Colan KVM
ENGLISH

KVM-СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ IT-ИНФРАСТРУКТУРОЙ ЦОД
ОБОРУДОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
СИСТЕМЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ТРАНСЛЯЦИИ АУДИО-ВИДЕОКОНТЕНТА
ВИДЕОСТЕНЫ, ОФИСНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕБЕЛЬ
Форум
ПРОФЕССИОНАЛАМ -
БЕЗОГОВОРОЧНЫЕ СКИДКИ

(495) 363-0131 | 0:17 MSK
(495) 785-5590 схема проезда
e-mail: inf@colan.ru

Прайс-лист

Основной

Распродажа - Sale!

Акция - Супер цена!

 Популярные товары:

KVM переключатели, IP KVM

KVM переключатели с LCD консолями

Интерфейсные удлинители

Система видеотрансляции "TNTv Digital Signage"

Офисная, техническая мебель

Услуги

Сервисное обслуживание продукции ATEN

Что почитать?

Техническая
поддержка

Моральная
поддержка

Техника и
здоровье

Общение

Форум

О проекте

О компании

Новости

Рассылка

Для клиентов

Как нас найти

Поиск:




Вход:

логин:

пароль:



Корзина:

товаров:

на сумму:

0.00 р.

  



Яндекс цитирования




 Как работают модемы (часть I)

подписка на анонсы статей и новостей

подписка на анонсы статей и новостей

pdf-версияверсия для печати

версия для печати

www.colan.ru

Техническая поддержка

Компьютерная сеть

Домашние сети

Как работают модемы (часть I)

Дата публикации на сайте: 29-11-2001

Так уж сложилось исторически, что есть очень много книг на русском языке про то, как пользоваться Windows, как работать с Internet, но, к сожалению, практически нет никакой литературы, которая достаточно полно с одной стороны, и понятно для неспециалиста - с другой, описывала бы работу таких непростых, но широко распространенных устройств, как модемы.

Это - первая часть из цикла "Как работают модемы"

Несмотря на то, что большинство пользователей компьютеров имеют представление о том, что такое Интернет, и либо время от времени, либо ежедневно пользуются им, мало кто задумывался о том, что модем, как основное некорпоративное средство доступа в Интернет на сегодня, едва ли не самое слабое звено в цепочке, по которой информация попадает на дисплей пользователя! Как-то само собой подразумевается, что купил в магазине модем, подключил к компьютеру и телефону, и все, больше не о чем беспокоиться. В этом цикле статей будет сделана попытка наглядно показать, сколь далеко это представление от действительности, и будут даны практические советы, как можно улучшить ситуацию. Материал рассчитан на того, кого называют Advanced user, то есть интересующегося далее простого нажимания на кнопки пользователя, но - пользователя, а не специалиста в цифровой обработке сигналов. Многие принципы и особенности работы модемов будут сознательно упрощены так, чтобы не отнимать лишнего времени у тех, кому важно решить главный вопрос - улучшить качество работы через телефонную сеть, понимая, что именно там происходит. Не в качестве саморекламы, но лишь с целью расстановки точек над ''''i'''' отметим, что сами авторы этих статей как раз являются самыми что ни на есть профессионалами в этой области, несколько лет занимающиеся конкретно адаптацией модемов под Российские телефонные линии, и написавшие свои реализации многих популярных протоколов связи, таких как V.34 и прочих V.xx.

Итак,


часть первая: что такое модем, и как он работает.

 Эта часть, надо признаться, потребует от Вас некоторого вспоминания физики уровня средней школы, поэтому если Вам этого не хочется делать, Вы можете ее пропустить. Однако, мы будем в дальнейшем ссылаться на такие термины, как символьная скорость, глубина модуляции, полоса пропускания канала и сигнал/шум, поэтому Вам либо придется запомнить как факт, что и как на что влияет, или все же прочитать нижеследующий раздел про то, как же модем передает информацию. В любом случае, в конце раздела есть резюме.

