ЛЕКЦИИ ОУАД / ЛЕКЦИЯ №10_Модемы и факсмодемы

7

Модемы и факс-модемы

Кратко приводится принцип работы модемов и факс-модемов, принципы их построения и основные алгоритмы

Еще одно оконечное устройство, которое включается в телефонную сеть, — это модем (модулятор/демодулятор). Модем преобразует компьютерные данные в аналоговый или цифровой сигнал (модуляция), который может передаваться по телефонной линии и достигать другого модема. Удаленный модем переводит полученный сигнал снова в данные (демодуляция) и посылает эти данные на свой компьютер.

Поскольку модем относится к устройствам систем передачи данных и изучается в рамках другой дисциплины, рассмотрение этого терминала будет кратким.

Модем состоит из следующих блоков

Блок­-схема модема

• устройство сопряжения с каналом связи (в него входят согласующий линейный трансформатор с элементами защиты, схема набора номера, цепь определения сигнала посылки вызова и других акустических сигналов (например, сигнала "занято"), АЦП, ЦАП, фильтры передачи и приема;

• цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor — DSP);

• контроллер протоколов и управления (с элементами памяти);

• интерфейсный узел сопряжения с компьютером RS232.

На рисунке не показаны следующие внешние устройства:

• терминал передачи данных DTE (Data Terminal Equipment) в данном случае — это компьютер;

• оконечное (терминальное) оборудование данных (ООД). Термин применяется для обозначения устройств, использующих передачу данных. DTE подключается к сети передачи данных через аппаратуру передачи данных (DCE);

• оборудование передачи данных. DCE (Data Communication Equipment) — аппаратура передачи данных или аппаратура коммутации данных (АПД или АКД). Это аппаратные средства, обеспечивающие установку, поддержку и разрыв соединения по сети передачи данных. В данном случае — это модем и непоказанная станция.

Рассмотрим отдельные блоки.

Устройства сопряжения с каналом связи

Устройства сопряжения с каналом связи отвечают за преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую, переход от четырехпроводной системы передачи к проводной и обратное преобразование. Оно обеспечивает модуляцию и передачу по каналу с обнаружением и обработкой ошибок. Эти вопросы будет рассмотрены в дальнейшем при описании аппаратуры уплотнения и способов модуляции.

Цифровой сигнальный процессор

Представляет собой устройство, обрабатывающее поступающие сигналы в реальном масштабе времени . В модеме он обеспечивает работу алгоритмов кодировки и декодирования информации, алгоритмы авторизации и другие логические действия.

Все модемы V можно условно разделить на три группы:

• асинхронные (работающие по протоколам V.21, V.23);

• асинхронно-синхронные (работающие по протоколам V.22, V.22 bis, V.26, V.32 bis, V.34, V.90, V.92);

• синхронные.

Основные протоколы модемов перечислены в таблице. Во второй строке этой таблицы приведены применяемые для данного протокола способы модуляции и манипуляции. Некоторые из них будут рассмотрены в этом курсе. Для более детального их изучения можно рекомендовать .

Таблица - Основные протоколы модемов
Название		Тип модуляции	Объект действия протокола
V.21		FSK	Дуплексный модем на 300 бит/с. для телефонных сетей общего назначения, используется факсаппаратами и факсмодемами
V.22		DPSK	Дуплексной модем для работы при скоростях 600/1200 бит/с
V.22bis		QAM	Дуплексной модем для работы при скоростях 1200/2400 бит/с
V.23		FSK	Асинхронный модем на частоту 600/1200 бит/ с (сети videotex), несовместим с V.21, V.22 и V.22bis
V.26		FSK	Модем для работы на выделенную линию четырехпроводной линии на скоростях 2400/1200 бит/с
V.27		FSK	Модем для работы на выделенную линию четырехпроводной на скорости 4800 бод/с
V.27ter		DPSK	Модем с набором телефонного номера на скорости 2400/4800 бит/с (fax)
V.32		QAM	Семейство двухпроводных модемов, работающих на частотах до 9600 бит/с
V.32bis		TCM	Модем, работающий на выделенную линию для скоростей 7200, 12,0 и 14,4 Кбит/с
V.34		QAM	Модем на частоту 28,8 Кбит/с, использован новый протокол установления связи
V.34bis		QAM	Модем на скорости 32 Кбит/с
V.90		PCM	Модемы с асимметричной передачей. Протокол поддерживает: скорость 56 Кбит/с в направлении от центральной станции к пользователю и от пользователя к центральной станции (33,6 Кбит/с)
V.90		PCM	Модемы с асимметричной передачей. Протокол поддерживает: скорость 56 Кбит/с в направлении от центральной станции к пользователю и от пользователя к центральной станции (48 Кбит/с) использует стандарт сжатия V.44
Таблица - Протоколы сжатия
V.42bis	Стандарт сжатия данных в модемах (4:1)
V.44	Стандарт сжатия для протоколов V.92 (6:1)

Модификация V.32 bis обеспечивает наивысшую скорость 14,4 Кбит/с и, так же как и в предыдущем случае, обеспечивает взаимодействие с протоколом сжатия V.42bis.

