Модем

«Компьютерный модем» перенаправляется сюда. Не путать с компьютерным модерном .

Чтобы узнать о французской политической партии, известной как «Модем», см. « Демократическое движение (Франция)» . Чтобы узнать о древнем еврейском городе, см. Модиин-Маккабим-Реут .

Модемы с акустической муфтой использовали телефонную трубку в качестве аудионосителя: пользователь набирал нужный номер, а затем прижимал трубку к модему для завершения соединения. Эти системы обычно работали со скоростью 300 бит в секунду.

Модулятор -демодулятор или, чаще всего называемый модемом, представляет собой компьютерное аппаратное устройство, которое преобразует данные из цифрового формата в формат, подходящий для аналоговой среды передачи, такой как телефон или радио. Модем передает данные путем модуляции одного или нескольких сигналов несущей для кодирования цифровой информации , в то время как приемник демодулирует сигнал для воссоздания исходной цифровой информации. Цель состоит в том, чтобы создать сигнал , который можно легко передавать и надежно декодировать. Модемы могут использоваться практически с любыми средствами передачи аналоговых сигналов, от светодиодов до радио .

Ранние модемы представляли собой устройства, которые использовали звуковые сигналы, подходящие для передачи по традиционным телефонным системам и выделенным линиям . Обычно они работали со скоростью 110 или 300 бит в секунду (бит/с), а соединение между устройствами обычно осуществлялось вручную с использованием подключенной телефонной трубки . К 1970-м годам были доступны более высокие скорости: 1200 и 2400 бит/с для асинхронных коммутируемых соединений, 4800 бит/с для синхронных соединений по выделенным линиям и 35 кбит/с для синхронных выделенных линий с условными условиями. К 1980-м годам были выпущены менее дорогие модемы коммутируемого доступа со скоростью 1200 и 2400 бит / с, а также были доступны модемы, работающие по радио и другим системам. Поскольку в конце 1990-х годов сложность устройств быстро росла, телефонные модемы быстро исчерпали доступную полосу пропускания , достигнув 56 кбит/с.

Рост публичного использования Интернета в конце 1990-х годов привел к требованию гораздо более высокой производительности, что привело к переходу от аудиосистем к совершенно новым кодировкам на линиях кабельного телевидения и сигналам ближнего действия на поднесущих на телефонных линиях. Переход на сотовые телефоны , особенно в конце 1990-х годов, и появление смартфонов в 2000-х годах привели к развитию все более быстрых радиосистем. Сегодня модемы повсеместно распространены и практически невидимы, они в той или иной форме включены почти в каждое мобильное вычислительное устройство и обычно способны развивать скорость порядка десятков или сотен мегабайт в секунду.

Скорости

Модемы часто классифицируются по максимальному объему данных, которые они могут отправить в данную единицу времени , обычно выражаемому в битах в секунду (символ бит/с , иногда сокращенно «бит/с») или редко в байтах в секунду (символ B/с ). . Скорость современных широкополосных модемов обычно выражается в мегабитах в секунду (Мбит/с).

Исторически модемы часто классифицировались по скорости передачи символов , измеряемой в бодах . Единица в бодах обозначает количество символов в секунду или количество раз в секунду, которое модем отправляет новый сигнал. Например, стандарт ITU-T V.21 использовал частотную манипуляцию звука с двумя возможными частотами, соответствующими двум различным символам (или одному биту на символ), для передачи 300 бит в секунду со скоростью 300 бод. Напротив, исходный стандарт ITU-T V.22 , который мог передавать и принимать четыре отдельных символа (два бита на символ), передавал 1200 бит, отправляя 600 символов в секунду (600 бод) с использованием фазовой манипуляции .

Многие модемы имеют переменную скорость, что позволяет использовать их в среде с далеко не идеальными характеристиками, например, в телефонной линии низкого качества или слишком длинной. Эта возможность часто является адаптивной, так что модем может определить максимальную практическую скорость передачи на этапе соединения или во время работы.

Коллекция модемов, когда-то использовавшихся в Австралии, включая модемы коммутируемого доступа, DSL и кабельные модемы.

Общая история

Модемы возникли из-за необходимости подключать телетайпы по обычным телефонным линиям вместо более дорогих выделенных линий, которые ранее использовались для телетайпов с токовой петлей и автоматических телеграфов . Самыми ранними устройствами, подпадающими под определение модема, возможно, были мультиплексоры , использовавшиеся новостными службами в 1920-х годах.

В 1941 году союзники разработали шифрования систему голоса под названием SIGSALY , которая использовала вокодер для оцифровки речи, затем шифровала речь с помощью одноразового блокнота и кодировала цифровые данные в виде тонов с использованием частотной манипуляции. Это также был метод цифровой модуляции, что сделало его одним из первых модемов.

Коммерческие модемы в основном не стали доступны до конца 1950-х годов, когда быстрое развитие компьютерных технологий создало спрос на метод соединения компьютеров на больших расстояниях, в результате чего компания Bell , а затем и другие предприятия начали производить все большее количество компьютерных модемов для использования. как по коммутируемым, так и по выделенным телефонным линиям.

Более поздние разработки привели к созданию модемов, которые работали по линиям кабельного телевидения , линиям электропередачи и различным радиотехнологиям , а также модемам, которые достигали гораздо более высоких скоростей по телефонным линиям.

Коммутируемый доступ

Модем коммутируемого доступа передает компьютерные данные по обычной коммутируемой телефонной линии, которая не предназначена для использования данных. Когда-то это была широко известная технология, массово продаваемая во всем мире коммутируемого доступа в Интернет . В 1990-х годах десятки миллионов людей только в Соединенных Штатах использовали модемы для доступа в Интернет.

С тех пор услуги коммутируемого доступа в значительной степени вытеснены широкополосным доступом в Интернет . например, DSL .

