Модемы

В настоящее время появились информационные системы, построенные на основе профессиональной компьютерной и коммуникационной техники, Это разнообразные доски объявлений (BBS—Bulletine Board Systems ), системы электронной почты и т. п. Все они взаимодействуют с абонентами по обычным коммутируемым телефонным линиям..

Многие системы (в том числе -и коммерческие) предоставляют публичные (бесплатные) виды информационных услуг. Их пользователи могут прочитать свежие бюллетени по многим отраслям компьютерной техники и программного обеспечения (вирусы, особенности работы с программами, новости в мире коммуникаций и т, д.). Желающие могут даже откачать файлы с программами, разрешенными для некоммерческого распространения (PD8 - Public Domain Software ),

Важным элементом информационных систем является модем (МОДулятор — ДЕМодулятор ) — устройство, преобразующее цифровые сигналы в аналоговые, и наоборот. Для коммуникационного оборудования таких систем стандарты задает Международный Консультативный Комитет по Телефонии и Телеграфии (МККТТ — CCITT). Практически, все используемые в СССР модемы поддерживают протоколы серии "V" МККТТ [1, 2], наиболее распространенные из которых приведены в табл. 1.

Рекомендации серии протоколов "V" описывают передачу данных по телефонным сетям. Они включают спецификации для модемов, интерфейсов, оборудования для тестирования и характеристик линий связи, т. е. параметры, обеспечивающие совместимость между модемами, что необходимо для обеспечения гарантированного соединения пользователей системы. Практически все современные модемы построены на основе цифровых процессоров сигналов. Это дает возможность автоматически распознавать протокол вызывающего модема и настраиваться на его параметры.

В данной статье рассматривается лишь протокол V.21, применяемый в телефонных сетях общего пользования. Этот протокол обеспечивает невысокую скорость обмена. Однако процедура частотной модуляции/демодуляции наиболее подходит для реализации в любительских условиях с использованием аналоговой схемотехники.

Внутри модема есть два соединения (интерфейса): между модемом и аналоговой телефонной линией и между модемом и компьютером.

Интерфейс между модемом и телефонной линией должен удовлетворять установленным нормам подключения телекоммуникационного оборудования к телефонной линии:

— надежная гальваническая развязка с сетью,

— минимальный уровень внеполосных и радиочастотных помех в линию.

—номинальный уровень передачи (—6 дБ относительно уровня 1 мВт на эквиваленте линии 600 Ом),

— чувствительность приема не хуже — 45 дБ.

Наиболее просто требования по уровням гальванической развязки и излучаемым в линию помехам обеспечивает соединение посредством так называемого акустического адаптера, содержащего микрофон и динамическую головку. К этому устройству прикладывается телефонная трубка таким образом, чтобы обеспечить акустическую связь телефонного капсюля трубки с микрофоном модема и микрофона трубки с динамической головкой модема.

Акустическое соединение представляет собой своеобразный фильтр-ограничитель, не пропускающий в телефонную линию высокочастотные сигналы и ограничивающий развиваемую низкочастотную мощность на линии. Но акустическое соединение вносит фазовые искажения сигналов, что сказывается на устойчивости связи.

Наименьшие искажения создает электромагнитное соединение с телефонной линией, Однако в этом случае сложнее обеспечить развязку и фильтрацию помех.

Поэтому для любительского изготовления все же предпочтительнее акустическое соединение, не требующее специального тестирования на развязку и уровень помех.

Цифровой интерфейс между модемом и компьютером также должен отвечать требованиям стандарта МККТТ — V.24. Данный стандарт на подключение к компьютеру устройств по последовательному интерфейсу подробно рассматривался в [3, 4]. Для обеспечения работы модема с любым компьютером необходимо точное выполнение требований стандарта V.24.

Как известно, в телефонии тона различных частот могут распространяться по 2-проводной линии в противоположных направлениях, не мешая друг другу.

