Структура модема, методы модуляции, стандарты и программные средства для модемов

Особенности стандартов V.34, V.90 и V.92

Cтандарт V.34 имеет длинное название, в переводе имеющее следующий вид: "Модем, обеспечивающий передачу данных со скоростями до 28800 (33600) бит/с для использования на коммутируемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных выделенных каналах телефонного типа". Таким образом, этот стандарт ориентирован на применение в наиболее распространенных типах телефонных линий. Стандарт V.34 имеет две "версии" или редакции – в первой редакции стандарта от 1994 г. предусматривалась скорость передачи не выше 28800 бит/с, во второй от 1998 г. этот предел был увеличен до 33600 бит/с. Кроме перечисленных ранее, этот стандарт имеет ряд других принципиальных особенностей:

• более полное использование полосы пропускания телефонной линии. Из шести предусмотренных стандартом V.34 символьных скоростей передачи две наибольшие (3200 и 3429 символов/с) требуют ширины полосы пропускания линии превышающей стандартное значение 3100 Гц, но достижимой для ряда реальных телефонных линий;
• введение в передаваемый сигнал наряду с линейными нелинейных предискажений для частичной компенсации нелинейных искажений, вносимых аппаратурой с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), работающей на линии. На комплексной плоскости такие предыскажения выглядят в виде неравномерного (отличающегося от строго решетчатого) расположения сигнальных точек;
• развитый сервис, включающий возможность организации асимметричной передачи (разные скорости, несущие частоты, число точек на комплексной плоскости и другие режимы работы для модемов на противоположных концах линии), полудуплексного обмена (эхокомпенсация не используется) и дополнительного канала;
• автоматический адаптивный выбор режимов работы модемов в соответствии с параметрами реальной телефонной линии. Для этого модемы попеременно передают друг другу последовательность из 21 гармонического колебания с частотами в диапазоне от 150 до 3750 Гц, определяют возможные режимы работы и обмениваются информацией о них. Настройка скорости работы модемов в соответствии с качеством связи (отношением сигнал-шум) означает, что фактически скорость может уменьшаться с шагом 2400 бит/с и в случае отношения сигнал-шум менее 20 дБ (реальная цифра для некоторых отечественных телефонных линий, особенно при междугородней связи) окажется не более 9600 бит/с. Связь ряда достижимых значений скоростей передачи с отношением сигнал-шум для стандарта V.34 показана на рис. 17.2.

Как следует из анализа особенностей стандарта V.34, он практически полностью использует возможности, предоставляемые стандартными аналоговыми телефонными линиями. Дальнейший рост скорости передачи по линии возможен только при использовании линий с большей полосой пропускания, что и предусмотрено в стандарте V.90 для модемов со скоростью передачи до 56 Кбит/с, часто обозначаемых как V.90- или 56К–модемы. Стандарт V.90 на 56К–модемы утвержден ITU-T в сентябре 1998 г. На рис. 18.8 приведена иллюстрация принципа работы обычных (со скоростью передачи до 33600 бит/с на основе стандарта V.34) и 56К(V.90)–модемов в телефонной сети общего пользования. Несмотря на то, что большая часть сети цифровая, при работе на обоих концах линии модемы, соответствующие протоколу V.34, применяют ее как полностью аналоговую. Это означает необходимость использования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) при передаче сигналов в обоих направлениях. В результате дискретизации сигналов по амплитуде АЦП вносят заметный вклад в ухудшение отношения сигнал-шум и скорость передачи в обоих направлениях одинакова (при самых благоприятных условиях до 33600 бит/c). Однако если на одном из концов линии (у провайдера) использовать специальный цифровой V.90-модем, подключенный непосредственно к цифровой части телефонной сети, а на другом конце (у клиента) аналоговый V.90-модем, то в направлении от провайдера к пользователю АЦП отсутствует и скорость (теоретически) может быть увеличена до 56Кбит/c. Сама по себе цифровая телефонная сеть имеет скорость передачи 64 Кбит/с, однако наличие дополнительных искажений и шумов от работы ЦАП и АТС, хотя и меньших по уровню, чем шум дискретизации АЦП, ограничивает достижимую скорость передачи. Кроме того, тестирование 56К-модемов показывает возможность достижения скорости в диапазоне 40...50 Кбит/с при связи с местной телефонной станцией и 28...33 Кбит/с при работе на международных линиях.

Рис. 18.8. Иллюстрация принципа работы обычных и 56К(V.90)–модемов

Таким образом, достижение скорости передачи 33,6 Кбит/с и, тем более, 56 Кбит/с требует выполнения целого ряда условий. В первую очередь сама по себе телефонная линия со всем оборудованием, которое используется для преобразования сигналов и коммутации каналов, должна быть достаточно качественной, с наименьшим количеством вносимых искажений сигналов.

Для работы со скоростью 56 Кбит/с, необходимо выполнение дополнительных трех условий:

1. Цифровое подключение на одном из концов (со стороны провайдера).
2. Поддержка стандарта V.90 на обоих концах. Стандарт V.90 должен поддерживаться на обоих концах соединения: как аналоговым модемом пользователя, так и сервером удаленного доступа или модемным пулом на стороне хост-компьютера. Переход к стандарту V.90 не означает обязательного приобретения нового модема, так как некоторые из них допускают сугубо программный "upgrade".
3. Одно аналого-цифровое преобразование. На пути следования сигнала между цифровым модемом V.90 и аналоговым модемом может быть только одно аналого-цифровое преобразование.

В июне 2000 г. обнародована серия новых протоколов V.92, V.44 и V.59. Протокол V.92 является развитием протокола V.90 по части выравнивания скоростей передачи в обоих направлениях обмена. Максимальная исходящая скорость от пользователя увеличена с 33,6 (V.90) до 48 Кбит/с. Это достигается за счет изменения способа кодирования информации (ИКМ). Исходящая от пользователя информация может передаваться со скоростями от 24 до 48 Кбит/с с шагом 1,333 Кбит/с как и в протоколе V.90. Кроме того, уменьшается время вхождения в связь с 20 (V.90) до 10 с (более быстрое соединение – Quick Connect). Второй протокол V.44 позволяет увеличить степень сжатия передаваемых данных как 6:1, то есть на 25% в сравнении с V.42bis, который обеспечивал сжатие 4:1. Производительность (информационная скорость передачи) может увеличиться до 300 Кбит/с. И, наконец, третий протокол V.59 вводит такую услугу, как возможность прерывания передачи данных на время от 0 до 16 минут и ответ входящему вызову. Для реализации сервисов, предоставляемых стандартом V.92, необходимо выполнение таких же условий, как и для стандарта V.90.