История

1950-е годы

TeleGuide terminal

Массовое производство модемов телефонных линий в США началось как часть SAGE системы ПВО в 1958 году, соединяя терминалы на различных авиабазах, радиолокационных станциях и центрах управления и контроля с директорскими центрами SAGE, разбросанными по Соединенным Штатам и Канада .

Вскоре после этого, в 1959 году, технология модемов SAGE стала коммерчески доступной под названием Bell 101 , которая обеспечивала скорость 110 бит/с. Белл назвал этот и несколько других ранних модемов «наборами данных».

1960-е годы

Некоторые ранние модемы были основаны на частотах тонального набора , например модемы в стиле Bell 400.

Стандарт Bell 103A был представлен компанией AT&T в 1962 году. Он обеспечивал полнодуплексную связь со скоростью 300 бит/с по обычным телефонным линиям. частотная манипуляция Использовалась : инициатор вызова передавал частоту 1070 или 1270 Гц , а отвечающий модем передавал частоту 2025 или 2225 Гц.

Модем 103 в конечном итоге стал стандартом де-факто, как только на рынок вышли сторонние производители (модемы, не принадлежащие AT&T), и на протяжении 1970-х годов независимо изготовленные модемы, совместимые со стандартом де-факто Bell 103, были обычным явлением. Примеры моделей включали Novation CAT и Anderson-Jacobson . Более дешевым вариантом был модем Pennywhistle , предназначенный для сборки из легкодоступных деталей.

Телетайпам был предоставлен доступ к удаленным сетям, таким как Teletypewriter Exchange, с использованием модема Bell 103. AT&T также выпустила недорогие модели: модемы 113D только для исходящих сообщений и модемы 113B/C только для ответов.

1970-е годы

201A представлял Data-Phone (PSK) два бита на символ собой синхронный модем, использующий кодирование с фазовой манипуляцией , обеспечивающий полудуплексную скорость 2000 бит / с по обычным телефонным линиям. В этой системе два тона для любой стороны соединения передаются на тех же частотах, что и в системах со скоростью 300 бит/с, но немного не по фазе.

В начале 1973 года Вадич представил VA3400 , который работал в полнодуплексном режиме со скоростью 1200 бит/с по обычной телефонной линии.

В ноябре 1976 года компания AT&T представила модем 212A, аналогичный по конструкции, но использующий для передачи более низкий набор частот. Он не был совместим с VA3400, но он будет работать с модемом 103A со скоростью 300 бит/с.

В 1977 году Vadic ответил тройным модемом VA3467, модемом только для ответа, проданным операторам компьютерных центров, который поддерживал режим Vadic 1200 бит / с, режим AT&T 212A и работу 103A.

Оригинальный смарт-модем Hayes со скоростью 300 бод.

1980-е годы

Существенным достижением в области модемов стал Hayes Smartmodem , представленный в 1981 году. Smartmodem представлял собой стандартный модем прямого подключения 103A со скоростью 300 бит/с, но в нем появился командный язык, который позволял компьютеру делать запросы управления, такие как команды для набора номера. или отвечать на вызовы через тот же интерфейс RS-232, который используется для передачи данных. Набор команд, используемый этим устройством, стал стандартом де-факто, набором команд Hayes , который был интегрирован в устройства многих других производителей.

Автоматический набор номера не был новой возможностью — он был доступен через отдельные устройства автоматического вызова и через модемы с использованием X.21. интерфейса — но Smartmodem сделал его доступным в одном устройстве, которое можно было использовать даже с самыми минимальными реализациями повсеместного интерфейса RS-232, что сделало эту возможность доступной практически из любой системы или языка.

Внедрение смарт-модема сделало связь намного проще и доступнее. Это обеспечило растущий рынок для других поставщиков, которые лицензировали патенты Hayes и конкурировали по цене или путем добавления функций. В конечном итоге это привело к судебному иску по поводу использования запатентованного командного языка Hayes.

модемы дозвона обычно оставались на скорости 300 и 1200 бит/с (в конечном итоге становясь такими стандартами, как V.21 и V.22 До середины 1980-х ).

1982 года от Commodore VicModem для VIC-20 был первым модемом, который продавался по цене менее 100 долларов, и первым модемом, проданным тиражом в миллион единиц.

В 1984 году был создан V.22bis , система со скоростью 2400 бит/с, аналогичная по концепции системе Bell 212 со скоростью 1200 бит/с. Такое увеличение скорости передачи данных было достигнуто за счет определения четырех или восьми отдельных символов, что позволяло кодировать два или восемь различных символов. три бита на символ вместо одного. К концу 1980-х годов многие модемы могли поддерживать подобные улучшенные стандарты, и скорость 2400 бит/с стала обычным явлением.

Увеличение скорости модема значительно улучшило скорость реагирования онлайн-систем и сделало передачу файлов практичной. Это привело к быстрому росту онлайн-сервисов с большими библиотеками файлов, что, в свою очередь, дало больше поводов для владения модемом. Быстрое обновление модемов привело к такому же быстрому увеличению использования BBS.

Появление микрокомпьютерных систем с внутренними слотами расширения сделало практичными небольшие внутренние модемы. Это привело к появлению серии популярных модемов для шины S-100 и компьютеров Apple II , которые могли напрямую дозваниваться, отвечать на входящие вызовы и полностью вешать трубку с помощью программного обеспечения, что является основным требованием системы досок объявлений (BBS). Например, оригинальная CBBS была создана на машине S-100 с внутренним модемом Hayes, за ней последовал ряд подобных систем.

Эхоподавление стало особенностью модемов в этот период, что улучшило полосу пропускания, доступную для обоих модемов, позволив им игнорировать собственные отраженные сигналы.

