MODEM
Budowa i zasada działania
modemu
Modemy służą do przesyłania
danych między komputerami za pomocą linii telefonicznych. Aby
transmisja danych poprzez łącza telefoniczne była możliwa, konieczne
jest przekształcenie danych cyfrowych na sygnały analogowe, które
winny być całkowicie zawarte w zakresie częstotliwości przenoszonych
przez kanały telefoniczne tzn. od 300 Hz do 3400 Hz. Konwersja ta
dokonywana jest właśnie w modemach w procesie modulacji i
demodulacji. Głównym zadaniem modemów jest więc zamiana sygnałów
cyfrowych na analogowe i odwrotnie. Rysunek przedstawia zasadę
danych poprzez linię telefoniczną: modem lokalny odbiera dane
cyfrowe, przesyłane z komputera , zamienia je w modulatorze na
postać analogową i transmituje poprzez linię telefoniczną do modemu
oddalonego. Ten z kolei dokonuje za pomocą demodulatora zamiany
postaci analogowej danych na postać cyfrową i wysyła je do
komputera. Każdy modem musi być więc wyposażony w modulator i
demodulator, których zadaniem jest konwersja danych z postaci
cyfrowej na analogową i odwrotnie. Modemy wolne (o szybkości
transmisji 300 bit/s) wykorzystują modulację fazy FSX- kluczowanie
częstotliwości, polegającą na zamianie zer i jedynek na sygnały
sinusoidalne odpowiednich częstotliwościach. Modemy pracujące z
szybkością 1200 bit/s używają innej techniki modulacji, zwanej DPSK
- różnicowej modulacji z kluczowaniem fazy. W przypadku tej metody
dane transmitowane są parami, po dwa bity jednocześnie; każda para
wywołuje odpowiedni skok fazy nośnej. W modemach pracujących z
szybkością 2400 bit/s stosuje się kwadraturową modulację amplitudy
QAM. Sygnał nośnej poddawany jest modulacji amplitudy i fazy. Bity
przed wysłaniem grupowane są w "czwórki". Cztery bity mogą przyjąć
16 różnych kombinacji. Na tyle samo sposobów może zostać zmieniona
faza, amplituda bądź faza i amplituda jednocześnie sygnału
modulowanego. W transmisji pełnodupleksowej (ang. Full - Duplex,
FDD), w której odbieranie i nadawanie następuje jednocześnie,
stosuje się częstotliwościowe zwielokratnianie kanału (FDM -
Frequency Division Multiplexing) do zakresu szybkości transmisji
2400 bit /s. Dzięki zwielokratnianiu, kanał telefoniczny dzielony
jest na dwa podkanały: górny i dolny. Jeden z nich używany jest do
wysyłania danych i do odbioru. Dane nadchodzące (nadawane) z
komputera do modemu rozpoczynającego transmisję wysyłane są kanałem
niższym. Dla danych nadchodzących z modemu odpowiadającego
przeznaczony jest kanał wyższy. W kanale niższym falę o
częstotliwości 1200 Hz. W modemach dupleksowych pracujących z
szybkością większą niż 2400bit /s stosowana jest fala nośna o
częstotliwości 1800 Hz dla obu kierunków transmisji. W takiej
sytuacji sygnał docierający do modemów jest kompozycją następujących
sygnałów: sygnału echa bliskiego (Ueb) - odbitego od centrali
miejscowej, sygnału echa dalekiego (Ued) - odbitego od centrali
oddalonej i sygnału z modemu oddalonego (Ub). Modem A (patrz
rysunek) odbiera więc sumę sygnałów: S(t)=Ueb(t)+Ued(t)+Ub(t). Aby a
sumy otrzymanych sygnałów wydzielić informację przesłaną z modemu B
(Ub), modem A musi mieć możliwość zapamiętania własnego sygnału
wysyłanego do modemu B (innymi słowy, modem A musi wiedzieć jak
wygląda jego echo bliskie i dalekie: musi więc zapamiętać własny
wysyłany sygnał w czasie co najmniej 1.7 ms). Dzięki właściwości
odtworzenia własnego echa bliskiego i dalekiego, modem A może
wydzielić z sumy sygnałów S(t), informację wysłaną z modemu B, tj:
Ub(t)=S(t)-Ueb(t)-Ued(t). Bloki funkcjonalne modemu
Modem zawiera kilka podstawowych bloków
funkcjonalnych: - mikrokontroler (ang. MAC - Modem Advanced
Controller) - blok analogowy (ang. MAP Modem Analog
Peripheral) - interfejs komputera (V.24/RS-232) - interfejs
linii telefonicznej - blok przełączników, wyświetlaczy,
głośnika, itd.
