Классификация модемов. Сравнительный анализ различных классов. Оценка характеристик

1. гауссовскому шуму;

b) межсимвольной интерференции, вызванной неидеальностью  передаточной функции канала связи;

c) флуктуациям фазы несущей частоты, обусловленным низкочастотной паразитной модуляцией в генераторном оборудовании систем передачи с частотным разделением каналов.

Поэтому для повышения  качества работы модема требуется  применение  оптимальных (либо близких к ним) алгоритмов обработки сигналов, позволяющих уменьшить влияние мешающих факторов.

Повышение  эффективности  использования  канала  связи,   т.е. удельной скорости передачи (числа передаваемых бит  на единицу полосы пропускания  канала  связи),  требует применения в модеме следующих систем:

1. адаптивного корректора сигнала для уменьшения  межсимвольной интерференции в принимаемом сигнале;

b) дискретного (или цифрового) формирователя спектра сигнала на передаче (в качестве его дополнительной функции может быть введение предыскажений с целью компенсации межсимвольной интерференции);

c) скремблера (на передаче) и дескремблера (на приеме) для преобразования исходной последовательности данных в псевдослучайную  и обратного преобразования на приеме;

4. системы  компенсации флуктуаций фазы несущей частоты.

Акустический канал  телефонной линии модем разделяет на две полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применяется для передачи данных, а полоса высокой частоты – для приема[1].

В первых модемах использовалось два способа кодировки информации: метод FSK (Frequency Shift Keying) для скорости передачи до 300 бод и метод PSK (Phase Shift Keying) для более быстрых модемов - скорость передачи от 2400 бод. FSK использует четыре выделенные частоты. При передаче информации сигнал частотой 1070 Гц интерпретируется как логический нуль, а сигнал частотой 1270 Гц - как логическая единица. При приеме нуль соответствует сигналу 2025 Гц, а единица - 2225 Гц.

PSK использует две частоты:  для передачи данных - 2400 Гц, для приема - 1200 Гц. Данные передаются по два бита, при этом кодировка осуществляется посредством сдвига фазы сигнала. Используются следующие сдвиги фазы для кодировки: 0 градусов для сочетания битов 00, 90 градусов для 01, 180 градусов для 10, 270 градусов для 11. Частотной модуляции пришла на смену квадратурно амплитудная модуляция, а ей уже «дышит в спину» импульсно-амплитудная модуляция сигнала (ИАМ).

В методе квадратурной амплитудной  модуляции QAM одновременно изменяются фаза и амплитуда сигнала, что позволяет передавать большее количество информации. здесь помимо изменения фазы сигнала используется манипуляция его амплитудой, что позволяет увеличивать число кодируемых бит. В настоящее время используются модуляции, в которых количество кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может доходить до 8, а, соответственно, число позиций сигнала а сигнальном пространстве – до 256.

Однако, применение многопозиционной QAM в чистом виде сталкивается с серьезными проблемами, связанными с недостаточной помехоустойчивостью кодирования. Поэтому во всех современных высокоскоростных протоколах используется разновидность этого вида модуляции, т.н. модуляция с решетчатым кодированием или треллис-кодированием (ТСМ, Trellis Coded Modulation), которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации – снизить требования к отношению сигнал/шум в канале на величину от 3 до 6 дБ. Суть этого кодирования заключается в введении избыточности. Пространство сигналов расширяется вдвое путем добавления к информационным битам еще одного, который образуется посредством сверточного кодирования над частью информационных бит и введения элементов запаздывания. Расширенная таким образом группа подвергается все той же многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции. В процессе демодуляции принятого сигнала производится его декодирование по весьма изощренному алгоритму Виттерби, позволяющему за счет введенной избыточности и знания предистории выбрать по критерию максимального правдоподобия из сигнального пространства наиболее достоверную точку и, тем самым, определить значения информационных бит[4].

 

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕМОВ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ  АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ. ОЦЕНКА  ХАРАКТЕРИСТИК.

 

2.1 Классификация модемов

 

На первый взгляд, нет  ничего проще, чем классифицировать модемы. Само собой разумеется, что они делятся на внешние и внутренние. Конечно, кое-кто может предложить их разделить по скоростям и, в последнюю очередь, вспомнить о возможности передачи данных в синхронном и асинхронном режимах. Однако это взгляд с высоты совсем уж птичьего полета. Вблизи всё выглядит далеко не так.

Различают модемы, предназначенные для работы только на выделенных или только на коммутируемых линиях, а так же на тех и других. Различают модемы для цифровых и аналоговых линий.

В зависимости от поддерживаемого режима передачи данных, модемы делятся на:

1. поддерживающие только асинхронный режим работы;
2. поддерживающие асинхронный и синхронный режимы работы;
3. поддерживающие только синхронный режим работы.

По исполнению(эта  характеристика определяет внешний вид, размеры и размещение модема по отношению к компьютеру):

a) внутренний модем – вставляется в компьютер как плата расширения. Они, в добавок, делятся на контроллерные и безконтроллерные. К первым принадлежит большинство существующих внутренних модемов предназначенных для ISA интерфейса. Вторые – для PCI интерфейсов. Дальнейшим развитием PCI-модемов являются SOFT-модемы (иначе Win-модемы);

b) настольный модем – имеет отдельный корпус и размещается рядом с компьютером, соединяясь кабелем с портом компьютера. Иногда называют внешним модемом, что не совсем правильно, т.к. следующие два типа также являются внешними (т.е. расположенными вне системного блока компьютера);

c) модем в виде карточки – миниатюрен и подсоединяется к портативному компьютеру через специальный разъем (тот, кто видел сетевую карту для ноутбука поймет о чём идет речь);

4. портативный модем – схож с настольным модемом, но имеет уменьшенные размеры и автономное питание;
5. стоечные модемы – вставляются в специальную модемную стойку, повышающую удобство эксплуатации, когда число модемов переваливает за десяток.