Дополнительные улучшения были внесены за счет кодирования с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), которое увеличило количество бит на символ до четырех за счет комбинации фазового сдвига и амплитуды.

Передача со скоростью 1200 бод обеспечивала скорость V.27ter со скоростью 4800 бит/с , а со скоростью 2400 бод — V.32 со скоростью 9600 бит/с . Несущая частота в обеих системах составляла 1650 Гц.

Внедрение этих высокоскоростных систем также привело к развитию цифрового факса в 1980-х годах. В то время как ранняя технология факса также использовала модулированные сигналы в телефонной линии, цифровой факс использовал теперь стандартное цифровое кодирование, используемое компьютерными модемами. В конечном итоге это позволило компьютерам отправлять и получать изображения по факсу.

1990-е годы

Факс-модем USRobotics Sportster 14 400 (1994 г.)

В начале 1990-х годов были представлены модемы V.32, работающие со скоростью 9600 бит/с, но они были дорогими и начали выходить на рынок только тогда, когда был стандартизирован V.32bis, который работал со скоростью 14 400 бит/с.

Rockwell International Подразделение микросхем разработало новый набор микросхем драйверов, включающий стандарт V.32bis , и установило на него агрессивную цену. Компания Supra, Inc. заключила краткосрочное эксклюзивное соглашение с Rockwell и разработала SupraFAXModem 14400 на его основе . Представленный в январе 1992 года по цене 399 долларов (или меньше), он был вдвое дешевле более медленных модемов V.32, уже имеющихся на рынке. Это привело к ценовой войне, и к концу года V.32 умер, так и не получив широкого распространения, а модемы V.32bis стали широко доступны по цене 250 долларов .

V.32bis оказался настолько успешным, что старые высокоскоростные стандарты не имели особых преимуществ. USRobotics (USR) предложила версию HST со скоростью 16 800 бит/с, в то время как AT&T представила уникальный метод со скоростью 19 200 бит/с, который они назвали V.32ter , но ни один из нестандартных модемов не продавался хорошо.

Модем V.34 реализован как внутренняя ISA. карта

Модем для передачи данных/факса V.34 в качестве ПК-карты для ноутбуков

Внешний модем V.34 с RS-232 последовательным портом

Интерес потребителей к этим запатентованным усовершенствованиям угас во время длительного внедрения со скоростью 28 800 бит/с стандарта V.34 . Пока ждали, несколько компаний решили выпустить аппаратное обеспечение и представили модемы, которые они назвали V.Fast .

Чтобы гарантировать совместимость с модемами V.34 после ратификации стандарта (1994 г.), производители использовали более гибкие компоненты, обычно DSP и микроконтроллер , в отличие от специально разработанных ASIC модемных микросхем . Это позволит последующим обновлениям прошивки соответствовать стандартам после их ратификации.

Стандарт ITU V.34 представляет собой кульминацию этих совместных усилий. В нем использовались самые мощные методы кодирования, доступные на тот момент, включая канальное кодирование и кодирование формы. Вместо всего лишь четырех бит на символ ( 9,6 кбит/с ) новые стандарты использовали функциональный эквивалент от 6 до 10 бит на символ, а также увеличивали скорость передачи данных с 2400 до 3429 для создания со скоростью 14,4, 28,8 и 33,6 кбит/с. модемов . Эта скорость близка к теоретическому пределу Шеннона для телефонной линии.

56 кбит/с технологии

Хотя скорость 56 Кбит/с в течение некоторого времени была доступна для модемов выделенных линий, она не стала доступной для модемов коммутируемого доступа до конца 1990-х годов.

Банк модемов коммутируемого доступа у интернет-провайдера

технологии достижения скорости выше 33,6 кбит/с В конце 1990-х годов начали внедряться . Было использовано несколько подходов, но все они начинались как решения одной фундаментальной проблемы с телефонными линиями.

К тому времени, когда технологические компании начали исследовать скорости выше 33,6 кбит/с , телефонные компании почти полностью перешли на полностью цифровые сети. Как только телефонная линия доходила до местного центрального офиса, линейная карта преобразовывала аналоговый сигнал абонента в цифровой и наоборот. Хотя телефонные линии с цифровым кодированием теоретически обеспечивают ту же полосу пропускания, что и аналоговые системы, которые они заменили, сама оцифровка наложила ограничения на типы сигналов, которые можно было надежно закодировать.

Первая проблема заключалась в том, что процесс аналого-цифрового преобразования по своей природе имеет потери, но во-вторых, что более важно, цифровые сигналы, используемые телекоммуникационными компаниями, не были «линейными»: они не кодировали все частоты одинаковым образом, а вместо этого использовали нелинейное кодирование ( μ-law и a-law ), предназначенное для обеспечения нелинейной реакции человеческого уха на голосовые сигналы. Из-за этого было очень сложно найти кодировку со скоростью 56 кбит/с , которая могла бы выдержать процесс оцифровки.

Производители модемов обнаружили, что, хотя аналого-цифровое преобразование не может сохранить более высокие скорости, цифро-аналоговое преобразование может. Поскольку интернет-провайдер мог получить прямое цифровое соединение с телекоммуникационной компанией, цифровой модем , который подключается непосредственно к интерфейсу цифровой телефонной сети, например T1 или PRI, мог отправлять сигнал, который использовал каждый бит полосы пропускания, доступный в сети. система. Хотя этот сигнал все равно необходимо было преобразовать обратно в аналоговый на стороне абонента, это преобразование не исказило бы сигнал так же, как это произошло в противоположном направлении.

Ранние продукты коммутируемого доступа 56 тыс.

Первый вариант коммутируемого доступа со скоростью 56 Кбит (56 Кбит/с) представлял собой запатентованную разработку USRobotics , которую они назвали «X2», потому что скорость 56 Кбит/с была в два раза выше скорости (×2) модемов 28 Кбит.

