8(58) Модемы. Назначение. Варианты исполнения. Интерфейсы. Назначение элементов структурной схемы. Дополнительные возможности

Для передачи данных на большие расстояния (в пределах всего мира) издавна используют телефонные сети общего пользования (ТФОП). Однако для непосредственной передачи цифровых данных обычные аналоговые телефонные сети непригодны — требуются модемы на сторонах обоих абонентов. Модем имеет хост-интерфейс , которым он подключается к компьютеру (или периферийному устройству), и интерфейс линии , согласованный с используемым каналом связи (телефонной линией).

Модем (модулятор-демодулятор) служит для передачи информации на большие расстояния, недоступные локальным сетям, с использованием выделенных и коммутируемых телефонных линий. Модулятор поступающую от компьютера двоичную информацию преобразует в аналоговые сигналы с частотной и (или) фазовой модуляцией, спектр которых соответствует полосе пропускания обычных голосовых телефонных линий. Демодулятор из этого сигнала извлекает закодированную двоичную информацию и передает ее в принимающий компьютер.

Факс-модем (fax-modem) позволяет передавать и принимать факсимильные изображения, совместимые с обычными факс-машинами. Передача факсов подразумевает также передачу цифровых данных, хотя «цифра» не видна конечным пользователям: факс-машина сканирует изображение, оцифровывает его (1 бит на точку), сжимает данные и через модем передает в телефонную линию. На приемной стороне выполняются обратные преобразования. Факс-модем работает аналогично, только вместо сканирования его программная поддержка принимает графические или текстовые данные от других программ. Принятые факсы оформляются в виде файлов графических форматов, доступных приложениям для дальнейшей обработки или печати.

Современные модемы имеют ряд дополнительных возможностей, расширяющих сферу их применения. Голосовой модем (voice modem) способен преобразовывать звуковой сигнал в цифровой вид, в котором он передается по линии связи. На приемной стороне выполняются обратные преобразования. Аудиосигнал сжимается, например, по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation — адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция), или АДИКМ . С помощью голосового модема могут быть реализованы звуковая почта, автоответчик и другие речевые функции. Звуковое сообщение может передаваться по электронной почте или в диалоге реального времени и воспроизводиться голосовым модемом через внутренний динамик, дополнительный телефонный аппарат или мультимедийные средства компьютера (звуковую карту). Средства обработки звуковых сигналов позволяют модему автоматически определять номер вызывающего абонента (АОН), распознавать сигналы тонального набора номера.

Модемы во время сеанса связи могут работать в симплексном, полнодуплексном или полудуплексном режиме. Для повышения эффективной скорости используются различные методы сжатия информации, реализуемые как самими модемами, так и коммуникационным ПО.

В [4] довольно подробно описаны свойства телефонных сетей с точки зрения модемной связи, а также работа аналоговых коммутируемых линий с импульсным и тональным набором, схема телефонного аппарата, сблокированные телефоны и принцип автоматического определения номера. Там же описаны и распространенные стандарты, обеспечивающие совместимость модемов. Здесь ограничимся лишь краткими характеристиками стандартов на модуляцию (табл. 13.1) и отметим, что практически все современные модемы поддерживают стандарт V .90 или V .92, исчерпывающий теоретические возможности обычных телефонных линий. Технология K 56 flex примерно с теми же параметрами стандартом не стала.

Таблица 13.1. Стандарты на модуляцию

Стандарт	Скорость, бит/с	Примечания
Bell 103	300	–
Bell 212A	1200	–
V.17	14 400, 1200, 9600, 7200, 4800	Полудуплекс, Fax Group III (аналоговый), обратно совместим с V.29
V.21	300	Несовместим с Bell 103
V.22	1200	Несовместим с Bell 212A
V.22bis	2400	–
V.23	1200/75	Асимметричный в дуплексном режиме
V.27ter	4800 2400	Полудуплекс, Fax Group III (аналоговый)
V.29	9600, 7200	Полудуплекс, Fax Group III (аналоговый)
V.32	9600, 4800	Дуплекс, дополнительный контроль
V.32bis	14 400, 1200, 9600, 7200, 4800	Помехоустойчивый, быстрый
V.32fast	19200	Расширение V.32Bis
V.34	28 800	–
V.34+	33 600	Расширение V.34
V.90 (x2), V .92	56 000/33 600	Цифровое подключение со стороны АТС
K56flex	56 000/33 600	То же, но не в стандарте
HST	16 800	При дуплексе в обратном направлении скорость 300/450. Удобен для диалога. Используется в U.S. Robotics

Теоретически возможный предел скорости передачи данных через аналоговые телефонные линии достигнут в стандарте V .34+. Здесь скорость изменения сигнала в линии достигает 3429 бод (символов в секунду), и группа символов кодирует группу передаваемых битов. При наилучших условиях 79 бит данных кодируется восемью символами, что при символьной скорости 3429 бод и дает 33600 бит/с.

В стандарте V.90 (на базе x 2) скорость 56 кбит/с достигается только в направлении к модему при условии, что его партнер по связи (провайдер) подключен к цифровому каналу телефонной сети. В этом направлении из тракта сигнала исключен грубый АЦП телефонной станции (АЦП модемов имеют более высокую разрядность и частоту дискретизации), являющийся источником погрешностей. Телефонная сеть в своей цифровой части обеспечивает передачу 7 бит (отсчетов голоса) с частотой 8 кГц, отсюда и предел в 56 кбит/с. Стандарт V .92 (развитие V .90) обеспечивает те же предельные скорости, в нем описаны новые средства для ускорения и облегчения установления соединения ( Dial - UP ) и протокол сжатия данных V .44.

Модемы обеспечивают коррекцию ошибок : обнаружение ошибок и организацию повторов на уровне обмена между модемами (протокол V.42, на базе MNP -4). Таким образом, на внешнем интерфейсе модема данные передаются без ошибок.

Для повышения эффективности использования линии модемы выполняют сжатие данных (V.42bis или V .44): в линию передаются символы, представляющие сжатый поток данных с интерфейса хоста, а на интерфейс хоста выводятся распакованные данные. Из этого следует, что внешний интерфейс должен обеспечивать скорость в несколько раз выше битовой скорости в линии (текстовые данные сжимаются до 10 раз).