Программные модемы относятся к ранним разработкам. В основном они совместимы с ОС Windows, и требовательны к качеству работы компьютера. Программный модем дешевле аппаратного, но большая часть нагрузки приходится на компьютер.
Аппаратные модемы подходят к любому типу
операционной системы. Они могут поддерживать дополнительные функции: обработку
сигнала, дозвон, автоответчик, определитель номера, прием-передачу данных.
Такие виды модемов называются голосовыми или факс-модемами.
2.2 Компоненты модемов
• Контроллер - реализует протоколы сжатия данных и коррекции ошибок. Кроме того, является связующим звеном между модемом и программным обеспечением компьютера (реализует программный интерфейс).
• Кодек - осуществляет двустороннее преобразование аналогового сигнала в поток цифровых данных.
• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - микросхема памяти, хранящая в себе программу работы модема, также называемую «прошивку». Последние модели модемов допускают обновление и перезапись прошивки модема.
• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) - микросхема оперативной памяти, хранящая данные до первого выключения питания. Предназначена для хранения и последующей обработки потока данных. Иногда в ней же хранятся текущие настройки для работы модема.
Со стороны телефонной линии самым первым устройством является блок интерфейса с телефонной линией. Основными функциями этого блока являются:
• обеспечение физического соединения с телефонной линией;
• защита от перенапряжения и радиопомех;
• набор номера;
• фиксация звонков;
• гальваническая развязка внутренних цепей модема и телефонной линии;
• согласование импеданса.
Далее сигналы попадают в дифференциальную систему, цель которой - разделение выходных и входных сигналов и компенсация влияния собственного сигнала на входные цепи. В наиболее простых моделях модемов этот узел исполняется в виде пассивной схемы, что зачастую приводит к сильной зависимости качества работы блока от сопротивления конкретной телефонной линии. Избавиться от такой зависимости могут только модели с активной дифференциальной системой, где необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором и, «вычитаемый» из входного сигнала, обеспечивает необходимый уровень компенсации.
Подготовленные таким образом сигналы попадают на ряд фильтров, усиливаются и оцифровываются с помощью АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) в блоке формирования аналоговых фронтов, так что дальнейшая обработка производится в цифровом виде. Одно из преимуществ такого подхода - улучшение качества обработки сигнала и удешевление схемы.
Обработанная информация поступает в цифровой сигнальный процессор (DSP), который и выделяет из нее на основе математических методов «нули» и «единицы». Именно возможностями цифровой обработки сигнала этого блока определяется качество и скоростные возможности современных модемов.
Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов аппаратной коррекции ошибок и сжатия данных, управление интерфейсом с пользователем (индикаторы, кнопки и джамперы настройки), а также управление энергонезависимой памятью - вот далеко не полный список функций, лежащих на системе управления модемом (контроллере модема).
При этом если ранее микропрограмма хранилась в ПЗУ, изготовленном и прошитом на заводе, то теперь производители все чаще стали помещать ее в перезаписываемую флэш-память, что позволяет обновлять программу без аппаратного вмешательства. DSP со вшитой в долговременную память (ПЗУ или flash, что допускает модернизацию) программой обработки получил образное название «datapump» («насос данных»). Подобная мультипроцессорная архитектура (так называемая функциональная мультипроцессорность) отлично работала в модемах на протяжении многих лет.
Наблюдается тенденция потери модемом аппаратной независимости - в чипсеты встраиваются контроллеры сугубо персональных шин, таких, как РСI и USB (Universal Serial Bus), в сочетании с узкоспециализированными аппаратно-микропрограммными средствами, соответствующими требованиям тех или иных операционных систем. Это гарантирует снижение цены и повышение потребительских удобств.
Единственная аналоговая (и потому крайне важная) подсистема модема - DAA - все чаще реализуется в интегральном исполнении, что уменьшает количество необходимых для изготовления полнофункционального модема дискретных элементов (конденсаторов, резисторов и пр.) до единиц. Еще один почти отрадный факт: меньше элементов, меньше необходимых монтажных операций при сборке, следовательно - ниже стоимость и выше надежность.
С другой стороны, после возложения на программу некоторых жизненно важных функций, аппаратно зависимый от платформы модем как правило устойчиво работает только под ОС Windows.