В то время USRobotics занимала 40% рынка розничных модемов, а Rockwell International – 80% рынка чипсетов для модемов . Обеспокоенный тем, что его закроют, Роквелл начал работу над конкурирующей технологией 56k. Они объединились с Lucent и Motorola для разработки того, что они назвали «K56Flex» или просто «Flex».

Обе технологии появились на рынке примерно в феврале 1997 года; хотя проблемы с модемами K56Flex были отмечены в обзорах продуктов в июле, в течение шести месяцев обе технологии работали одинаково хорошо, причем различия во многом зависели от характеристик локального соединения.

Розничная цена этих первых 56-тысячных модемов составляла около 200 долларов США по сравнению со 100 долларами за стандартные 33-тысячные модемы. Совместимое оборудование также требовалось со стороны интернет-провайдеров (ISP), причем затраты варьировались в зависимости от того, можно ли обновить их текущее оборудование. К октябрю 1997 года около половины всех интернет-провайдеров предлагали поддержку 56 тыс. Потребительские продажи были относительно низкими, что USRobotics и Rockwell объяснили противоречивыми стандартами.

Стандартизированный 56k (V.90/V.92)

В феврале 1998 года Международный союз электросвязи (ITU) объявил о проекте нового со скоростью 56 кбит/с стандарта V.90 , получившего сильную поддержку в отрасли. Несовместимый ни с одним существующим стандартом, он представлял собой смесь обоих, но был разработан для обеспечения возможности использования обоих типов модемов путем обновления прошивки. Стандарт V.90 был одобрен в сентябре 1998 года и широко принят интернет-провайдерами и потребителями.

Стандарт ITU-T V.92 был одобрен ITU в ноябре 2000 года. и использовал технологию цифровой PCM для увеличения скорости загрузки до 48 кбит/с .

Высокая скорость загрузки была компромиссом. Использование скорости восходящего потока 48 кбит/с уменьшит скорость нисходящего потока до 40 кбит/с из-за эффектов эха в линии. Чтобы избежать этой проблемы, модемы V.92 предлагают возможность отключить цифровой восходящий поток и вместо этого использовать обычное аналоговое соединение со скоростью 33,6 кбит/с , чтобы поддерживать высокую цифровую нисходящую скорость 50 кбит/с или выше.

В V.92 также добавлены две другие функции. Во-первых, это возможность для пользователей, у которых есть ожидающий вызов, приостанавливать коммутируемое подключение к Интернету на длительные периоды времени, пока они отвечают на вызов. Вторая особенность — возможность быстрого подключения к своему провайдеру, достигаемая за счет запоминания аналоговых и цифровых характеристик телефонной линии и использования этой сохраненной информации при повторном подключении.

Эволюция скорости коммутируемого доступа

Эти значения являются максимальными, а фактические значения могут быть медленнее при определенных условиях (например, при зашумленных телефонных линиях). Полный список см. в сопутствующей статье « Список полос пропускания устройства» . Бод — это один символ в секунду; каждый символ может кодировать один или несколько битов данных.

Связь	Модуляция	Битовая скорость [кбит/с]	Год выпуска
, скорость 110 бод. Bell 101 Модем	ФСК	0.1	1958
300 бод ( Bell 103 или V.21 )	ФСК	0.3	1962
1200 бит/с (1200 бод) ( Bell 202 )	ФСК	1.2	1976
1200 бит/с (600 бод) ( Bell 212A или V.22 )	КФСК	1.2	1980
2000 бит/с (1000 бод) (Bell 201A)	ПСК	2.0	1962
2,400 bit/s (600 baud) ( V.22bis )	КАМ	2.4	1984
2,400 bit/s (1200 baud) ( V.26bis )	ПСК	2.4
4,800 bit/s (1600 baud) ( V.27ter )	ПСК	4.8
4800 бит/с (1600 бод, Bell 208B)	ДПСК	4.8
9,600 bit/s (2400 baud) ( V.32 )	решетка	9.6	1984
14.4 kbit/s (2400 baud) ( V.32bis )	решетка	14.4	1991
19.2 kbit/s (2400 baud) ( V.32terbo )	решетка	19.2	1993
28.8 kbit/s (3200 baud) ( V.34 )	решетка	28.8	1994
33.6 kbit/s (3429 baud) ( V.34 )	решетка	33.6	1996
56 kbit/s (8000/3429 baud) ( V.90 )	цифровой	56.0/33.6	1998
56 kbit/s (8000/8000 baud) ( V.92 )	цифровой	56.0/48.0	2000
Объединение модема (два модема 56k) ( V.92 )		112.0/96.0
Аппаратное сжатие (переменное) ( V.90 / V.42bis )		56.0–220.0
Аппаратное сжатие (переменное) ( V.92 / V.44 )		56.0–320.0
Веб-сжатие на стороне сервера (переменная) ( Netscape ISP )		100.0–1,000.0

Сжатие

Многие модемы коммутируемого доступа реализуют стандарты сжатия данных для достижения более высокой эффективной пропускной способности при той же скорости передачи данных. В.44 Это пример использования в сочетании с V.92 для достижения скорости более 56 Кбит по обычным телефонным линиям.

Поскольку телефонные модемы 56k начали терять популярность, некоторые интернет-провайдеры, такие как Netzero /Juno, Netscape и другие, начали использовать предварительное сжатие для увеличения очевидной пропускной способности. Такое сжатие на стороне сервера может работать гораздо эффективнее, чем сжатие «на лету», выполняемое в модемах, поскольку методы сжатия зависят от содержимого (JPEG, текст, EXE и т. д.). Недостатком является потеря качества, поскольку они используют сжатие с потерями , в результате чего изображения становятся пикселизированными и размазанными. Интернет-провайдеры, использующие этот подход, часто рекламируют его как «ускоренный коммутируемый доступ».