Ta podstawowa architektura pozostaje niezmieniona od
lat, jednakże wewnętrzna struktura bloków jest zależna od
konkretnego wykonania i realizowania funkcji. Na rysunku pokazano
schemat blokowy modemu. Mikrokontroler (MAC) sterowany jest za
pomocą oprogramowania zawartego w pamięci ROM. Układ składa się z
czterech sekcji logicznych: wewnętrznego procesora, rejestrów,
pamięci, wewnętrznego układu UART. Blok analogowy (MAP) sterowany
jest przez kontroler MAC. Realizuje algorytmy modulacyjne i inne
niezbędne wymienione niżej funkcje, którym odpowiadają adekwatne
bloki funkcjonalne: nadajnik, odbiornik, interfejs kontrolera.
Schemat blokowy układu MAP przedstawia rysunek. Szybkość danych
przekazywanych synchronicznie z komputera do modemu może wahać się w
granicach od +2.3% do -2.5%, a modulator QAM wymaga stabilności
strumienia danych 0.01%. Występuje zatem konieczność uporządkowania
napływających danych. Funkcje tę spełnia konwerter async/sync,
taktowany wewnętrznym zegarem modemu. Zadaniem skramblera jest
wprowadzenie przypadkowości w strumieniu danych tak aby energia
zmodulowanej fali nośnej rozłożona była równomiernie w całym paśmie
jednego z dwóch kanałów (dolnego lub górnego). Podstawowym układem
skramblera jest 17 - bitowy rejestr przesuwny taktowany sygnałem
zegarowym o częstotliwości 2400/ 1200 Hz. Sygnały z wyjść 14 i 17
poddawane są działaniu funkcji EX-OR. Sygnał będący wynikiem tej
operacji oraz strumień danych wejściowych podlegają następnie
kolejnej operacji EX-OR. Uzyskany w ten sposób rezultat z wyjścia
skramblera zostaje skierowany na wejście rejestru 17-bitowego. Jeśli
dane na wejściu skramblera oznaczymy symbolem Di, na wyjściu
natomiast - symbolem Ds, to układ ten realizuje funkcję: Sekcja
filtrów pasmowych składa się z filtru dolnego pasma o częstotliwości
środkowej 1200 Hz i filtru górnego pasma o częstotliwości środkowej
1200 Hz. Sygnał analogowy odbierany z linii RxA wprowadzany jest
poprzez odpowiedni filtr pasmowy do układu programowania regulacji
wzmocnienia oraz detektora energii (fali nośnej). Detektor energii
wykazuje obecność sygnału, jeśli jego poziom przekracza -43 dB.
Układ programowanej regulacji wzmocnienia pozwala ustawić 64
poziomowy wzmocnienia z krokiem 0.75 dB. Demodulator wydziela
strumień danych w postaci analogowej z sygnału przychodzącego z
linii telefonicznej. Przetwornik A/C zamienia dane z postaci
analogowej na postać cyfrową. W trybie asynchronicznym dane
powracające do procesora przepuszczane są przez konwerter
sync/async, by zrekonstruować pierwotną postać. Deskrambler
realizuje funkcję odwrotną do skramblera. Interfejs linii
telefonicznej jest blokiem, którego główne zadania są następujące:
dopasowanie impedancyjne, zapewnienie symetrii wejścia/ wyjścia,
zapewnienie obciążenia stałoprądowego, generowanie impulsów
wybierania numeru oraz detekcja sygnału wywołania. Sygnał analogowy
TxA przechodzi przez zespół wzmacniaczy, transformator
symetryzujący, a następnie wysyłany jest w linię telefoniczną.