Модем представляет собой устройство, имеющее, с внешней точки зрения, цифровой интерфейс c компьютером (обычно последовательный порт RS-232) и аналоговый интерфейс с каналом связи (телефонной линией) - разъем для телефонного кабеля (RJ-11). "Внутри" модем представляет собой микрокомпьютер с достаточно мощным процессором (иногда несколькими), постоянной и оперативной памятью, и аналоговой частью, ответственной за сопряжение модема с телефонной сетью - устройство набора номера, усилитель, АЦП и ЦАП - Аналого-Цифровой и Цифро-Аналоговый Преобразователи, ответственные за преобразование сигнала из аналоговой формы (непрерывный сигнал-напряжение) в цифровую (отдельные отсчеты сигнала, дискретизованные по времени и квантованные по напряжению), и наоборот, соответственно. Практически все современные модемы производят обработку информации в цифровой форме, без сколь-либо сложной аналоговой предобработки, так как это позволяет добиться высокой стабильности и в значительной степени упростить разработку и анализ алгоритмов. При этом обычно частота дискретизации (скорость следования отдельных отсчетов оцифрованного сигнала) находится в пределах 7-12 тысяч отсчетов в секунду (килоГерц, kHz). Теоретически, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше максимальной частоты сигнала, для того, чтобы сигнал был представим отдельными отсчетами без потерь. Количество уровней квантования для ЦАП и АЦП современных модемов достигает десятков тысяч. Обычно, поскольку с "цифровой стороны" ЦАП и АЦП пишутся или читаются в виде числа, говорят о количестве разрядов у ЦАП/АЦП, т.е., количестве разрядов двоичного числа, требуемого для представления всех возможных уровней, например, 16-разрядный АЦП может распознавать 65536 уровней, обозначаемых числами от -32768 до +32767.

Давайте посмотрим на это устройство вот с какой стороны: понятно, что его задача - пересылать информацию с одного компьютера на другой. В случае работы в Интернете - с компьютера клиента на компьютер провайдера, и наоборот. Дабы упростить себе жизнь, будем пока считать, что модем выполняет всего одну, примитивную функцию - модулятора-демодулятора цифрового сигнала (кстати, именно отсюда и взялось сокращение - модем). Будем считать, что он уже набрал номер, установил соединение, начал передавать и принимать данные, и нам интересен пока лишь процесс, как байты информации идут от удаленной стороны к нам, и наоборот. Как же это происходит?

Рассмотрим подробнее, как же модем кодирует сигнал и как помехи этому мешают. Наиболее популярные ныне протоколы передачи данных - V.34 и V.32 - используют амплитудно-фазовую модуляцию сигнала. Базовый сигнал - несущая синусоида определенной протоколом частоты при передаче модулируется, т.е. подвергаются изменению ее амплитуда, то есть уровень, и фаза (сдвиг фазы сигнала относительно немодулированной "исходной" синусоиды). При этом состояния сигнала, характеризующиеся неизменной амплитудой и фазой, последовательно сменяют друг друга. Каждое такое состояние кодирует небольшое количество битов данных и называется одним символом (не путать с буквами и цифрами). Скорость, с которой символы сменяют друг друга, называется символьной скоростью (Symbol rate в статистике модема). Она определяется протоколом, для V.32 она всегда равна 2400 символов в секунду, для V.34 может достигать 3429 символов в секунду. Таким образом, у нас уже два параметра - символьная скорость и частота несущей.

Когда один символ сменяется другим, происходит изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды и сдвиг фазы ("вперед" или "назад") сигнала. Мгновенно ни амплитуда, ни фаза измениться не могут - это потребовало бы бесконечной скорости изменения сигнала (напряжения и тока) в канале, т.е. неограниченной полосы пропускания канала. Обычно же требуется передать максимум информации, заняв отведенный диапазон частот. Минимальный диапазон частот, требующийся для передачи сигнала, в котором фаза меняется максимально быстро (худший случай с точки зрения занятия полосы частот) вперед или назад, то есть, на половину периода несущей за один символьный интервал, в точности равен символьной скорости в Гц. Например, если фаза сигнала должна сдвигаться вперед на половину периода несущей за время передачи одного символа, частота сигнала в ходе этого перехода как минимум должна достигать ((исходной частоты несущей) + (символьная скорость)/2). В противном случае будет накапливаться "отставание" фазы сигнала от требуемой.