Эти ускоренные загрузки интегрированы в Opera. и амазонский шелк веб-браузеры, использующие собственное сжатие текста и изображений на стороне сервера, требующие, чтобы все данные проходили через их собственные серверы, прежде чем попасть к пользователю.

Способы крепления

Модемы коммутируемого доступа могут подключаться двумя различными способами: с помощью акустического соединителя или с помощью прямого электрического соединения.

Модемы с прямым подключением

Дело Hush-A-Phone Corp. против Соединенных Штатов , которое узаконило акустические соединители, применялось только к механическим соединениям с телефонным аппаратом, а не к электрическим соединениям с телефонной линией. Однако решение Carterfone 1968 года разрешало клиентам подключать устройства непосредственно к телефонной линии при условии, что они соблюдают строгие стандарты, определенные Bell, по невмешательству в телефонную сеть. Это открыло двери для независимого (не AT&T) производства модемов прямого подключения, которые подключались непосредственно к телефонной линии, а не через акустический соединитель.

В то время как Carterfone требовал от AT&T разрешения на подключение устройств, AT&T успешно доказала, что им следует разрешить требовать использования специального устройства для защиты своей сети, размещаемого между сторонним модемом и линией, называемого механизмом доступа к данным или DAA. . Использование DAA было обязательным с 1969 по 1975 год, когда новые правила FCC Part 68 разрешили использование устройств без DAA, предоставленного Bell, при условии, что эквивалентная схема была включена в устройство стороннего производителя.

Практически все модемы, выпущенные после 1980-х годов, имеют прямое соединение.

Акустические соединители

См. Также: Акустический соединитель.

Модем Novation CAT с акустической связью

Хотя Bell (AT&T) поставляла модемы, которые подключались через прямое проводное соединение к телефонной сети еще в 1958 году, их правила в то время не разрешали прямое электрическое подключение любого устройства, не произведенного Bell, к телефонной линии. Однако постановление Hush-a-Phone разрешало клиентам подключать к телефонному аппарату любое устройство , если это не мешает его работе. Это позволило сторонним производителям (не принадлежащим Bell) продавать модемы, использующие акустический соединитель .

При использовании акустического соединителя обычную телефонную трубку помещали в подставку с динамиком и микрофоном, расположенными так, чтобы они совпадали с микрофоном на трубке. Тоны, используемые модемом, передавались и принимались на телефонную трубку, которая затем ретранслировала их на телефонную линию.

Поскольку модем не был электрически подключен, он не мог ответить, повесить трубку или набрать номер, а все это требовало прямого управления линией. Тональный набор номера был бы возможен, но в то время тональный набор не был доступен повсеместно. Следовательно, процесс набора номера выполнялся пользователем, который поднимал трубку, набирал номер, а затем помещал трубку на соединитель. Чтобы ускорить этот процесс, пользователь может приобрести дозвонщик или устройство автоматического вызова .

Автоматические вызывные устройства

Ранние модемы не могли совершать или принимать вызовы самостоятельно, но для этих действий требовалось вмешательство человека.

Еще в 1964 году компания Bell представила устройства автоматического вызова, которые подключались отдельно ко второму последовательному порту на хост-машине и могли получить команду открыть линию, набрать номер и даже убедиться в успешном подключении дальнего конца перед передачей управления модему. . Позже станут доступны модели сторонних производителей, иногда называемые просто дозвонщиками , и такие функции, как возможность автоматического входа в системы разделения времени.

Со временем эта возможность будет встроена в модемы и больше не потребует отдельного устройства.

Модемы на базе контроллера и программные модемы

Основная статья: Софтмодем

Программный модем PCI Winmodem (слева) рядом с обычным модемом ISA (справа)

До 1990-х годов модемы содержали всю электронику и интеллект для преобразования данных в дискретной форме в аналоговый (модулированный) сигнал и обратно, а также для управления процессом набора номера в виде смеси дискретной логики и микросхем специального назначения. Этот тип модема иногда называют контроллерным .

В 1993 году Digicom представила Connection 96 Plus , модем, который заменил дискретные и специальные компоненты процессором цифровых сигналов общего назначения, который можно было перепрограммировать для перехода на более новые стандарты.

Впоследствии USRobotics выпустила Sportster Winmodem , аналогичную модернизируемую конструкцию на основе DSP.

По мере распространения этой тенденции в проектировании оба термина — программный модем и Winmodem — приобрели негативный оттенок в вычислительных кругах, не использующих Windows, поскольку драйверы были либо недоступны для платформ, отличных от Windows, либо были доступны только в виде неподдерживаемых двоичных файлов с закрытым исходным кодом. особая проблема для пользователей Linux.

Позже, в 1990-х годах, стали доступны программные модемы. По сути, это звуковые карты, и на самом деле в общей конструкции используется аудиокодек AC'97 , который обеспечивает многоканальный звук для ПК и включает три аудиоканала для сигналов модема.

Звук, отправляемый и принимаемый по линии модемом этого типа, генерируется и полностью обрабатывается программным обеспечением, часто в драйвере устройства. С точки зрения пользователя функциональная разница незначительна, но такая конструкция снижает стоимость модема за счет перемещения большей части вычислительной мощности в недорогое программное обеспечение вместо дорогих аппаратных DSP или дискретных компонентов.

Программные модемы обоих типов либо представляют собой внутренние карты, либо подключаются через внешние шины, такие как USB . Они никогда не используют RS-232, поскольку им требуются каналы с высокой пропускной способностью к хост-компьютерам для передачи необработанных аудиосигналов, генерируемых (отправляемых) или анализируемых (полученных) программным обеспечением.

