде. Однако любая среда устанавливает свои ограничения на распространение сигнала, влияющие на возможность достижения максимальной скорости передачи информации.

Таким образом, любой канал связи имеет теоретическое ограничение скорости передачи информации. Этот предел - предел Шеннона - определяется двумя параметрами: полосой пропускания и соотношением сигнал/шум. Полоса пропускания - это разность максимальной (верхней) и минимальной (нижней) частот сигнала, способного распространяться в канале связи. Соотношение сигнал/шум является характеристикой не столько самого канала, а скорее системы "канал связи + модем". Поэтому при описании линий связи чаще пользуются такими характеристиками, как полоса пропускания, коэффициент затухания сигнала на единицу длины и уровень помех (шумов).

Более широкая полоса пропускания позволяет достичь более высоких скоростей, а низкий коэффициент затухания - большей дальности. Однако для некоторых сред характерна ситуация, когда частоты по краям спектра затухают быстрее, чем в середине. Поэтому для них увеличение дальности одновременно ограничивает и максимальную скорость передачи информации.

Телефонные линии

Существующая инфраструктура телефонных сетей позволяет широко использовать их для передачи данных. Однако каналообразующая аппаратура телефонных станций накладывает существенное ограничение на полосу пропускания сигнала - передается сигнал лишь с частотами от 300 до 3,400 Гц, то есть шириной 3,100 Гц. Такие каналы называют еще каналами тональной частоты.

Современные телефонные станции используют преобразование аналогового сигнала в цифровой вид, при этом разговор передается со скоростью 64 Кбит/с, что обеспечивает заданное качество. Однако с точки зрения передачи аналогового сигнала цифровой поток в 64 Кбит/с не может пропустить с надлежащим качеством сигнал тональной частоты, спектр которого шире 3,500 Гц. Таким образом, телефонные линии связи пропускают аналоговый сигнал шириной от 3,100 до 3,500 Гц в зависимости от используемого на телефонных станциях оборудования (аналоговые или цифровые АТС).

При передаче информации по телефонным сетям проблема затухания сигнала не столь актуальна. Это объясняется тем, что телефонные станции, как правило, сами заботятся, чтобы доставить сигнал в точку назначения, сохранив необходимый уровень мощности. Конечно, если они связаны между собой аналоговыми линиями, соединение на большие расстояния, когда сигнал проходит через множество промежуточных узлов, приводит к тому, что в выходном сигнале высокий уровень шумов.

Однако такие технологии постепенно вытесняются, и даже в Беларуси все чаще внедряются системы, в которых связь между АТС осуществляется в цифровом виде. А это означает, что сигнал может быть доставлен на любое расстояние без снижения мощности и с невысоким уровнем шумов.

Медные физические линии

Медные физические линии связи арендуются у телефонных компаний или прокладываются самой заинтересованной организацией. Такие каналы принципиально являются двухточечными.

Отличаются они тем, что сигналы разных частот в них имеют разный коэффициент затухания. В таблице приведены наиболее часто встречаемые каналы связи и величина затухания сигнала для разных частот:

Таким образом, для спектра сигнала тональной частоты затухание в кабеле 24 AWG составляет около 2 дБ/км, в кабеле 26 AWG - 3 дБ/км.

Аналоговые модемы

Аналоговые модемы - это устройства для передачи данных по телефонным каналам связи. Узкая полоса пропускания таких линий требует от аналоговых модемов использования методов модуляции, способных повысить скорость передачи информации только за счет повышения соотношения сигнал/шум. Значительным прорывом в достижении больших скоростей (до 28.8 Кбит/с) стало принятие в 1994 году стандарта V.34.

Первоначально велись работы по разработке стандарта V.FAST, предполагавшего работу модемов на коммутируемых телефонных линиях со скоростью до 19,200 бит/с. Ограничение в 19,200 бит/с было связано с концепцией CCITT (сейчас эта организация называется ITU-T), которая заключалась в принятии нового стандарта из V-серии только в случае высокой степени гарантии установления соединения на реальных линиях связи.

Эта концепция изменилась в ходе разработки стандарта V.34 по двум причинам. Во-первых, тестирование предварительных протоколов показало, что скорость, превышающая 19,200 бит/с, может быть достигнута на достаточно большом количестве линий связи. Во-вторых, при использовании высококачественных каналов наблюдался запас по полосе пропускания, то есть ее часть не использовалась. Эти два аргумента привели к разработке новой концепции, позволяющей включить в стандарт более высокие скорости, даже если они не всегда будут достижимы.

Предварительные тестирования стандарта V.34 в Европе показали, что в одних странах только треть линий позволила передавать данные со скоростью 28,800 бит/с, а в других - все линии, на которых проводились испытания, обеспечили передачу данных с максимальной скоростью.

V.34 - это новые технологии

Во-первых, это цифровая телефония. В большинстве стран аналоговые телефонные линии связи уже заменены цифровыми каналами с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Другие государства также находятся на стадии перехода от аналоговых к цифровым линиям связи. ИКМ-каналы позволяют получить более высокое качество телефонной связи, что выражается не только в возможности передавать аналоговый сигнал с более широкой полосой (150 - 3,650 Гц по сравнению с 300 - 3,400 Гц), но и в достижении более низкого уровня шума.

Во-вторых,реализацию стандарта облегчила новая технология цифровых сигнальных процессоров (ЦСП), внедренная в модемы начиная со стандарта V.32. Она помогло ускорить выполнение свертки операции, наиболее часто используемой при реализации основных функций модема. Решение с помощью ЦСП значительной части задач фильтрации позволило упростить аналоговые БИС (большие интегральные схемы), к тому же изготовителям полупроводниковых компонент проще реализовать цифровые БИС. Таким образом, цифровой подход обеспечивает быстрый переход к высоким уровням интеграции при меньшей стоимости.