Если в пункте А воспроизвести в трубку звук высокого тона, а в пункте В одновременно воспроизвести звук низкого тона, то эти два сигнала будут распространяться навстречу друг другу без взаимного влияния. Это и обеспечивает дуплексный обмен, т, е. передачу сигналов в двух направлениях.

Дуплексный 2-проводный модем V.21 использует частотное уплотнение, когда полная полоса частот линии делится между каналами передачи и приема. Низкочастотную половину полосы называют каналом 1, а высокочастотную половину — каналом 2.

Для передачи и приема двоичных единицы и нуля используют пару частот. Низкие частоты каждого канала соответствуют двоичной единице, а высокие — двоичному нулю. Такой тип модуляции известен как частотная модуляция (ЧМ). Используют частоты, приведенные в табл. 2.

Каждый модем включает две пары модуляторов и. две пары демодуляторов для каналов 1 и 2. Использование модулятора канала 1 (Ml ) и демодулятора канала 2 (Д 2 ) означает, что передача идет на низких частотах, а прием - на высоких. И наоборот, использование модулятора канала 2 (М 2 ) и демодулятора канала 1 (Д1) означает, что передача идет на высоких частотах, а прием — на низких. Очевидно, для связи двух модемов с помощью 2-проводной линии нужно, чтобы один модем использовал пару М 1 /Д2, а другой — М2/Д1.

Каждый из модемов V.21 должен иметь два режима работы:

— ВЫЗОВ или ORIGIN;

— ОТВЕТ или ANSWER.

Существует соглашение относительно того, какой модулятор/демодулятор использовать в данный момент времени. Это соглашение определено в терминах режим ВЫЗОВ и режим ОТВЕТ.

Если пункт А вызывает пункт В, то пункт А является ВЫЗЫВНЫМ, и модем в пункте А использует ВЫЗЫВНОЙ режим работы (М1/Д2). Если пункт В отвечает на вызов, модем в пункте В использует ОТВЕТНЫЙ режим работы (М2/Д1).

Если модем управляется каким-либо устройством (микроконтроллером или компьютером), то обычно при включении питания он находится в вызывном режиме. Модем, подключенный к телефонной линии, переходит в ответный режим как только он обнаружит вызывающий звонок. Когда связь по коммутируемой линии между двумя модемами разъединяется, модем, который находился в ответном режиме, возвращается в вызывной режим.

Модемы, подключенные к хост-компьютерам информационных систем, находятся постоянно в ответном режиме. Получив вызов (сигнал звонка по линии) модем подключается к линии и анализирует передаваемый сигнал, вызывающего модема. В результате анализа автоматически распознается протокол вызывающего модема и, если это возможно, с ним устанавливается соединение в нужном протоколе. С другой стороны, абоненты могут использовать более простые модемы (с фиксированным режимом и протоколом, без анализа сигналов).

Для универсальности применения модемов V.21 в них должны быть предусмотрены как вызывной, так и ответный режим, т. е. возможность переключения с М 1 /Д2 на М2/Д1. Два корреспондента, каждый из которых имеет, например, акустическое устройство соединения, не могут связаться друг с другом имея только вызывной режим модемов: одно из этих устройств должно работать в ответном режиме.

Модемы V21 МККТТ, к сожалению, не совместимы с очень широко распространенным американским стандартом Bell 103 и не могут работать совместно, так как стандарт Bell использует другие частоты (табл. 3).

Тем не менее модемы обоих стандартов V.21 и Bell 103 используют ЧМ и даже имеют одинаковый разнос частот 0 и 1 в 200 Гц. Так как на некоторых хост-компьютерах бывают установлены модемы американского производства, распознающие не стандарт V21, а Bell 103, часто применяют универсальные модемы с возможностью переключения стандартов: V.21 и Bell 103.

В заключение целесообразно отметить, что система режимов ВЫЗОВ — ОТВЕТ используется и в более сложных дуплексных модемах V.22 и V.22 bis, но с другими принципами модуляции и на более высоких скоростях обмена.