Это протокол, как и другие существующие протоколы сжатия данных (например, MNP-5), на передающем конце убирает избыточность текста, заключающуюся, например, в последовательной передаче одинаковых символов, и заменяет ее более короткой служебной информацией. На приемном конце эта удаленная информация восстанавливается. Одно из положительных свойств протокола V.42 состоит в том, что операция сжатия осуществляется над "проходящей информацией" ("on the fly") без большой задержки в памяти устройств. Степень сжатия во многом зависит от передаваемой информации. В настоящее время в среднем протоколы обеспечивают сжатие от 2 до 4 раз. При использовании этого протокола реальная скорость может возрасти для:

• V.32 9600 + сжатие данных = 38400 бит/с

• V.32bis 14400 + сжатие данных = 57600 бит/с

• V.34 28800 + сжатие данных = 115600 бит/с

Протокол V.90 применяется с 1998 года для модемов, использующих для обмена каналы с импульсно­цифровой модуляцией. Они обеспечивают скорость 56 Кбит/с. Это протокол обеспечивает асимметричный обмен данными, а именно 56 Кбит/с в направлении от центральной станции к пользователю и 33,6 Кбит/с. в направлении "пользователь — центральная станция". Для работы используется обычная телефонная линия, выполненная из меди.

Протокол V.92 применяется с 2000 года, в нем имеются следующие улучшения:

1. Повышена скорость в направлении от пользователя к центральному устройству до 48 Кбит/с.

2. Протокол V.92 взаимодействует с протоколом сжатия V.44, разработанного для цифровых каналов. Это обеспечивает эффект сжатия 6:1, т.е. больший, чем в протоколе V.42bis. В результате реальная скорость передачи может быть поднята до 300 Кбит/с.

3. Стандарт включает в себя алгоритмы, известные как "Быстрое соединение" (Quick Connect), которые уменьшают время вхождения в связь двух модемов.

4. Модемы, работающие по протоколу V.92, распознают и отвечают на сигнал "посылка вызова" и устанавливают сеанс передачи данных в режим "удержание" ("on hold") до момента окончания разговора. Это свойство имитирует вторую линию, после отбоя речевого соединения сеанс восстанавливается без набора номера. Эту же услугу может обеспечить и модем с протоколом V.90, при загрузке дополнительного программного обеспечения.

Факс­аппарат и факсимильная связь

Слово "факс" (fax) появилось как сокращение от слова "факсимильный" (facsimile) Обычный факс-аппарат состоит из 4 основных частей, а именно: сканера, кодирующего/декодирующего устройства, модема, принтера. Посылаемая страница сканируется, данные в бинарном (bit-mapped) формате кодируются со сжатием, затем передаются по телефонной линии с помощью внутреннего модема. Удаленный факс-аппарат получает эти данные с помощью своего внутреннего модема, данные декодируются в картинку бинарного формата, а затем распечатываются на бумаге.

Компьютер, в который загружено программное обеспечение факса, может посылать и принимать факсы с помощью такой факс-карты. Факс­карта — это внутренняя плата, вставляемая в компьютер, тип которой определяется в зависимости от его типа. Она выполняет модемную функцию факсимильной машины. Компьютер при этом используется как входная и выходная части факсимильной машины, а факс-карта — как передающая/принимающая часть, а также может выполнять кодирование/декодирование — в зависимости от конструкции. Компьютер осуществляет связь через факс-карту с помощью специального набора устройств и программ, который отличается у разных производителей факс-карт.

Обычный модем также может быть предназначен для выполнения передачи и приема факсов, как это делает факс-карта. Поскольку интерфейс модема с компьютером — это стандартный последовательный интерфейс RS-232, этот интерфейс можно использовать для выполнения функций и модема, и факса. Учитывая, что пропускная способность последовательного интерфейса RS-232 ограничена, через этот последовательный интерфейс могут быть переданы только сжатые данные факса. Кодирование и декодирование образа факса должны выполняться в компьютере. Сочетание "модем­факс" также называется "факс-модем", он может быть и внешним, отдельно стоящим устройством, и внутренней, вставляемой в компьютер платой. Внешнее отдельно стоящее устройство может присоединяться к любому компьютеру со стандартным последовательным портом RS-232.

Факс, используемый для передачи образов, и модем, используемый для передачи данных, имеют различные последовательности сигналов для вхождения во взаимодействие (handshaking signal sequence). Существует возможность автоматически определить, с какого устройства звонят — с факса или модема. Для этого нужно протестировать и распознать начальную последовательность сигналов. Модем, имеющий такую возможность, способен выполнять компьютерную обработку как соединения по модему для передачи данных, так и соединения для факса, по одной и той же телефонной линии.