В-третьих, стандарт V.34 явился кульминационным моментом 30-летних исследований в области модуляции, кодирования и алгоритмов для цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). Следует отметить, что V.34 - это не просто очередной шаг на пути увеличения скорости модемной связи, а огромный прорыв в стремлении выбрать все резервы каналов тональной частоты. Этот прорыв, базирующийся на общесистемном подходе к проблеме и опирающийся на резкий скачок в инструментальных средствах, позволил максимально приблизиться к теоретическому пределу Шеннона.

Основное преимущество технологии V.34 над предыдущими состоит в "адаптивном интеллекте". В отличие от предшествующих стандартов, V.34 содержит в себе множество методов модуляции и алгоритмов фильтрации сигнала, составляющих целый набор технологий, с помощью которых по своему усмотрению и взаимодействуют модемы. Пользуясь своим "интеллектом", V.34 позволяет модемам автоматически выбирать и комбинировать технологии из имеющегося набора с целью максимальной адаптации к характеристикам линии связи.

Вот почему эта тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Новое в стандарте V.34

Протокол обменапараметрами связи V.8

Для стандарта V.34 был специально разработан новый протокол обмена параметрами связи. Этот протокол, получивший название V.8, обладает обратной совместимостью со всеми низкоскоростными модемами с целью их распознавания и работы с процедурой "авторежим" (протокол V.25), определенной в стандарте V.32bis. Однако в протоколе V.25 определение модуляции, используемой удаленным модемом, основывалось на последовательном детектировании тональных сигналов. Такая процедура занимает много времени (реально около 9 секунд), причем появление новых протоколов ведет к его увеличению.

В соответствии с рекомендациями V.8 обмен информацией о возможностях модема происходит по протоколу V.21 (300 бит/с, частотная модуляция), что значительно быстрее и надежнее, чем детектирование тональных сигналов. С помощью протокола V.8 модемы обмениваются следующей информацией:

Идентификация протокола V.34,

Режим передачи данных или телефонный звонок,

Поддерживаемые режимы модуляции,

Протоколы коррекции ошибок и сжатия данных V.42 и V.42bis,

Проводной или сотовый режим.

Примечательно, что гибкость, заложенная в V.8, и зарезервированные на будущее биты позволяют расширять возможности стандарта V.34 без разработки новых методов обмена служебной информацией.

Анализ канала связи(line probing)

Анализ канала связи - наиболее важная технология среди новшеств, внедренных в стандарт V.34. Она позволяет модему выбрать оптимальные параметры для работы по конкретному телефонному каналу.

Анализ канала связи - двунаправленная полудуплексная процедура, которая выполняется сразу после обмена информацией согласно V.8 и заключается в передаче сложных сигналов, позволяющих удаленному приемнику проанализировать характеристики телефонного канала, прежде чем перейти в режим передачи данных. Модем использует результаты анализа для выбора нескольких ключевых параметров связи, а именно:

Несущей частоты и символьной скорости. Эти параметры определяют занимаемую полосу выходного сигнала и ее расположение (центральную частоту) в пределах предлагаемого каналом связи спектра. Модем располагает 11 возможными вариантами, комбинируя 6 символьных скоростей, 5 из которых имеют по 2 несущие частоты;

Корректирующего фильтра перед передачей (pre-emphasis). Модем имеет возможность выбрать наиболее подходящий фильтр из десяти, определенных в стандарте V.34;

Уровня мощности передатчика. Модем может выбрать оптимальный уровень передачи сигнала из диапазона 14 дБ с шагом в 1 дБ.

Анализ канала связи происходит в начале каждого нового соединения, а также в процессе повторного вхождения в связь, которое может произойти в любой момент текущего соединения. Это позволяет модему V.34 адаптироваться не только к конкретным каналам связи со специфическими характеристиками во время установления связи, но и к изменяющимся во времени параметрам.

Предкодирование (precoding)

Предкодирование по сути является модификацией технологии адаптивной коррекции (выравнивания, фильтрации) сигнала, разработанной в 1970 году и известной как коррекция сигнала с обратной связью и схемой принятия решения (Decisions Feedback Equalizations, или DFE).

Проблема при использовании DFE состояла в том, что ее достаточно трудно настроить для совместной работы с треллис-кодированием. Вместе с тем DFE оказалась наиболее оптимальной технологией коррекции сигнала в приемном тракте аналоговых модемов, позволяющей эффективно бороться с межсимвольной интерференцией, вносимой реальными каналами связи. Борьба с межсимвольной интерференцией особенно важна для высокоскоростных модемов, которые нуждаются в использовании каждого кусочка спектра, предоставляемого линией.

Эту проблему удалось решить, распределив действия, производимые DFE, между передатчиком и приемником. В результате приемник модема V.34 рассчитывает оптимальные коэффициенты коррекции сигнала, как и обычная схема DFE, однако возвращает их обратно передатчику для предкоррекции. Таким образом, предкодирование объединяет в себе DFE с предкоррекцией и треллис-кодирование.

Адаптивная предкоррекция сигнала (pre-emphasis)

Эта технология не является абсолютно новой, а основывается на использовании так называемых компромиссных корректоров, но с добавленным "интеллектом". До появления стандарта V.34 производители модемов иногда применяли в передатчиках корректирующие фильтры фиксированной структуры. Согласно V.34, использование данной технологии базируется на адаптации к актуальным характеристикам линии связи.

