Как работают модемы (стр. 8 )

Таким образом, для рассматриваемых протоколов ширина спектра сигнала равна символьной скорости. Посмотрим, что же предоставляет нам телефонная линия. А предоставляет она нам обязательство пропускать наши сигналы до удаленного абонента в полосе частот от 300 до 3400 герц, и, будем надеяться, без искажений. Очевидно, что модем должен выбрать такую несущую и такую символьную скорость, чтобы несущая поместилась ровно посередине между 300 и 3400, а символьная скорость была в точности равна 3400-300. Это необходимое и достаточное условие для того, чтобы спектр сигнала модема ровно занял весь предоставляемый канал. Если он займет меньше, часть канала будет неиспользована, и модем будет передавать меньше информации в единицу времени, чем мог бы. Если он займет больше, то часть спектра будет обрезана и удаленный модем его не получит, а, стало быть, не получит и части передаваемой информации. Вообще, есть теоретический предел пропускной способности канала, который нельзя превысить никакими силами. Сколько бы мы ни старались и как бы мы ни приспосабливали форму нашего сигнала к параметрам линии, мы не сможем передать информации больше этого теоретического предела. Таким образом, главная задача модема - так приспособиться к каналу, чтобы передать через него все, что канал может пропустить. Как уже говорилось, предел составляет 33600 bps.

Продолжим теперь про модуляцию. К паре параметров сигнала - центральной частоте и ширине спектра (то есть частоте несущей и символьной скорости) нам надо знать про третий определяющий параметр - назовем его глубиной модуляции. Он говорит о том, сколько разных состояний может быть у передаваемого сигнала. Вспомним, что модем передает один символ какое-то время. А затем - другой символ. Символы отличаются друг от друга. То, сколько же всего может быть разных символов, зависит, главным образом, от того, сколько разных амплитуд и фаз мы можем передать в канал так, чтобы с противоположной стороны их еще не путали друг с другом. Иными словами, сколько градаций по амплитуде и фазе мы можем выбрать так, чтобы на противоположном конце провода они еще однозначно отличались. Как несложно посчитать, например, 16 градаций по амплитуде и 16 по фазе дают 16*16=256 различных состояний сигнала, с помощью которых можно закодировать 8 бит информации. В этом случае при символьной скорости, например, в 1000 символов в секунду мы получим скорость передачи информации ровно 8000 бит в секунду. Если глубина модуляции меньше, то есть число состояний сигнала, к примеру, всего 32, то мы получим 5 (log232) бит за символ, то есть 5 килобит в секунду. Если символьная скорость возрастет до 2000, это будет уже 10 килобит в секунду. На протоколе каждый символ соответствует группе бит. При этом эта группа, очевидно, состоит из целого числа бит. А поскольку символьная скорость равняется, к примеру, 3429 символов в секунду, добавление очередного бита в группу приводит к увеличению битовой скорости на 3429 bps. Современные протоколы (V.34, V.90) кодируют символы не по одному, а группами по 8 штук, так называемыми кадрами отображения (mapping frames). При этом каждая группа имеет некоторые параметры (амплитудную огибающую), общие для всех 8 символов. За счет этого на один символ может приходиться "дробное" количество бит. Например, известная вам скорость 33600 bps получается при передаче 79 бит на группу из 8 символов на символьной скорости 3429.

Теперь немного о том, как влияет на передачу телефонная линия. Она представляет собой пару проводов, которые идут от вас на АТС, некоторое оборудование на АТС, называемое абонентским комплектом, межстанционное оборудование, которое передает сигнал на удаленную АТС - там тоже имеется удаленный абонентский комплект, от которого идет пара проводов к провайдеру или, к примеру, к другому модему. Таким образом, что телефонная линия - это не просто два провода, которые у вас на столе начались, а у провайдера - закончились. К сожалению, все намного сложнее и капризнее. Идеально линия есть некий канал для передачи аналоговой информации, то есть звука, с некими нормированными параметрами, такими как затухание сигнала, полоса пропускания, уровень шумов, динамический диапазон и тому подобное. Эти параметры оговорены в ГОСТе, согласно которому и должны строится телефонные сети. В реальной же жизни, так как не все столь совершенно, есть еще:

Чрезмерное ослабление сигнала (слышно тихо)

Импульсные помехи (трески, щелчки, резкие изменения громкости и проч.)

Постоянные помехи (фон, разговор соседей, музыка, гудение)

Перекос АЧХ (глухой звук, плохая разборчивость)

Нелинейные искажения (дребезжащий голос)

Дрожание фазы и амплитуды (как пленка проскакивает на магнитофоне)

Смещение спектра сигнала (не слышно ухом)

Медленное уплывание параметров линии (не слышно ухом)