Поскольку интерфейс не RS-232, стандарта для прямой связи с устройством не существует. Вместо этого программные модемы поставляются с драйверами, которые создают эмулируемый порт RS-232, с которым может взаимодействовать стандартное программное обеспечение модема (например, приложение дозвона операционной системы).

Голосовые/факс-модемы

«Голос» и «факс» — это термины, добавленные для описания любого модема, способного записывать/воспроизводить звук или передавать/принимать факсы. Некоторые модемы способны выполнять все три функции.

Голосовые модемы используются для интеграции компьютерной телефонии как в простых приложениях, таких как выполнение/прием вызовов непосредственно через компьютер с гарнитурой, так и в таких сложных, как полностью автоматизированные роботизированных вызовов системы .

Факс-модемы можно использовать для компьютерной передачи факсов, при которой факсы отправляются и принимаются без необходимости распечатывать входящие или исходящие факсы на бумаге. Это отличается от efax , в котором передача факсов осуществляется через Интернет, а в некоторых случаях вообще без использования телефонных линий.

Модем через IP (модем-реле)

Рекомендация ITU-T V.150.1 определяет процедуры взаимодействия КТСОП со шлюзами IP. В классическом примере этой настройки каждый модем коммутируемого доступа подключается к шлюзу ретрансляции модема. Затем шлюзы подключаются к IP-сети (например, к Интернету). Аналоговое соединение модема завершается на шлюзе и сигнал демодулируется. Демодулированные сигналы управления передаются по IP-сети в виде пакетов RTP, определяемых как события сигнализации состояния (SSE). Данные из демодулированного сигнала передаются по IP-сети через транспортный протокол (также определяемый как полезная нагрузка RTP), называемый Simple Packet Relay Transport (SPRT). Форматы пакетов SSE и SPRT определены в Рекомендации V.150.1 (Приложение C и Приложение B соответственно). Шлюз на удаленном конце, который получает пакеты, использует эту информацию для повторной модуляции сигнала для модема, подключенного на этом конце.

используется урезанная версия рекомендации под названием «Минимально необходимые требования (MER) для шлюзов V.150.1» (SCIP-216) Хотя Рекомендация V.150.1 не получила широкого распространения, в приложениях защищенной телефонии .

Облачные модемы

полностью программные модемы с возможностью развертывания в облачной среде (например, Microsoft Azure или AWS ). Хотя традиционно модемы представляют собой аппаратное устройство, существуют Используя соединение Voice-over-IP (VoIP) через SIP-транк , модулированные образцы аудио генерируются и отправляются по IP-сети через RTP и несжатый аудиокодек (например, G.711 μ-law или a-law).

Популярность

В 1994 году Ассоциация издателей программного обеспечения обнаружила, что, хотя 60% компьютеров в семьях США имеют модемы, только 7% семей выходят в Интернет. Исследование CEA , проведенное в 2006 году, показало, что коммутируемый доступ в Интернет в США снижается. В 2000 году коммутируемые подключения к Интернету составляли 74% всех домашних подключений к Интернету в США. Демографическая картина Соединенных Штатов по количеству пользователей модемов с коммутируемым доступом на душу населения более или менее повторяется в Канаде и Австралии в течение последних 20 лет.

Использование модемов коммутируемого доступа в США упало до 60% к 2003 году и составляло 36% в 2006 году. Модемы Voiceband когда-то были самым популярным средством доступа в Интернет в США, но с появлением новых способов доступа в Интернет традиционный модем 56K терял популярность. Модем коммутируемого доступа по-прежнему широко используется клиентами в сельской местности, где услуги DSL, кабельного, беспроводного широкополосного доступа, спутника или оптоволокна либо недоступны, либо они не желают платить ту цену, которую взимают компании, предоставляющие широкополосный доступ в Интернет. В своем годовом отчете за 2012 год AOL показала, что по-прежнему собрала около 700 миллионов долларов комиссий примерно с трех миллионов пользователей коммутируемого доступа.

телетайп/TDD

Устройства TDD представляют собой разновидность телетайпа, предназначенного для использования глухими или слабослышащими людьми, по сути это небольшой телетайп со встроенным модемом коммутируемого доступа и акустическим соединителем. Первые модели, выпущенные в 1964 году, использовали модуляцию FSK , как и ранние компьютерные модемы.

Модемы выделенной линии

Модем выделенной линии также использует обычную телефонную проводку, такую ​​​​как коммутируемый доступ и DSL, но не использует ту же топологию сети. В то время как коммутируемый доступ использует обычную телефонную линию и подключается через систему телефонной коммутации, а DSL использует обычную телефонную линию, но подключается к оборудованию в центральном офисе телекоммуникационной компании, арендованные линии не заканчиваются в телекоммуникационной компании.

Выделенные линии — это пары телефонных проводов, которые соединены вместе в одном или нескольких центральных офисах телекоммуникационной компании так, что они образуют непрерывную цепь между двумя местоположениями абонентов, такими как штаб-квартира компании и дополнительный офис. Они не обеспечивают питание или тональный сигнал — это просто пара проводов, соединенных в двух удаленных местах.

Модем коммутируемого доступа не будет работать на линии этого типа, поскольку он не обеспечивает питание, тональный сигнал и коммутацию, необходимые этим модемам. Однако модем с возможностью использования выделенной линии может работать по такой линии и фактически может иметь более высокую производительность, поскольку линия не проходит через коммутационное оборудование телекоммуникационной компании, сигнал не фильтруется и, следовательно, доступна большая полоса пропускания.

Модемы выделенных линий могут работать в 2-проводном или 4-проводном режиме. Первый использует одну пару проводов и может передавать одновременно только в одном направлении, а второй использует две пары проводов и может передавать в обоих направлениях одновременно. Когда доступны две пары, пропускная способность может достигать 1,5 Мбит/с, это полный канал передачи данных T1 .