Адаптивная предкоррекция сигнала означает, что перед посылкой в линию сигнал проходит через выравнивающий фильтр, который усиливает одни части спектра и ослабляет другие. Данная технология очень эффективна против сигнально-зависимых искажений. Ее основная идея заключается в предварительной компенсации искажений, о существовании которых модем может заранее узнать во время фазы анализа канала связи. Если, например, во время анализа канала связи модем обнаруживает, что верхняя часть спектра затухает сильнее, чем нижняя, использование соответствующего фильтра в тракте передатчика позволит компенсировать это искажение.

Как показали исследования, использование корректирующих фильтров в тракте передатчика позволяет получить не только прямой эффект - компенсацию линейных искажений, но и уменьшить влияние более жестоких нелинейных искажений.

Интеллектуальность адаптивной предкоррекции, согласно V.34, заключается в автоматическом выборе компенсирующего фильтра. Этот стандарт определяет 10 различных фильтров. Информация, полученная во время анализа модемом канала связи, служит основой для выработки решения о выборе оптимального фильтра, однако конкретный метод принятия такого решения оставлен на усмотрение разработчиков модемов.

Адаптивное управление мощностью передатчика

Правильный выбор мощности передатчика очень важен для высокоскоростных модемов, работающих по двухпроводной линии с использованием подавления эха.

В отличие от модемов для 4-проводной линии связи или низкоскоростных модемов V.22bis, для модемов, работающих по протоколу V.34 с максимальной скоростью, утверждение о том, что более высокая мощность передатчика всегда предпочтительнее, оказывается неверным. Алгоритмы подавления эха требуют выбора именно оптимальной мощности передатчика, поскольку повышение мощности улучшает соотношение сигнал/шум на удаленном приемнике, однако вносит ненужные помехи в виде эха для локального приемника.

Адаптивное управление мощностью передатчика позволяет автоматически выбрать оптимальный уровень передачи на основании информации, полученной во время изучения модемом характеристик линии связи. Несмотря на достаточно простую концепцию, данная технология базируется на очень громоздкой математической модели и весьма сложна с точки зрения реализации.

Многоуровневое треллис-кодирование

Треллис-кодирование впервые было внедрено в модемах V.32, что дало дополнительную защиту от ошибок и позволило их исправлять без запроса о повторной передаче.

Суть треллис-кодирования заключается в добавлении дополнительного бита к каждой группе информационных битов (группе битов, которой ставится в соответствие один бод). Этот бит образуется путем выполнения операции свертки (сверточное кодирование) над частью битов в группе. Расширенная таким образом группа битов подвергается многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции и передается в канал связи. Таким образом, двухмерная сигнально-кодовая конструкция (СКК) протокола V.32bis на скорости 14.4 Кбит/с представляла собой 32-точечную квадратурную амплитудную модуляцию со сверточным кодом на 8 состояний (два информационных бита + один добавочный). При приеме выполняется декодирование сигналов, позволяющее на основе анализа корреляционных связей между группами битов исправить значительную часть ошибок, благодаря чему помехоустойчивость приема повышается на 3 - 5 дБ.

Сегодня технология треллис-кодирования значительно продвинулась вперед по сравнению с той, которая заложена в рекомендации V.32. Стандарт V.34 рекомендует три четырехмерные схемы кодирования - на 16, 32 и 64 состояния сверочного кода. В четырехмерном пространстве точка имеет четыре координаты. Для передачи каждой такой точки требуются два символьных интервала. Переход к четырехмерным СКК позволил уменьшить количество точек в соответствующих двухмерных проекциях, что равносильно увеличению расстояния между соседними точками, а значит, и повышению помехоустойчивости.

Каждая их трех схем кодирования увеличивает соотношение сигнал/шум системы за счет значительного увеличения вычислительных мощностей, вместе с тем внося дополнительные задержки. На рис. 1 приведено сравнение обеспечиваемого каждой схемой кодирования выигрыша и требуемых вычислительных мощностей (сложность реализации).

Оптимальное размещение точек на фазовой плоскости (shell mapping, shaping)

В высокоскоростных модемах передаваемые биты группируются в символы, которые затем транслируются в двухмерные СКК. Созданная таким образом сигнальная точка трансформируется в аналоговый эквивалент и передается в линию.

Цель оптимального размещения точек на фазовой плоскости состоит в размещении точек в двухмерном пространстве таким образом, чтобы улучшить соотношение сигнал/шум. Теория показывает что оптимальная форма двухмерной СКК должна быть сферической. Однако это невозможно. Поэтому, согласно V.34, модем пытается аппроксимировать квадратную сетку двухмерной СКК к наиболее близкой к сферической форме.

Результатом оптимального размещения точек на фазовой плоскости является расширение СКК и улучшение соотношения сигнал/шум приблизительно на 1 дБ. В спецификации V.34 присутствуют два уровня такого преобразования: первый уровень расширяет СКК на 12.5%, второй - на 25%.

Нелинейное кодирование (warping)

Нелинейное кодирование используется для борьбы с сигнально-зависимыми искажениями, также известными как нелинейные искажения, которые присутствуют во всех телефонных каналах благодаря трансформаторам и цепям гальванической развязки и особенно велики в ИКМ-каналах в силу самой нелинейной природы ИКМ-кодирования.

Нелинейное кодирование приводит к деформированию фазовой плоскости, при котором внутренние точки, то есть точки с малой амплитудой, располагаются ближе друг к другу, чем внешние точки (точки с большой амплитудой). Это повышает помехоустойчивость, а значит, и производительность, в присутствии "цифровых" шумов ИКМ-каналов, которые характеризуются низким уровнем шумов при передаче слабых сигналов (внутренние точки) и высоким уровнем шумов при передаче сигналов с большой амплитудой (внешние точки на фазовой плоскости).

Другие особенности стандарта V.34

Отличительная черта V.34 - развитый сервис, который включает в себя такие возможности, как асимметричная передача и дополнительный канал.