К проблеме согласования сопротивлений следует добавить один тонкий нюанс- зависимость сопротивления телефонной линии от частоты сигнала.
Из многолетней успешной практики электроники доподлинно известно, что наилучшим устройством для работы на реактивную нагрузку является обычный трансформатор (при некоторых ограничениях, несущественных в рассматриваемом случае).
Для модемов (особенно на нашем рынке) это утверждение также справедливо - практически у всех самых лучших проверенных временем моделей трансформаторный DAA.
Естественно, трансформатор - устройство не дешевое, уж по крайней мере намного дороже микросхемы DAA, да и качество телефонных линий в странах с емкими платежеспособными рынками намного выше нашего, что объясняет тенденцию «детрансформаторизации».
Механизмы защиты от аналогового хаоса. Чипсет действительно хорошего модема обязан для успешной работы в наших условиях обладать двумя скрытыми, но очень важными (и сложными в реализации) функциональными блоками - эхо-компенсации и эквалайзера.
Эхо-компенсатор предназначен для борьбы с эхо-сигналом. Эквалайзер также вносит немаловажный вклад в повышение скорости и устойчивости связи, согласовывая частотные характеристики приемопередатчика модема и конкретной телефонной линии.
До появления высокоскоростных протоколов на 56 Kbps передача данных между двумя модемами по обычным телефонным каналам связи осуществлялась в аналоговом режиме, как было рассмотрено выше.
Основным сдерживающим фактором, препятствующим бесконечному увеличению скорости передачи данных с помощью модемов, является качество аналоговых телефонных линий связи.
До недавнего времени (буквально до начала 80-х годов) основным назначением телефонных каналов связи была только передача голоса. Поэтому, исходя из соображений стоимости и для борьбы с шумами в линии, полоса пропускания телефонного канала была ограничена диапазоном 300-3500 Hz.
Исследования показали, что именно в этом диапазоне частот находится основная часть спектра человеческой речи, поэтому после наложения на исходный сигнал указанных ограничений разборчивость речи не ухудшится.
Для управления так называемыми интеллектуальными модемами используются специальные связные программы - программы работающие под управлением операционной системы ЭВМ. Связная программа создает на экране терминала дружественный интерфейс пользователя, обеспечивающий удобное выполнение необходимых управляющих функций. Перед началом работы, пользователь может задать некоторые параметры взаимодействия компьютера и модема. Связные программы создают ряд возможностей, упрощающих управление модемом:
· хранение справочников телефонов
· хранение наборов команд управления для разных модемов
· макроязык для написания управляющих
программ.
3. Область применения
Современные модемы можно разделить на несколько групп:
· для коммутируемых телефонных каналов;
· для выделенных (арендуемых) телефонных каналов;
· для физических соединительных линий:
модемы низкого уровня (линейные драйверы) или модемы на короткие расстояния (short range modems);
модемы основной полосы (baseband modems);
· для цифровых систем передачи (CSU/DSU);
· для сотовых систем связи;
· для пакетных радиосетей;
· для локальных радиосетей.
Подавляющее большинство выпускаемых модемов предназначено для использования на коммутируемых телефонных каналах. Такие модемы должны уметь работать с автоматическими телефонными станциями (АТС), различать их сигналы и передавать свои сигналы набора номера.
Основное отличие модемов для физических линий от других типов модемов состоит в том, что полоса пропускания физических линий не ограничена значением 3,1 кГц, характерным для телефонных каналов. Однако полоса пропускания физической линии также является ограниченной и зависит в основном от типа физической среды (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель и др.) и ее длины.
С точки зрения используемых для передачи сигналов модемы для физических линий могут быть разделены на модемы низкого уровня (линейные драйверы), использующие цифровые сигналы, и модемы с «основной полосой» (baseband), в которых применяются методы модуляции, аналогичные применяемым в модемах для телефонных каналов.
В модемах первой группы обычно используются цифровые методы биимпульсной передачи, позволяющие формировать импульсные сигналы без постоянной составляющей и часто занимающие более узкую полосу частот, чем исходная цифровая последовательность.