В то время как более медленные модемы по выделенной линии использовали интерфейсы, например, RS-232 , более быстрые широкополосные модемы использовали, например, V.35 .

Широкополосный доступ

DSL-модем

Кабельный модем

термин «широкополосная связь» Ранее используется для описания более быстрой связи, чем то, что было доступно на каналах голосовой связи.

Термин «широкополосная связь» получил широкое распространение в конце 1990-х годов для описания технологии доступа в Интернет, превышающей максимальную скорость коммутируемого соединения 56 кбит/с. Существует множество технологий широкополосной связи, таких как различные технологии DSL ( цифровые абонентские линии ) и кабельная широкополосная связь.

Технологии DSL, такие как ADSL , HDSL и VDSL, используют телефонные линии (провода, проложенные телефонной компанией и изначально предназначенные для использования телефонным абонентом), но не задействуют большую часть остальной части телефонной системы. Их сигналы не передаются через обычные телефонные станции, а принимаются специальным оборудованием ( DSLAM ) в центральном офисе телефонной компании.

Поскольку сигнал не проходит через телефонную станцию, «набор номера» не требуется и ограничения полосы пропускания обычного голосового вызова не накладываются. Это обеспечивает гораздо более высокие частоты и, следовательно, гораздо более высокие скорости. ADSL, в частности, предназначен для одновременного использования голосовых вызовов и использования данных по одной и той же линии.

Точно так же кабельные модемы используют инфраструктуру, изначально предназначенную для передачи телевизионных сигналов, и, как и DSL, обычно позволяют принимать телевизионные сигналы одновременно с услугами широкополосного доступа в Интернет.

Другие широкополосные модемы включают модемы FTTx , спутниковые модемы и линий электропередачи модемы .

Терминология

Для широкополосных модемов используются разные термины, поскольку они часто содержат больше, чем просто компонент модуляции/демодуляции.

Поскольку высокоскоростные соединения часто используются несколькими компьютерами одновременно, многие широкополосные модемы не имеют прямого (например, USB) соединения с ПК. Скорее они подключаются через сеть, например Ethernet или Wi-Fi. Ранние широкополосные модемы предлагали передачу обслуживания Ethernet , позволяющую использовать один или несколько общедоступных IP-адресов, но не имели других служб, таких как NAT и DHCP, которые позволяли бы нескольким компьютерам использовать одно соединение. Это привело к тому, что многие потребители приобрели отдельные «широкополосные маршрутизаторы», размещаемые между модемом и сетью для выполнения этих функций.

В конце концов, интернет-провайдеры начали предоставлять домашние шлюзы , которые объединяли модем и широкополосный маршрутизатор в единый пакет, обеспечивающий маршрутизацию, NAT , функции безопасности и даже доступ к Wi-Fi в дополнение к функциям модема, так что абоненты могли подключить всю свою семью, не покупая никаких дополнительных устройств. дополнительное оборудование. Даже позже эти устройства были расширены, чтобы обеспечить функции « тройной игры », такие как телефония и телевидение. Тем не менее поставщики услуг и производители по-прежнему часто называют эти устройства просто «модемами».

Следовательно, термины «модем», «маршрутизатор» и «шлюз» теперь используются как синонимы в повседневной речи, но в техническом контексте «модем» может иметь определенный смысл базовой функциональности без маршрутизации или других функций, в то время как другие опишите устройство с такими функциями, как NAT.

Широкополосные модемы также могут обрабатывать аутентификацию, например PPPoE . Хотя часто можно аутентифицировать широкополосное соединение с ПК пользователя, как это было в случае с коммутируемым доступом в Интернет, перенос этой задачи на широкополосный модем позволяет ему самому устанавливать и поддерживать соединение, что упрощает общий доступ между компьютерами. поскольку каждому из них не требуется проходить аутентификацию отдельно. Широкополосные модемы обычно остаются аутентифицированными у интернет-провайдера, пока они включены.

Радио

Радиомодуль Bluetooth со встроенной антенной (слева)

Любая коммуникационная технология, передающая цифровые данные по беспроводной сети, предполагает использование модема. Это включает в себя прямое спутниковое вещание , Wi-Fi , WiMax , мобильные телефоны , GPS , Bluetooth и NFC .

Современные сети телекоммуникаций и передачи данных также широко используют радиомодемы там, где требуются каналы передачи данных на большие расстояния. Такие системы являются важной частью КТСОП , а также широко используются для высокоскоростных компьютерных сетей с отдаленными районами, где оптоволокно нерентабельно.

Беспроводные модемы бывают разных типов, с различной полосой пропускания и скоростью. Беспроводные модемы часто называют прозрачными или интеллектуальными. Они передают информацию, модулированную на несущей частоте, что позволяет многим каналам беспроводной связи работать одновременно на разных частотах.

Прозрачные модемы работают аналогично своим собратьям-модемам телефонной линии. Обычно они были полудуплексными , что означает, что они не могли отправлять и получать данные одновременно. Обычно прозрачные модемы опрашиваются циклическим способом для сбора небольших объемов данных из разрозненных мест, где нет легкого доступа к проводной инфраструктуре. Прозрачные модемы чаще всего используются коммунальными компаниями для сбора данных.

Интеллектуальные модемы поставляются с контроллерами доступа к среде передачи данных внутри, что предотвращает конфликт случайных данных и повторно отправляет данные, которые были получены неправильно. Интеллектуальные модемы обычно требуют большей пропускной способности, чем прозрачные модемы, и обычно обеспечивают более высокие скорости передачи данных. Стандарт IEEE 802.11 определяет схему модуляции ближнего действия, которая широко используется во всем мире.

Мобильная широкополосная связь

См. Также: Мобильная широкополосная связь и Модем мобильного широкополосного доступа.