Асимметричная передача означает, что два модема, работающие по стандарту V.34, могут иметь не только разные скорости передачи, но и разные несущие частоты, использовать разные полосы пропускания, разные СКК и т.д. Такая возможность очень полезна при организации связи по четырехпроводной линии, когда качество каждой пары неодинаково.

В рекомендации V.34 заложена факультативная возможность использования низкоскоростного канала передачи данных (со скоростью 200 бит/с), который образован за счет временного уплотнения и информационно независим от основного. Этот канал может быть применен как для менеджмента, так и для низкоскоростной передачи асинхронных данных пользователя.

Модемы V.34

Следует отметить большую сложность реализации стандарта V.34. Большинство из рассмотренных возможностей стандарта V.34 являются факультативными и не поддерживаются модемами многих производителей. На сегодняшний день известно лишь несколько модемов, обеспечивающих стопроцентную поддержку всех возможностей стандарта V.34, - это модемы фирмы Motorola и модем Courier фирмы US Robotics.

В целом, аналоговые модемы можно разделить на два класса: персональные и профессиональные. Профессиональные модемы используются для построения корпоративных сетей, в которых требуется высокая надежность, управляемость и возможность работать круглые сутки. Они поддерживают работу на выделенных 2/4-поводных линиях, централизованное управление, могут иметь модульное исполнение, а также целый ряд технических решений, позволяющих добиться более надежной и высокоскоростной связи.

Персональные модемы рассчитаны на домашнее применение, а также предназначены для автоматизации небольших офисов с целью организации выхода в Интернет, пользования электронной почтой и т.д. Эти модемы, как правило, дополнительно поддерживают голосовые возможности (автоответчик, голосовая почта, одновременная передача речи и данных и др.), позволяют отправлять и принимать факсы, однако они не поддерживают выделенные линии и некоторые дорогостоящие технические решения, способные улучшить качество связи.

Чтобы сложилось наглядное представление, сравним наиболее ярких представителей обоих типов модемов, при этом выделим их преимущества друг перед другом.

Персональные модемы

К ним относятся модели Omni288S фирмы ZyXEL, Sportster 28.8 Voice фирмы US Robotics и C336Catcher фирмы Tainet. Эти модемы оптимальны для создания персональных рабочих мест, включающих в себя следующие приложения:

Связь по коммутируемой телефонной линии с поставщиками информационных услуг (Интернет, электронная почта, BBS и др.);

Обмен файлами с другими пользователями, используя стандартные коммуникационные программы типа Zmodem;

Передача и прием факсов со скоростью до 14,400 бит/с;

Следует отметить, что все режимы работы (передача данных, факса и голосовой режим) детектируются автоматически. Отметим также основные отличия перечисленных модемов.

Модем С336Catcher дополнительно предоставляет возможность одновременной передачи речи и данных. Это означает, что во время передачи данных пользователь может снять телефонную трубку (при этом удаленный модем подаст сигнал) и разговаривать с удаленным пользователем, не прерывая при этом передачу данных.

Модем Omni288S, в отличие от Sportster и Catcher, обеспечивает возможность передачи данных по выделенной двухпроводной линии. Кроме того, Omni оснащен Flash-памятью, поэтому его модернизация может быть произведена путем простой загрузки программы (программное обеспечение Catcher и Sportster обновляется только заменой или перепрограммированием ПЗУ). Максимальная скорость у Omni 28.8 Кбит/с, в то время как у Sportster и Catcher - 33.6 Кбит/с.

У модема Sportster288 Voice встроенный микрофон (Catcher и Omni используют внешние микрофоны), однако его голосовые возможности могут быть использованы только при установке программного обеспечения фирмы-производителя (Catcher и Omni поставляются со стандартным программным обеспечением от Trio Communications). Кроме того, Sportster не поддерживает функции АОН, которые имеются у Catcher и Omni.

Среди этих персональных модемов, Omni288S наиболее дорогой, так как поддерживает работу по выделенной двухпроводной линии, а Catcher и Sportster стоят приблизительно одинаково.

Профессиональные модемы

Модемы 336S фирмы ZyXEL и T288C фирмы Tainet, работающие с максимальной скоростью 33.6 Кбит/с, как правило, используются для построения корпоративных сетей. Отметим основные особенности этих модемов, в соответствии с которыми они относятся к группе профессиональных модемов.

Во-первых, это возможность работы по 2- и 4-проводной выделенной линии. Использование четырехпроводной выделенной линии позволяет избавиться от эха, что повышает соотношение сигнал/шум, а следовательно, помогает добиться более высокой скорости и надежности связи.

Во-вторых, выпускаются как в настольном варианте, так и в варианте для модемной стойки. Модем ZyXEL 336S имеет свой аналог в модульном исполнении ZyXEL 336R, а T288C - T288NC. Модемные стойки RS-1612 для модемов ZyXEL 336R и TRS-16 для модемов T288NC позволяют разместить до 16 устройств, имеют по два блока питания и систему вентиляции.

В-третьих, они обладают возможностью централизованного управления всеми модемами в сети, сбор статистики и информации о состоянии модемов. В сетях, где установлено большое количество модемов, достаточно трудно уследить за состоянием каждого устройства. Без использования системы управления даже такая простая задача, как поиск неисправного устройства, становится крайне сложной, не говоря уже о проведении конфигурационных работ, планировании сети и т.п. Поэтому в больших сетях крайне важно использовать модемы, поддерживающие возможность централизованного управления.

Обе рассматриваемые модели поддерживают протокол управления SNMP, что дает возможность пользоваться не только системой управления от фирмы-производителя, но и любой стандартной - такой, например, как HP OpenView (однако при этом некоторые возможности становятся недоступными).