В модемах второй группы часто используются различные виды квадратурной амплитудной модуляции, позволяющие радикально сократить требуемую для передачи полосу частот. В результате на одинаковых физических линиях такими модемами может достигаться скорость передачи до 100 Кбит/с, в то время как модемы низкого уровня обеспечивают только 19,2 Кбит/с.
Модемы для цифровых систем передачи напоминают модемы низкого уровня. Однако в отличие от них обеспечивают подключение к стандартным цифровым каналам, таким как Е1/Т1 или ISDN, и поддерживают функции соответствующих канальных интерфейсов.
Модемы для сотовых систем связи отличаются компактностью исполнения и поддержкой специальных протоколов модуляции и исправления ошибок, позволяющих эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами. Среди таких протоколов выделяются ZyCELL, ETC и MNP10.
Пакетные радиомодемы предназначены для передачи данных по радиоканалу между мобильными пользователями. При этом несколько радиомодемов используют один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа, например, множественного доступа с контролем несущей, в соответствии с ITU-T АХ.25. Радиоканал по своим характеристикам близок к телефонному и организуется с использованием типовых радиостанций, настроенных на одну и ту же частоту в УКВ либо KB диапазоне. Пакетный радиомодем реализует методы модуляции и множественного доступа.
Локальные радиосети являются быстроразвивающейся перспективной сетевой технологией дополняющей обыкновенные локальные сети. Ключевым их элементом являются специализированные радиомодемы (адаптеры локальных радиосетей). В отличие от ранее упомянутых пакетных радиомодемов такие модемы обеспечивают передачу данных на небольшие расстояния (до 300 м) с высокой скоростью (2-10 Мбит/с), сопоставимой со скоростью передачи в проводных локальных сетях. Кроме того, радиомодемы локальных радиосетей работают в определенном диапазоне частот с применением сигналов сложной формы, таких как сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.
модем процессор цифровой связь
Заключение
Прогресс компьютерных технологий идет очень быстро. Каждый год появляются новые процессоры, платы, накопители и прочая периферия. Систематизируется и выходит в печать соответствующая литература.
В последние годы значительно расширилась сфера применения и увеличился объем выпуска модемов, предназначенных для организации передачи данных по телефонным каналам. Основной причиной этого стало существенное увеличение скорости передачи при высокой надежности доставки информации, что делает экономичным использование широко доступных аналоговых телефонных каналов. Новыми областями применения модемов стали телематические службы (телетекст, электронная почта, видеотекст, телефакс и др.), связь между персональными компьютерами, локальными сетями, Internet.
Такой прогресс в области модемов стал возможен
только благодаря тому, что за последнее десятилетие были разработаны новые
методы модуляции и цифровой обработки сигналов, введены в модемы коррекция
ошибок и сжатие данных, найдены высокоэффективные способы реализации модемов на
базе микропроцессоров (МП), цифровых сигнальных процессоров (ЦСП). В серийном
производстве были освоены специализированные БИС для модемов, а также
высокопроизводительные ЦСП, что позволило создать более совершенные модемы,
имеющие меньшие габариты, вес, энергопотребление, стоимость и лучшие
потребительские характеристики.
Список использованной литературы
1. Дианов И. «Анатомия модемного железа».- М. 2005, 162 с.
. Кирсанов Д. «3,14 советов по выбору модема» - М. 2007, 98 с.
. Лагутенко О.И. «Модемы. Справочник пользователя». - СПб.: «Лань», 2007. -308 с.
. Рязанцев О. Модемы как они есть. - Компьютер пресс, перераб. 2013, №11, С.110-114.
. Сети передачи данных. - М.: «Мир», перераб. 2009. - 103с.
. Diamond Commumications. Сетевое и каналообразующее оборудование. -Каталог, 2009, №11, 89с.
. CURIER Высокоскоростные модемы. Руководство по применению. - США, Иллинойс, 2011. - 20с.
. iXBT. Периферия. Электронный ресурс. URL: http://ixbt.com/peripheral.shtml
10. iXBT. Коммуникации. Электронный ресурс. URL: http://ixbt.com/communication.shtml
. CIT forum. Модемы. Электронный ресурс. URL: http://www.citforum.ru/hardware/modem/index.shtml