Это приводит к тому, что удаленные устройства неправильно декодируют данные или вообще не могут этого сделать. Однако вряд ли здесь можно что-либо сделать, ибо ситуация похожа на ту, когда летать самолетами Аэрофлота было выгодно и удобно. Если даже в вашем городе и появится какая-либо новая компания, которая будет стремиться улучшить качество связи, то ее действия будут постоянно натыкаться на различного рода грабли в виде бюрократических проволочек, непоставок борудования или, что у нас происходит довольно часто, прямого давления местных властей и государственных организаций. А ГТС повышать качество услуг невыгодно - все равно бабло будет капать, так зачем же тратиться на дорогое оборудование? В Москве и области, правда, власти уж постарались, чтобы все было как надо, благо деньги есть с кого брать, но в других, более отдаленных краях и областях все останется по-прежнему еще долго. Остается только рассчитывать либо на кардинальное улучшение российской экономики (что лично мне кажется не очень вероятным), либо на сотовых операторов, либо компаний, предоставляющих прямую спутниковую связь и др. Все это довольно привлекательно, но опять требует времени и/или денег, к тому же скорость обмена данными в популярных сегодня беспроводных телефонных сетях не так уж и велика. Да и потом слишком дороги пока подобные технологии - все равно подавляющему большинству пользователей не по карману. Хотя справедливости ради нужно все же заметить, что в некоторых наиболее экономически благополучных регионах нашей страны телефонные линии не обладают таким уж плохим качеством, но все равно оно далеко не идеальное, да и на фоне всеобщего состояния российских коммуникационных сетей это не столь заметно. Поэтому придется использовать то немногое, что предоставляют два провода с телефонным разъемом на конце, да и вообще проблема коммуникаций и разбитых дорог - совсем другая тема.

Приходящий к вашему модему сигнал нельзя улучшить, подключая к линии что-либо, его можно либо ухудшить, либо, в лучшем случае, не ухудшить. Уж что пришло - то ваше, но больше вы из линии не добудете, что к ней ни подключайте. Можно либо сохранить то, что пришло, и отдать это на обработку модему, либо сначала испортить. Есть несколько источников, которые могут это сделать. Самый главный из них - офисные АТС. Причем не дешевые китайские поделки, а именно дорогие АТС, так как они имеют много различных наворотов, которые только ухудшают качество канала. По возможности подключайте модем мимо АТС. Не улучшают характеристик также различные там АВУ, блокираторы и прочие прибамбасы. Наконец, третий источник - паралельные телефоны, пусть даже если ими никто (не дай бог!) не пользуется: даже при положенной трубке телефон может выдавать в линию помехи. Хотя качественые телефоны ведущих производителей не должны портить канал, такой факт иногда (особенно, например, в случае с отечественными АОНами) имеет место быть. Так что всегда старайтесь, если есть возможность, подключить модем напрямую к линии без всяких дополнений.

Также следует упомянуть о различных там фильтрах и улучшателях сигналов. При сколь-либо серьезном рассмотрении они не выдерживают никакой критики и могут пригодиться разве что только для самых дешевых и низкокачественных модемов. В хороших же устройствах электроники в аналоговой части стоит на порядок больше, и улучшить ничего нельзя - улучшать уже просто нечего, - даже если подключить самый крутой фильтр. Если авторы подобных устройств рекламируют улучшение параметров сигнала, например, сигнал/шума, то, следуя логике, если поставить их подряд штук 100, то можно так его улучшить, что модемы начнут работать быстрее локальной сети. Поэтому мы не будем рассматривать идеи с вечными двигателями и прочими внешними улучшателями, а только скажем, что нужно покупать хороший модем, чтобы потом не возникало вопросов типа "А что же сделать, чтобы он лучше заработал?".

Зачем нам нужен softmodem...

В начале статьи было совсем не случайно сказано о том, что именно в полноценный модем должны входить вышеперечисленные составные части. Но в последнее время, как вы, наверное, заметили, очень популярно стало делать самые различные устройства, у которых чего-либо не хватает. Наверное, если так пойдет и дальше, то скоро компьютеры будут собираться безпроцессора (шутка). Естественно, делается все это с целью удешевления компьютерных комплектующих в полном сответствии с коммунистическим (правда, созданным на западе) лозунгом "В каждый дом по компьютеру с доступом в Сеть!!!". В частности, он касается и модемов, и вот уже довольно долгое время в магазинах можно встретить модемы с многозначительными дополнениями в названиях типа "softmodem", "winmodem" и проч. Прежде чем пояснить, что же они все-таки могут и означать и насколько это хорошо, привожу соответствующую табличку:

Тип устройства	Аппаратно реализованы	Отсутствует	Что выполняет программа	Первые модели, примеры	Требуемый процессор
RPI (Rockwell Protocol Interface)	DSP + контроллер + чип ПЗУ	Чип ОЗУ	Протоколы коррекции ошибок и сжатия данных	Best Data Products SmartOne 9624FQ	286
WinModem ("controllerless")	DSP + чип ПЗУ	Контроллер + чип ОЗУ	Всю работу, кроме протоколов физического уровня	Cardinal Winmodem, 3Com/USR Winmodem	486 и выше
Софтмодем (старый)	DSP + контроллер + чип ОЗУ	Чип ПЗУ	Загружает микропрограмму в модем при включении	Digicom Connection 96+, 1993 г.	286
Софтмодем, новый смысл ("hostbased", "программный модем")	-	DSP + контроллер + чип ОЗУ + чип ПЗУ	Всю работу обычного модема	Motorola SM56, Lucent L56XT	Pentium 166 и выше

Как видно, у программного модема может отсутствовать одно или несколько устройств, таких как оперативная память, постоянная память, процессор, контроллер либо все эти компоненты сразу (очевидно, самый худший, но зато самый дешевый вариант). Единственное, что всегда есть и должно быть у программных модемов (впрочем, как и у любых других аналоговых устройств) - это цепь АЦП/ЦАП, потому что компьютер понимает только цифровые сигналы. Функции недостающих же цифровых устройств выполняет программа (можно сказать драйвер), которая в зависимости от типа программного модема может либо загружаться в его память при включении компьютера, либо работать под управлением операционной системы, расходуя сответствующие недостающим компонентам ресурсы самого компьютера.