В-четвертых, поддерживается передача синхронных данных. Поддержка синхронной передачи данных позволяет использовать эти модемы при построении сетей X.25, Frame Relay, для связи маршрутизаторов, работающих по синхронному протоколу PPP, а также для передачи любого другого синхронного трафика.

В-пятых, имеется возможность конфигурирования модемов с передней панели, что позволяет производить все настройки без использования персонального компьютера.

Кроме этого модемы способны автоматически снижать и повышать скорость, если качество канала изменяется во времени, переходить с выделенной линии на коммутируемую и обратно в случае обрыва выделенного канала, ограничивать доступ "коммутируемых" пользователей по паролю.

Кроме работы по каналам тональной частоты, рассматриваемые модемы могут работать и по медным физическим линиям связи. А поскольку эти линии связи вносят затухание, то имеет смысл рассчитать максимальную дальность, на которой способны работать модемы ZyXEL 336S и T288C. Максимальный уровень передачи сигнала у рассматриваемых модемов составляет 0 дБ, а минимальный уровень приема - 43 дБ, то есть рабочий диапазон равен 43 дБ. Затухание сигнала в кабеле диаметром 0.4 мм, как уже говорилось, составляет 3 дБ/км, поэтому максимальная дальность будет равна 14 км (то есть это та дальность, на которой модемы смогут работать со скоростью 33.6 Кбит/с).

Отметим основные отличия модемов ZyXEL 336S и T288C.

Модемы ZyXEL 336S и 336R, как и большинство модемов фирмы ZyXEL, поддерживают голосовые функции, что позволяет применять их и как персональные модемы. Использование флэш-памяти позволяет легко осуществлять модернизацию (апгрейд модемов T288C требует перепрограммирования ПЗУ). Кроме того, модемная стойка RS-1612 обеспечивает непосредственное подключение к локальной сети для связи с системой управления, в отличие от модемной стойки TRS-16 фирмы Tainet, которая подключается к локальной сети только через коммуникационный сервер, созданный на базе персонального компьютера со специальной платой.

При этом, несмотря на некоторое неудобство при подключении модемной стойки к локальной сети, модемы T288C имеют целый ряд преимуществ. Прежде всего следует отметить поддержку следующих ключевых технологий стандарта V.34, позволяющих повысить производительность модемов на плохих линиях связи:

Предкодирование,

Оптимальное размещение точек на фазовой плоскости,

Треллис-код на 16, 32 и 64 состояния,

Нелинейное кодирование,

Асимметричная передача данных.

Кроме этого в T288C частично реализована функция управления мощностью передатчика, смысл которой заключается в посылке удаленным модемом сообщения с просьбой уменьшить, если это возможно, мощность передатчика в соответствии с детектированными искажениями. Пользователь может просмотреть данное сообщение на ЖК-дисплее модема или с помощью системы управления и принять необходимые меры.

В модеме T288C присутствует целый ряд возможностей, позволяющих максимально адаптировать параметры связи к характеристикам канала. Это прежде всего включение эквалайзера в тракт передатчика, возможность фиксированной установки не только скорости на линии, но и символьной скорости, которая отражает используемый частотный диапазон, регулировка мощности передатчика от 0 до - 31 дБ (в отличие от ZyXEL 336S, который позволяет регулировать мощность в диапазоне от 0 до - 15 дБ).

Стоимость модемов ZyXEL 336S несколько ниже, чем T288C.

Таким образом, модемы ZyXEL 336S лучше всего использовать при построении закрытых корпоративных сетей, когда не возникает проблем с достижением максимальной скорости. Модемы T288C оптимальны при работе на зашумленных линиях связи, а также для использования компаниями, организующими общественный доступ к информационным ресурсам, например к Интернет. Последнее утверждение обосновывается тем, что модем T288C обладает более полной реализацией стандарта V.34, что позволит обладателям "хороших" модемов воспользоваться всеми их возможностями и добиться более надежной и высокоскоростной связи.

К таким "хорошим" модемам следует, конечно, отнести модем Courier фирмы US Robotics. Поэтому в заключение несколько слов и об этом модеме.

Модем Courier, согласно нашей условной классификации, не относится ни к профессиональным, ни к персональным, поскольку он позволяет работать не только по коммутируемым, но и по двухпроводным выделенным линиям, не поддерживает голосовых функций, однако это один из немногих модемов, полностью реализующий стандарт V.34.

В связи с этим Courier - самое оптимальное решение для пользователей, нуждающихся в удаленном доступе к информационным ресурсам по коммутируемым телефонным линиям, а также для приема и отправки факсов. Применение этого модема для выхода в Интернет, пользования электронной почтой, перекачки файлов с BBS позволяет избежать проблем с несовместимостью и, что самое главное, воспользоваться всеми возможностями стандарта V.34, которые предоставляют модемы поставщиков перечисленных услуг.

Материал предоставлен компанией "Белсофт"

При первом подключении ноутбука или персонального компьютера к интернету у плохо разбирающихся пользователей, как правило, возникает вопрос: «Что такое модемы и зачем они нужны?» В рамках данной статьи будет приведена классификация модемов, а также будет указан алгоритм их установки и настройки, выполняя который, без особого труда начинающий компьютерный специалист сможет выбрать и заставить работать такой девайс.

Что это такое?

Для начала разберемся с тем, что такое модемы. Это специальный компонент в компьютере, который предназначен для подключения его к Слово «модем» образовалось путем объединения двух терминов. Первое из них - модулятор. Так в электронике называется специальная схема, которая кодирует сигнал. А второе - это демодулятор. То есть приспособление, которое делает действие, обратное модулятору. Один из них кодирует и передает сигнал, а второй получает и преобразовывает. Так, до недавних пор к интернету при помощи телефонных проводов была подключена большая часть персональных компьютеров. Сейчас ситуация изменилась, и их потихоньку вытесняют из этого сегмента рынка сетевые карты. У них и скорость выше, и большая часть материнских плат ими оснащена. Но еще остаются беспроводные модемы, которые пока не имеют реальной альтернативы.

