8.3.1. загальні положення
Основні характеристики модемів визначаються Рекомендаціями МСЕ-Т серії V, також звані модемними протоколами фізичного або канального рівня.
Перш ніж розглядати конкретні Рекомендації, розглянемо наведені в них основні характеристики і параметри модемів.
Нагадаємо, що модуляція (див. Підрозділ 6.1.1) полягає в зміні одного з параметрів (амплітуди, частоти або фази) несучої або спільно декількох параметрів в залежності від значень інформаційних біт.
На тимчасовій діаграмі несучого сигналу можна виділити рівні за тривалістю відрізки часу, на яких має сигнал має певні постійні значення своїх параметрів. Ці відрізки часу називають Бодов інтервалами. Число Бодов інтервалів в одиницю часу визначає модуляційну швидкість (ще її називають лінійною або бодовой). Модуляционная швидкість вимірюється в бодах.
Якщо кодується елемент відповідає одному біту інформації (0 або 1), то на бодовом інтервалі параметри сигналу відповідно можуть приймати одну з двох певних сукупностей значень амплітуди, частоти і фази. В цьому випадку модуляційна швидкість дорівнює інформаційної, тобто 1 бод = 1 біт / с. Кодується елемент може відповідати не одному, а, наприклад, двом бітам інформації. У цьому випадку інформаційна швидкість буде вдвічі перевершувати Бодов, а параметри сигналу на бодовом інтервалі можуть приймати одну з чотирьох сукупностей значень, що відповідають 00, 01, 10 або 11.
Якщо на бодовом інтервалі кодується N біт, то інформаційна швидкість буде перевершувати Бодов в N раз. Кількість можливих станів сигналу в тривимірному просторі - амплітуда, частота, фаза - буде дорівнює 2 N. Це означає, що демодулятор модему, отримавши на бодовом інтервалі якийсь сигнал, повинен буде порівняти його з 2 N еталонними сигналами і безпомилково вибрати один з них для декодування шуканих N біт. Зі збільшенням ємності кодування та зростанням інформаційної швидкості щодо бодовой, відстань в сигнальному просторі між двома сусідніми точками скорочується в статечної прогресії. А це, в свою чергу, накладає все більш жорсткі вимоги до якості каналу. Теоретично можлива швидкість в реальному каналі визначається формулою Шеннона:
де # 68; F - ширина смуги пропускання каналу, # 114; - відношення потужності сигналу до потужності шуму.
Другий співмножник визначає можливості каналу з точки зору його зашумленности за достовірною передачі сигналу, що несе не один біт інформації в бодовом інтервалі. Так, наприклад, якщо відношення сигнал / шум відповідає 20 дБ, тобто потужність сигналу, який доходить до віддаленого модему, в 100 разів перевершує потужність шуму ( # 114; = 100), і використовується повна смуга каналу тональної частоти (3100 Гц), максимальна межа по Шеннон дорівнює 20640 біт / с.
Проблема організації одночасної двосторонньої зв'язку (дуплекс) з полягає в можливості демодулятора модему розпізнати вхідний сигнал на тлі відбитого власного вихідного сигналу, який фактично стає для модему шумом. При цьому його потужність може бути не тільки порівнянна, але в більшості випадків значно перевершувати потужність корисного сигналу.
Одним із способів забезпечення двостороннього зв'язку є метод ЧРК. Вся смуга пропускання каналу розділяється на два частотних подканала, по кожному з яких проводиться передача в одному напрямку. Вибір подканала передачі здійснюється на етапі встановлення з'єднання і, як правило, однозначно пов'язаний з роллю модему в сеансі зв'язку: що викликає або відповідає.
Очевидно, що цей метод не дозволяє використовувати можливості каналу в повному обсязі зважаючи на значне звуження смуги пропускання. Для виключення взаємного впливу напрямків передачі вводиться значний захисний інтервал, в результаті чого частотні підканалів стають менше половини повної смуги каналу. Даний метод забезпечення двостороння обмежує швидкість передачі інформації. Існуючі протоколи фізичного рівня, що використовують ЧРК, забезпечують симетричну дуплексний зв'язок зі швидкостями, що не перевищують 2400 біт / с.
Ряд протоколів забезпечують і більш швидкісну зв'язок, але в одному напрямку, в той час як зворотний канал - значно повільніше. Поділ частот в цьому випадку здійснюється на нерівні по ширині смуги пропускання підканали. Цей різновид двостороння називається асиметричною.
Іншим методом забезпечення симетричного дуплекса, який використовується у всіх високошвидкісних протоколах, є технологія ехоподавлення (ехокомпенсаціі). Суть її полягає в тому, що модеми, володіючи інформацією про власний вихідному сигналі, можуть використовувати це знання для фільтрації "власного" шуму (ехосигнала) з прийнятого сигналу. На етапі входження в зв'язок кожен модем, посилаючи зондує сигнал, визначає параметри ехосигнала: кількість відображень, час запізнювання і потужність кожного відбитого сигналу та ін. В процесі сеансу зв'язку ехокомпенсатор модему віднімає з прийнятого вхідного сигналу свій власний вихідний сигнал, скоригований відповідно до отриманих параметрами ехосигнала.
Ця технологія дозволяє використовувати для дуплексної передачі інформації всю ширину смуги пропускання каналу, однак вимагає при реалізації значних обчислювальних ресурсів на сигнальну обробку.
Нарешті, варто відзначити, що багато протоколів і не намагаються забезпечити дуплексний зв'язок. Це так звані напівдуплексні протоколи. Зокрема, всі протоколи, призначені для факсимільного зв'язку - напівдуплексні. В цьому випадку в кожен момент часу інформація передається тільки в одну сторону. Після закінчення прийому / передачі деякої порції інформації обидва модему (факсу) синхронно перемикають напрям передачі даних. Зважаючи на відсутність проблем з взаємним проникненням подканалов передачі, а також з луна, напівдуплексні протоколи в загальному випадку характеризуються більшою завадостійкістю і можливістю використання всієї ширини смуги пропускання каналу.
Однак, в цьому випадку ефективність використання каналу для передачі даних в порівнянні з дуплексними протоколами нижче. Пов'язано це насамперед з тим, що практично всі протоколи передачі даних, як канального рівня (MNP, V.42), так і рівня передачі файлів (X, Y, Zmodem, не кажучи вже про протоколах типу BiDirectional), вимагають двостороннього обміну, принаймні для підтвердження прийнятої інформації. А будь-який перемикання напрямку передачі, крім неможливості в даний момент передавати чергову порцію інформації користувачів, вимагає додаткових накладних витрат за часом на взаємну пересінхронізацію приймальні і передавальної сторін.