Компьютерные сети. Лекция 10 составил Малов Дмитрий Николаевич
.
Лекция 10.
Модемы и технология установления соединения.
Функции, характеристики, классификация.
Внутренняя структура и принципы работы.
Модемы
Проблемы использования телефонных каналов для передачи данных
Развитие информационных сетей предполагает в качестве непременного условия наличие высоконадежных скоростных систем передачи данных. Передача данных вне локальных сетей на расстояния, превышающие 1000 метров, обычно производится с использованием традиционной коммутируемой телефонной сети или посредством подключения абонентов к выделенным магистральным телефонным каналам и физическим линиям. На стыке цифрового потока данных и аналогового телефонного канала устанавливается модем, и практически сразу же встает проблема обеспечения максимально возможной скорости и надежности передачи.
Российские магистральные системы связи на 90% образованы аналоговыми системами передачи, которые существенным образом искажают форму передаваемого сигнала. В местных системах связи в ряде случаев используется устаревшее коммутационное оборудование, что приводит к существенному ослаблению сигнала и внесению в сигнал мощных помех.
Скорость
Спектр сигнала, передаваемого по аналоговым каналам, ограничен диапазоном от 300 до 3400 Гц. Именно ограничение спектра и является основной преградой при использовании телефонных каналов для высокоскоростной передачи цифровой информации.
Из теоремы Найквиста известно, что скорость передачи информации по каналу с ограниченной полосой пропускания не может превосходить ширины этой полосы(в нашем случае это 3100 бод). Но как же быть со скоростями 4800, 9600, 14400 …бит/с ? Ответ напрашивается сам собой: в аналоговой технике передачи данных «бод» и «бит/с» - не одно и тоже. Что бы понять, рассмотрим внимательнее работу модема на физическом уровне.
Распространяющийся по каналу электрический сигнал характеризуется тремя параметрами:
амплитудой,
частотой,
фазой.
Изменение одного из них, или даже некоторой совокупности в зависимости от значений информационных бит, и составляет физическую сущность процесса модуляции.Бодовым интервалом называется фиксированный отрезок времени, на котором электрический сигнал имеет некоторое значение своих параметров, определяющих значение информационного элемента. Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации, который может принимать значение «0» или «1», то на бодовом интервале параметры сигнала могут принимать одну из двух предпочитаемых совокупностей значений амплитуды, частоты и фазы.В этом случае модуляционная скорость (ещё её называют линейной или бодовой) равна информационной, т.е. 1бод – 1бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать не одному, а, например, двум битам информации. Тогда информационная скорость будет вдвое превосходить модуляционную, а параметры сигнала на бодовом интервале могут принимать одну из четырех совокупностей значений, соответствующих 00, 01, 10 или 11.
Если на бодовом интервале кодируется n бит, то информационная скорость будет превосходить бодовую в n раз. Но количество возможных состояний сигналав трехмерном (в общем случае) пространстве – асплитуда, частота, фаза – будет равно 2n. Это значит, что демодулятор модема, получив на бодовом интервале некий сигнал, должен будет сравнить его с 2nэталонными сигналами и безошибочно выбрать один из них для декодирования искомыхnбит. Таким образом,с увеличением емкости кодирования и ростом информационной скорости относительно бодовой, расстояние в сигнальном пространстве между двумя соседними точками сокращается в степенной прогрессии. А это, в свою очередь накладывает все более жесткие требования на «чистоту» канала передачи.Теоретически возможная скорость в реальном канале определяется известной формулой Хартли – Шеннона:
,
где F - ширина полосы канала;S/N– отношение сигнал/шум.
Второй сомножитель и определяет возможность канала достоверно передавать сигнал, кодирующий несколько битов информации в бодовом интервале, с точки зрения зашумленности. Так, например, если отношение сигнал/шум равно 20дБ, т.е. мощность сигнала, доходящего до удаленного модема, в 100 раз превосходит мощность шума, и используется полная полоса канала тональной частоты (3100 Гц), то максимальная скорость, по Шеннону, равна 20640 бит/с.