Когда нужны?

Теперь разберемся с тем, в каких случаях они нужны. По существу, таких моментов может быть три. Первый из них сейчас потихоньку уходит в прошлое. Заключается он в том, что персональный компьютер с помощью такого приспособления и телефонной линии подключается к интернету. Сейчас его вытеснили сетевые карты. И стоимость ниже, и скорость в несколько раз выше. Да и надежность подключения в этом случае на порядок лучше. А вот для системы «Клиент-Банк» подобное устройство просто обязательно (второй случай). При помощм него бухгалтер подключается к серверу финансового учреждения. Не выходя из офиса, он может выполнить денежный перевод или проверить наличие средств на счету. Высокая скорость в этом случае не обязательна. А вот защита подключения нужна на должном уровне. Сейчас многие организации именно в таком формате и работают с банками. Последний случай, когда модемы востребованы, если человек много путешествует. Ему нужно беспроводное подключение к интернету. В таком случае вопрос: «Что такое модемы, и зачем они нужны?» - возникает сам собой. При помощи других технических средств этот вопрос просто не решить.

По способу исполнения

По способу исполнения такие приспособления подразделяются на два вида: внутренние (то есть устанавливаются внутри системного блока компьютера) и внешние (для подключения такого устройства применяется слот расширения компьютера, ноутбука или планшета). Для последних нужно установить аппаратный тумблер (если он есть) в соответствующее положение. При этом обязательно должен возникнуть такой вопрос: «Что такое режим модема?» Они бывают цифровые или аналоговые - определяется сигналом телефонной линии. Для доступен только первый из них. Все сотовые сети работают только в этом стандарте. Поэтому для беспроводных устройств такой переключатель не предусмотрен. Еще один момент нужно отметить. На старых материнских платах были интегрированные (то есть впаянные) подобные приспособления. Но сейчас их уже не встретишь на новых персональных компьютерах.

По подключению

Вторая классификация, которая получила на сегодняшний день большое распространение, основана на способе подключения. В соответствии с ней данные девайсы подразделяются на проводные и беспроводные. В первом случае предусмотрен специальный разъем, в который устанавливается телефонный провод. В старых приспособлениях можно было либо разговаривать по телефону, либо работать в интернете. Сейчас есть особая модификация таких устройств. Она позволяет одновременно сидеть в интернете и общаться по телефонному аппарату. Специальный преобразователь, который разделяет разговор и передаваемый сигнал на разные частоты. В итоге по одному и тому же кабелю передается два потока данных. Во втором случае передача данных обеспечивается электромагнитным излучением без проводов.

По типу поддерживаемых сетей

Данный параметр классифицирует только беспроводные устройства. В соответствии с ним они бывают следующих видов: GSM (их также иногда называют 2G), 3G и LTE (еще одно название 4G). Все они обратно совместимы между собой. То есть 3G с легкостью сможет работать в сети GSM. Также при этом пользователи озадачиваются тем, что такое USB-модем. Именно в таком форм-факторе сделана большая часть подобных приспособлений. По внешнему виду это флеш-накопитель, который обеспечивает беспроводную передачу данных. В обязательном порядке он оснащен слотом для установки СИМ-карты. Подключается он в прямоугольный разъем ЮСБ персонального компьютера.

Производители

Условно производителей такого оборудования можно разделить на два класса. Первый из них - это недорогие и малоизвестные торговые марки, к которым относятся Sierra (их цена стартует от 180 рублей) и Sprint (стоимость таких девайсов составляет 120-150 рублей). А вот второй класс - это более популярные и высококачественные устройства. Они продаются под брендами Pantech и Huawei. Цена на них уже составляет 600 рублей и более. Но это справедливо для беспроводных девайсов. При этом часто возникает вопрос о том, что такое 3G-модем. Это миниатюрное устройство (очень похожее на флешку внешне), в которое устанавливается СИМ-карточка мобильного оператора, и при помощи него обеспечивается обмен данными с интернетом. В свою очередь, среди проводных устройств ведущие позиции занимают «Д-Линк» и «А-Корп». Именно на них рекомендуется обращать внимание при покупке такого приспособления. Цена на некоторые модели данного сегмента начинается от 120 рублей. При этом качество у них безупречное.

Настройка

Рассмотрим порядок Это все без исключения приспособления такого класса: как проводные, так и беспроводные. Итак, порядок настройки:

• Подключение. Для внешних - это установка их в слот расширения вычислительного устройства. А вот при установке внутреннего такого приспособления нужно снять боковые крышки системного блока персонального компьютера, установить плату в слот расширения, зафиксировать ее и собрать все обратно.
• Установка драйверов. В большинстве случаев она проходит автоматически, и участие пользователя в этом процессе минимизировано. В конце должно появиться сообщение об успешной инсталляции данного программного обеспечения. (Если этого не произошло, то их нужно устанавливать вручную с компакт-диска или с интернет-сайта.)
• Далее подключаемся к интернету.
• На завершающем этапе запускаем браузер и проверяем работоспособность подключения.

В некоторых случаях нужно скорректировать настройки работы девайса (например, изменить аналоговый метод набора на цифровой). Эту информацию уточняют у провайдера и оператора телефонной связи.

Резюме

В данной статье был дан ответ на вопрос о том, что такое модемы и зачем они нужны. Приведены возможные исполнения таких девайсов. Указаны их режимы работы и прочие технические характеристики. Также приведен алгоритм настройки, следуя которому можно легко и просто настроить такое приспособление для подключения к вычислительной сети.