По характеру применения модемы можно разделить на обычные  и профессиональные.

Под обычными модемами будем  понимать устройства, обычно применяемые  конечным пользователем дома или в офисе. Эти модемы используют только телефонные каналы[6].

Профессиональные модемы – наиболее совершенные и скоростные устройства, преимущественно стоечного  исполнения. Используются для интеграции локальных сетей, в модемных пулах, а также для удалённого доступа к ресурсам ЛВС.

Среди обычных модемов  можно выделить 3 вида:

1. устройства для обмена данными (просто модемы);
2. устройства для обмена данными и документами (факс-модемы);
3. устройства для обмена данными, документами и приёма голосовых сообщений (голосовые факс-модемы).

Следует заметить, что  обычно передача данных и телефонный разговор не могут вестись одновременно. Исключение составляют SVD модем и технология RadishVoiceView, предназначенные для одновременной передачи голоса и данных[3].

Поддержка факсимильного режима не исключена и в профессиональных модемах, однако звуковой поддержки они обычно не предусматривают.

В качестве очередного классификационного признака выберем передающую среду. По типу передающей среды можно выделить:

1. модемы для 2-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, ADSL, SR, ER-модемы);
2. модемы для 4-х проводных медных линий (обычные, профессиональные, HDSL, ISDN, SR, ER, MR-модемы);
3. модемы для оптоволоконных линий (FOM, FOM-T1/E1, FOM-T2/E2, FOM-T3/E3);
4. модемы для радиоканалов (радио-модем, сотовый модем);
5. кабельные модемы (используют коаксиальный кабель)[2].

 

2.2 Сравнение характеристик  модемов для выделенных и коммутируемых  каналов

 

2.2.1 Модемы для выделенных каналов

 

Выделенный канал —  это канал с фиксированной  полосой пропускания или фиксированной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Абонентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети.

Выделенные каналы обычно арендуются у компаний — операторов территориальных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы.

Выделенные каналы делятся  на аналоговые и цифровые в зависимости  от того, какого типа коммутационная аппаратура применена для постоянной коммутации абонентов. На аналоговых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. Отсутствие физического протокола приводит к тому, что пропускная способность аналоговых каналов зависит от пропускной способности модемов, которые использует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему протокол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня зафиксирован — он задан стандартом G.703[5].

 

2.2.2 Модемы для коммутируемых  каналов

 

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей — при наличии N удаленных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N–1)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются  услуги телефонных сетей, так как  их коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в цифровом виде и в которых используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми — сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут работать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

Модемы различаются не только поддерживаемыми протоколами, но и определенной ориентацией на область применения. Различают профессиональные модемы, которые предназначены для работы в модемных пулах корпоративных сетей, и модемы для применения в небольших офисах или на дому[1].

Профессиональные модемы отличаются высокой надежностью, способностью устойчиво работать в непрерывном  режиме и поддержкой средств удаленного централизованного управления. Обычно система управления модемными стойками поставляется отдельно и оправдывает себя в условиях большого предприятия. Стандарт V.34 выделяет в общей полосе пропускания линии отдельную полосу для управления модемом по тому же каналу, по которому передаются и пользовательские данные.

 

2.3 Сравнение модемов  различающихся исполнением

 

2.3.1 Внутренне исполнение

 

Рисунок 3 – Внутреннее

исполнение

Внутренний (internal) модем (рисунок 3) вставляется в компьютер  как плата расширения (вставляемая в слот системной шины компьютера). По внешнему виду различить такой модем можно, разве что, по наличию двух телефонных разъемов.

Преимущества внутреннего  модема (по сравнению с настольным):

1. не занимает места;
2. не нуждается в блоке питания, который требует отдельной розетки (заметим, что блок питания часто называют сетевым адаптером, но точно так же называют и плату адаптера для локальной сети, что вносит некоторую путаницу, так что предпочтительнее все же "блок питания");
3. не нуждается во включении / выключении;

не занимает стандартные  СОМ порты компьютера;

4. дешевле по крайней мере на 10% аналогичного настольного, т.к. не нужны корпус, соединительный кабель, блок питания;
5. содержит скоростной приемопередатчик порта, согласованный со скоростью модема (в то время как встроенные в порт старого компьютера приемопередатчики могут быть низкоскоростными).

С другой стороны, как  и всякая плата расширения, внутренний модем предназначен для определенной шины, так что не является универсальным.

Далее, внутренний модем  обычно не имеет световых индикаторов  и поэтому не так информативен, как внешний. Вспомните, как много пользы приносят индикаторы дисководов на корпусе компьютера[2].

Установка внутреннего  модема более хлопотная, по сравнению  с установкой внешнего. Он займет одну из свободных линий прерываний (которую, еще надо будет найти; именно поэтому за рубежом практикуют продажу компьютеров с уже установленными модемами).