Uproszczony schemat interfejsu linii telefonicznej ilustruje rysunek
. Detektor sygnału Ring wykrywa sygnał dzwonienia w linii
telefonicznej i powiadamia o tym procesor MAC, który za pomocą
sygnału OH uruchamia przekaźnik, przełączający obwód linii
telefonicznej z pozycji 1 na pozycję 2. Ponadto procesor, sygnałem
AR, dołącza do linii telefonicznej bocznik prądowy którego zadaniem
jest zapewnienie rezystancji telefonicznej, dla składowej stałej
(widzialnej przez centralę miejscową), mniejszej niż 300 ?. W ten
sposób telefon zostaje odłączony od linii telefonicznej. W
pamięci NVRAM (EPROM) przechowywane są pewne standardowe parametry
modemu ustawiane przez producenta, takie jak: szybkość transmisji
(bit/s); informacja o bitach kontrolnych; echo lokalne; odpowiedź
modemu w postaci słownej/cyfrowej; wybieranie numeru
impulsowe/częstotliwościowe; czas trwania testu (od 0 do 255 sek.);
sterowanie liniami RTS/CTS; sterowanie linią DTR; sterowanie linią
DCD; sterowanie linią DSR; rozłączenie przez sygnał przerwania;
poziom głośności; współczynnik impulsowania; wybór sygnału
ochronnego (150 Hz/1800 Hz); połączenie na łączach
komutowanych/trwałych; wybór standardu CCITT lub Bell. Parametry
ustawione przez producenta można zmieniać za pomocą rozkazów
Hayes'a. Pamięć RAM wykorzystywana jest jako bufor danych w
przypadku zestawienia połączenia z korekcją błędów i kompresją
danych. Poświęćmy jeszcze kilka słów budowie modemów; jak już
wcześniej powiedzieliśmy, obecnie produkuje się dwa rodzaje modemów:
modemy zewnętrzne-wolnostojące, które łączy się z komputerem za
pomocą interfejsu RS-232 oraz modemy wewnętrzne, wykonane w formie
karty rozszerzającej Modem wolnostojący pokazano na rysunku. Na
tylnej ścianie modem posiada gniazdo interfejsu V.24 (RS-232),
służące do połączenia z komputerem. Gniazda RJ-11 służą do
połączenia modemu do linii telefonicznej i do aparatu
telefonicznego. Niektóre modemy wyposażone są w trzy gniazda RJ-11;
trzecie gniazdo używane jest do połączeń trwałych. Zespół
mikroprzełączników służy do ustawienia pewnych funkcji specjalnych.
Np. w modemie M.-3212 produkcji TEL-EKO przełączniki służą do
ustawienia następujących funkcji: tryb synchroniczny/
asynchroniczny; praca na liniach komputerowych/ trwałych,
wyłączenie/włączenie sterowania rozkazami Hayes`a itd. Na przedniej
ścianie modemu znajdują się diody LED, sygnalizujące rodzaj
pracy:
EC Error Corection - świeci, gdy zestawione zostało
połączenie niezawodne TM Test Modem -świeci podczas testowania
modemu TR Terminal Ready -świeci, gdy komputer wysyła do modemu
sygnał gotowości DTR MR Modem Ready -świeci po zakończeniu
zestawienia połączenia; odpowiada sygnałowi DSR CD Carrier
Detect -świeci po wykryciu przez modem fali nośnej SD Send Data
-miga w takt danych nadawanych RD Receive Data -miga w takt
danych odbieranych AA Auto Answer -świeci, gdy włączona jest
funkcja auto-answer OH Off Hook -świeci. gdy modem jest
podłączony do linii telefonicznej PW Power -świeci, gdy modem ma
włączone zasilanie
Modemy wykonywane są również w formie
kart rozszerzających - wtedy instaluje się je bezpośrednio w wolnym
gnieździe płyty głównej.

Podsumowanie: Modem, urządzenie
pozwalające połączyć komputer z siecią Internet za pośrednictwem
łącz telefonicznych. Jego praca polega na zamianie sygnału cyfrowego
(danych komputerowych) na analogowy (sygnał telefoniczny) i
odwrotnie. Modemy mogą być wewnętrzne (w postaci karty rozszerzeń) i
zewnętrzne (urządzenie podłączane do komputera za pomocą złącza
RS-232). Najważniejszym parametrem charakteryzującym modem jest jego
szybkość transmisji (do 56 kbps).
do początku
strony |