Любая система передачи данных (СПД) может быть описана через три основные свои компоненты. Такими компонентами являются передатчик (или так называемый "источник передачи информации"), канал передачи данных и приемник (также называемый "получателем" информации).

При двухсторонней (дуплексной передаче) источник и получатель могут быть объединены так, что их оборудование может передавать и принимать данные одновременно.

В простейшем случае СПД между точками А и В состоит из следующих основных семи частей:

• Оконечного оборудования данных в точке А;
• Интерфейса (или стыка) между оконечным оборудованием данных и аппаратурой канала данных;
• Аппаратуры канала данных в точке А;
• Канала передачи между точками А и В;
• Аппаратуры канала данных в точке В;
• Интерфейса (или стыка) аппаратуры канала данных;
• Оконечного оборудования данных в точке В.

Оконечное оборудование данных (ООД) обобщенное понятие, используемое для описания оконечного прибора пользователя или его части. ООД может являться источником информации, ее получателем или тем и другим одновременно.

ООД передает и (или) принимает данные посредством использования аппаратуры канала данных (АКД) и канала передачи. Соответствующий международный термин - DTE (Data Terminal Equipment). Часто в качестве DTE может выступать персональный компьютер, большая ЭВМ (mainframe computer), терминал или любое другое оборудование, способное передавать или принимать данные.

Аппаратуру канала данных также называют аппаратурой передачи данных (АПД). Международный термин DCE (Data Communications Equipment). Функция DCE состоит в обеспечении возможности передачи информации между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа, например, по телефонному. Для этого DCE должен обеспечить соединение с DTE с одной стороны, и с каналом передачи - с другой. DCE может являться аналоговым модемом, если используется аналоговый канал, или, например, устройством обслуживания. канала/данных (CSU/DSU - Channel Semis Unit/ Data Service Unit), если используется цифровой канал.

Аналоговые и цифровые каналы связи.

Канал связи - совокупность среды распространения и технических средств передачи между двумя канальными интерфейсами.

В зависимости от типа передаваемых сигналов различают два больших класса каналов связи цифровые и аналоговые.

Цифровой канал является битовым трактом с цифровым (импульсным) сигналом на входе и выходе канала.

На вход аналогового канала поступает непрерывный сигнал, и с его выхода также снимается непрерывный сигнал.

Параметры сигналов могут быть непрерывными или принимать только дискретные значения. Сигналы могут содержать информацию либо в каждый момент времени (непрерывные во времени, аналоговые сигналы), либо только в определенные, дискретные моменты времени (цифровые, дискретные, импульсные сигналы).

Вновь создаваемые СПД стараются строить на основе цифровых каналов, обладающих рядом преимуществ перед аналоговыми.

Информация независимо от своего конкретного содержания и формы всегда передается от источника к потребителю. Информацию, представленную в определенной форме, называют сообщением. Для передачи сообщения от источника к потребителю, удаленных друг от друга необходима система связи.

Системой связи (системой обмена) называют совокупность технических средств и математических методов, предназначенных для организации обмена сообщениями между пунктами. Схема такой системы связи между двумя пунктами включает в себя передатчик П , канал К и приемник Пр .

Передатчик - это комплекс технических устройств, предназначенных для преобразования сообщения некоторого источника в сигнал, который может быть передан по данному каналу.

Канал связи - совокупность технических средств и физическая среда, предназначенные для передачи сигнала.

Физическая среда, по которой распространяется сигнал (например, электромагнитные колебания), называется линией .

Приемник - комплекс технических устройств, осуществляющих преобразование сигнала, появляющегося на выходе канала, в сообщение.

Преобразование сообщения в сигнал при передаче сводится к операциям кодирования и модуляции, для реализации которых в передатчике имеются кодирующее устройство и модулятор. Соответственно приемник включает в себя демодулятор и декодирующее устройство.

Каналы классифицируют по различным признакам.

В зависимости от назначения системы, в состав которой входят каналы, их подразделяют на телефонные, телевизионные, телеграфные, телеметрические, телекомандные, передачи цифровой информации и др.; по используемым линиям связи - на кабельные, радиорелейные и др.; по полосе занимаемых частот - на тональные, надтональные, высокочастотные, коротковолновые, световые и др.

В зависимости от структуры сигналов каналы подразделяют на непрерывные, дискретные и комбинированные (непрерывно-дискретные или дискретно-непрерывные). В непрерывных каналах связи для передачи сообщений используют непрерывные сигналы, в дискретных - дискретные и, наконец, в комбинированных - сигналы того и другого вида.

Такое подразделение каналов связи и введенное ранее подразделение сигналов на непрерывные и дискретные приводит к четырем возможным разновидностям организации передачи сообщений от источника к потребителю:

1. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, доставляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал связи непрерывный.
2. Источник информации вырабатывает непрерывный сигнал, доставляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи непрерывно-дискретный.
3. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, доcтавляемый потребителю в форме непрерывной функции, - канал связи дискретно-непрерывный.
4. Источник информации вырабатывает дискретный сигнал, доставляемый потребителю в дискретной форме, - канал связи дискретный.

Классификация дискретных и непрерывных каналов условна, так как часто дискретный канал содержит внутри себя непрерывный канал, на входе и выходе которого имеются непрерывные сигналы.

Теоретически дискретный канал определяют, задаваясь алфавитом кодовых символов на входе, алфавитом кодовых символов на выходе, количеством информации, пропускаемой каналом в единицу времени, и значением вероятностных характеристик.

В зависимости от количества кодовых символов в алфавите (используемой системы счисления) канал называют двоичным, если m =2, троичным - т =3 и т. д.