Huawei HSPA+ ( EVDO Беспроводной USB-модем ) от Movistar Colombia

Двухдиапазонный модем Huawei 4G+

Модемы, использующие систему мобильной телефонной связи ( GPRS , UMTS , HSPA , EVDO , WiMax , 5G и т. д.), известны как модемы мобильного широкополосного доступа (иногда их также называют беспроводными модемами). Беспроводные модемы могут быть встроены в ноутбук , мобильный телефон или другое устройство или подключены снаружи. К внешним беспроводным модемам относятся карты подключения , USB-модемы и сотовые маршрутизаторы .

Большинство беспроводных GSM- модемов оснащены встроенным держателем SIM-карты (например, Huawei E220 , Sierra 881). Некоторые модели также оснащены слотом для памяти microSD и/или разъемом для дополнительной внешней антенны (Huawei E1762, Sierra Compass 885).

Версии CDMA (EVDO) обычно не используют R-UIM карты , а вместо этого используют электронный серийный номер (ESN).

До конца апреля 2011 года мировые поставки USB-модемов превосходили встроенные модули 3G и 4G в соотношении 3:1, поскольку USB-модемы можно легко выбросить. Встроенные модемы могут обогнать отдельные модемы по мере роста продаж планшетов и снижения дополнительной стоимости модемов, поэтому к 2016 году соотношение может измениться до 1:1.

Как и мобильные телефоны, модемы мобильного широкополосного доступа могут быть привязаны к SIM-карте конкретного оператора сети. Разблокировка модема осуществляется так же, как и разблокировка телефона, с использованием «кода разблокировки» .

Оптический модем

ONT, предоставляющий услуги передачи данных, телефонной и телевизионной связи.

Устройство, которое подключается к оптоволоконной сети, известно как терминал оптической сети (ONT) или блок оптической сети (ONU). Они обычно используются в оптоволокне для домашних установок, устанавливаются внутри или снаружи дома для преобразования оптической среды в медный интерфейс Ethernet, после чего часто устанавливается маршрутизатор или шлюз для выполнения аутентификации, маршрутизации, NAT и других типичных потребительских интернет-услуг. функции, в дополнение к функциям « тройной игры », таким как телефония и телевизионные услуги. Они не модем, хотя они выполняют аналогичную функцию и иногда называются модемами.

Волоконно-оптические системы могут использовать квадратурную амплитудную модуляцию для максимизации пропускной способности. 16QAM использует 16-точечное созвездие для передачи четырех битов на символ со скоростью порядка 200 или 400 гигабит в секунду. 64QAM использует 64-точечное созвездие для передачи шести бит на символ со скоростью до 65 терабит в секунду. Хотя об этой технологии было объявлено, она, возможно, еще не получила широкого распространения.

Домашняя сеть

Хотя название «модем» используется редко, некоторые высокоскоростные домашние сетевые приложения используют модемы, например Powerline Ethernet . ITU - Например, стандарт G.hn, разработанный T , обеспечивает высокоскоростную (до 1 Гбит/с) локальную сеть с использованием существующей домашней проводки (линии электропередачи, телефонные линии и коаксиальные кабели ). Устройства G.hn используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для модуляции цифрового сигнала для передачи по проводу.

Как описано выше, такие технологии, как Wi-Fi и Bluetooth, также используют модемы для связи по радио на небольших расстояниях.

Нулевой модем

Нуль-модемный адаптер

Нуль -модемный кабель — это специально смонтированный кабель, подключенный между последовательными портами двух устройств с перепутанными линиями передачи и приема. Он используется для соединения двух устройств напрямую без модема. Для этого типа соединения можно использовать то же программное или аппаратное обеспечение, которое обычно используется с модемами (например, Procomm или Minicom).

Нуль-модемный адаптер — это небольшое устройство с вилками на обоих концах, которое подключается к концу обычного «прямого» последовательного кабеля для преобразования его в нуль-модемный кабель.

Модем ближней связи

«Модем ближнего действия» — это устройство, которое устраняет разрыв между модемами выделенной линии и модемами коммутируемого доступа. Подобно модему выделенной линии, они передают по «голым» линиям без питания или коммутационного оборудования, но не предназначены для передачи на те же расстояния, которые могут достигать выделенные линии. Возможны дальности до нескольких миль, но, что важно, модемы ближней связи можно использовать на средних расстояниях, превышающих максимальную длину базового последовательного кабеля, но все же относительно коротких, например, в пределах одного здания или кампуса. Это позволяет расширить последовательное соединение, возможно, всего на несколько сотен или нескольких тысяч футов, в случае, когда получение всей телефонной или выделенной линии было бы излишним.

Хотя некоторые модемы ближней связи действительно используют модуляцию, устройства низкого уровня (по причинам стоимости или энергопотребления) представляют собой простые «линейные драйверы», которые повышают уровень цифрового сигнала, но не модулируют его. Технически это не модемы, но для них используется та же терминология.

См. также

• Линия 56 кбит/с
• Подтверждение связи
• Рэйтеон ББН
• Режимы команд и данных (модем)
• Демодулятор факса
• Список битрейтов интерфейса
• Список рекомендаций ITU-T серии V
• Модуляция
• РДЖ-11
• Независимая от времени Escape-последовательность
• Пробуждение по звонку

Внешние ссылки

• Hayes-совместимые модемы и AT-команды из по программированию последовательной передачи данных Викикниги
• Международный союз электросвязи ITU : Передача данных по телефонной сети.
• Базовые рукопожатия и модуляции – рукопожатия V.22, V.22bis, V.32 и V.34.
• Подключение: история модемов – techradar
• Разница между модемами и маршрутизаторами – Bugswave
• Телекоммуникации, передача_техника, том 2, объекты - AT&T
• Польские прокси сделанные на 4G модемах