Источники и потребители информации могут объединяться между собой как по прямым (некоммутируемым) каналам, так и по транзитным трактам, составленным из нескольких каналов путем их коммутации (КК - коммутация каналов) или поэтапной передачей сообщений через центры коммутации по мере освобождения каналов данного направления (КС - коммутация сообщений).

Каналы, объединяющие между собой оконечные устройства (источники, потребители) и центры коммутации, называют абонентскими (АК).

Аналоговые каналы являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. При передаче данных на входе аналогового канала должно находиться устройство, которое преобразовывало бы цифровые данные, приходящие от DTE, в аналоговые сигналы, посылаемые в канал. Приемник должен содержать устройство, которое преобразовывало бы обратно принятые непрерывные сигналы в цифровые данные. Этими устройствами являются модемы.

Аналогично, при передаче по цифровым каналам данные от DTE приходится приводить к виду, принятому для данного конкретного канала. Этим преобразованием занимаются цифровые модемы.

Базовая модель коммуникационных систем

Теоретическую основу современных информационных сетей определяет Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection) Международной организации стандартов (ISO - International Standards Organization). Она описана стандартом ISO 7498. Модель является международным стандартом для передачи данных.

Согласно эталонной модели взаимодействия OSI выделяются семь уровней, обра-зующих область взаимодействия открытых систем.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на от-дельные конкретные задачи. Функции уровня, в зависимости от его номера, могут вы-полняться программными, аппаратными либо программно-аппаратными средствами. Как правило, реализация функций высших уровней носит программный характер, функции канального и сетевого уровней могут быть исполнены как программными, так и аппаратными средствами. Физический уровень обычно выполняется в аппаратном виде.

Каждый уровень определяется группой стандартов, которые включают в себя две спецификации: протокол и обеспечиваемый для вышестоящего уровня сервис.

Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Модемы .

История модемов началась в 30-х годах. Именно тогда появилась аппаратура, позволяющая передавать человеческую речь на большие расстояния, официально именуемая "аппаратурой тонального телеграфирования" и лишь особо продвинутыми специалистами называемая "модем". Вообще говоря, человеческая речь передается по телефонным проводам в виде колебаний электрического напряжения. Для того чтобы качество было безупречным, надо передавать колебания с частотами от 50 до 10 000 Гц. Но обеспечить передачу такого широкого диапазона частот слишком дорого, поэтому ограничиваются диапазоном частот, обеспечивающим удовлетворительную разборчивость речи, - от 300 до 3400 Гц.

Сигнал на выходе телеграфного аппарата имеет колебания частот от 0 Гц (то есть постоянного тока) до 200 Гц. Понятно, что такой диапазон частот не попадал в границы полосы пропускания и поэтому не мог быть передан через телефонную аппаратуру, предназначенную для дальней связи, а создавать специальные линии для телеграфа было невыгодно.

Тогда было придумано устройство для подсоединения телеграфного аппарата к телефонному каналу, что потребовало адаптации к полосе пропускания телефонной линии. На выходе телеграфного аппарата напряжение может принимать два фиксированных значения, соответствующие нулю и единице. Если сначала закодировать, а потом по тому же алгоритму раскодировать сигнал, получается прообраз современных модемов.

Создание устройства, которое для напряжения отрицательной полярности передавало в телефонный канал сигнал произвольной частоты, а для напряжения положительной полярности - сигнал другой частоты, позволило вписать сигнал в диапазон телефонного канала. На другом конце стояло устройство, определяющее частоту принимаемого сигнала и превращающее сигналы различной частоты в сигналы разной полярности. Первый из процессов называется модуляцией, а второй, обратный ему, демодуляцией. Так как по телефонному каналу возможна одновременная связь в двух направлениях, то на каждом из концов канала ставились устройства, осуществлявшие как модуляцию, так и демодуляцию. От сокращения слов "модуляция" и "демодуляция" и было образовано слово "модем".

Самым первым модемом для ПК стало устройство производства компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для популярных тогда персональных компьютеров Apple II. Модем стоил $380 и работал со скоростью 110/300 bps. До этого на рынке существовали только специализированные устройства, которые объединяли мейнфреймы.

Кстати, фирма Hayes выпустила в 1981 году и первый модем Smartmodem 300 bps, система команд которого стала отраслевым стандартом и остается им по сей день. Первые модемы с "коммерческой" скоростью передачи 2400 bps были представлены несколькими компаниями в декабре 1981 года на выставке Comdex по цене $800-900. А затем настало время U.S. Robotics. В 1985 году эта компания начала выпуск своей знаменитой серии Courier, существенно снизив планку стоимости модемов 2400 бит/с. В начале следующего года появился первый модем Courier HST со скоростью передачи 9600 бит/с, а в 1988 году - модемы Courier Dual Standard, которые поддерживали протоколы связи HST и v.32 ($1600), и Courier v.32 ($1500). Еще через два года был выпущен модем Courier v.32bis, в 1994-м - Sportster v.34 со скоростью передачи 28,8 Кбит/с ($349), а в 1995-м - Courier v.Everything 33,6 Кбит/с.

Цифровые сигналы, вырабатываемые компьютером, нельзя напрямую передавать по телефонной сети, потому что она предназначена для передачи человеческой речи - непрерывных сигналов звуковой частоты.

Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона - этот процесс называется модуляцией , а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией . Отсюда название устройства: модем - мо дулятор/дем одулятор.

Модуляция процесс изменения одного либо нескольких параметров выходного сигнала по закону входного сигнала.

При этом входной сигнал является, как правило, цифровым и называется модулирующим. Выходной сигнал обычно аналоговый и часто носит название модулированного сигнала.

В настоящее время модемы наиболее широко используются для передачи данных между компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП, GTSN - General Switched Telefone Network).

Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованными скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.