Для того, чтобы "вписать" сигнал в этот минимально необходимый диапазон частот, переходы между символами сглаживаются с тем, чтобы скорость изменения сигнала (и его частота, соответственно) не превышала это ограничение. Например, если требуется существенный сдвиг фазы "вперед", этот сдвиг происходит не мгновенно, а постепенно. В течение этого переходного периода частота сигнала в канале будет выше исходной частоты несущей (слышимый тон - выше), поскольку для сдвига фазы вперед требуется более быстрое изменение сигнала. И наоборот, для сдвига фазы назад требуется замедление изменения сигнала, и слышимый ухом тон - ниже. А поскольку такие переходы происходят часто (с символьной скоростью, т.е., более 2000 раз в секунду), и требуемые величины изменения фазы сигнала достаточно случайны, в результате, когда модем передает данные, мы слышим не ровный тон, или последовательность тонов, а "шипение", т.е., в среднем все частоты в рабочей полосе используются одинаково часто. Если рассмотреть спектр сигнала за длительный период времени, он будет равномерным, с центром, совпадающим с частотой исходной несущей, простирающимся в ширину симметрично влево и вправо от центральной частоты несущей на полосы частот, равные половине символьной скорости.

Таким образом, для рассматриваемых протоколов ширина спектра сигнала равна символьной скорости.

Остановимся пока на этом, и 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, значит часть канала будет неиспользована, и модем сможет передать меньше информации, 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.

Продолжим теперь про модуляцию. К паре параметров сигнала - центральной частоте и ширине спектра (т.е. частоте несущей и символьной скорости) нам надо знать про третий определяющий параметр - назовем его глубиной модуляции. Хотя это не до конца правильный термин в данном применении, но сильно похож. Он говорит о том, сколько разных состояний может быть у передаваемого сигнала. Вспомним, что модем передает один символ (не букву!), какое-то время. А затем - другой символ. Символы отличаются друг от друга. Так сколько же всего может быть разных символов? Это 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 с той стороны 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 битов информации. В этом случае при символьной скорости, например, в 1000 символов в секунду мы получим скорость передачи информации ровно 8000 битов в секунду. Если глубина модуляции меньше, то есть число состояний сигнала всего 32, к примеру, то мы получим 5 бит за символ, то есть 5 килобит в секунду. Если символьная скорость возрастет до 2000, это будет уже 10 килобит в секунду.

На протоколе V.32 каждый символ соответствует группе бит. При этом эта группа, очевидно, состоит из целого числа бит - от 2 до 6. А поскольку символьная скорость равняется 2400 символов в секунду, добавление очередного бита в группу (и увеличение количества используемых символов в два раза, соответственно), приводит к увеличению битовой скорости на 2400бит/с. Именно поэтому поддерживаемые V.32 скорости - от 4800 до 14400 бит/с с шагом в 2400. Протокол V.34 кодирует символы не по одному, а группами по 8 (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. Однако из соображений совместимости, список поддерживаемых битовых скоростей и на V.34 состоит из скоростей, кратных 2400, даже если символьная скорость выбрана не 2400, а большая. Например, известная Вам скорость 33600 бит/сек получается при передаче 79 бит на группу из 8 символов на символьной скорости 3429.

А теперь опять посмотрим на то, что нам предоставляет линия. С точки зрения увеличения числа состояний сигнала, она предоставляет нам параметр, именуемый динамическим диапазоном. То есть разницу между самым громким и самым тихим сигналом, который линия еще может пропустить без искажений. Сверху это обычно ограничивается перегрузочной способностью канала, а снизу - уровнем шумов канала. Иначе это еще называют соотношением сигнал/шум (SNR), то есть во сколько раз сигнал на приемной стороне громче шума, к нему примешиваемого. При этом помнят о том, что увеличение громкости сигнала сверх предела, допускаемого линией, невозможно.

И, наконец, еще раз про помехи. Все они сводятся к тому, что модем либо временно перестает различать сигнал, либо вовсе теряется точка привязки, то есть происходит так называемый срыв синхронизации, и модем уже не может без специальных процедур восстановления (retrain) нормально отделять ни символы друг от друга, ни понять, насколько фаза сигнала отличается от образцовой.

Теперь краткое резюме всего изложенного.

  1. Параметры канала (линии), предоставляемого нам, характеризуются центром и шириной полосы пропускания (в норме - 300-3400 герц), уровнем шумов и искажений, и максимальным уровнем сигнала, еще пропускаемого без заметных искажений. Сигнал/шум - это характеристика того, как сигнал прошел через канал, и что получилось на приемном конце.
  2. Параметры сигнала модема характеризуются центром и шириной спектра (частота несущей плюс и минус половина символьной скорости), и глубиной модуляции, то есть числом возможных градаций состояний сигнала.
  3. Параметры канала ограничивают в принципе скорость передачи информации с одной стороны, а модем работает тем лучше и тем быстрее ее передает, чем полнее он занимает канал, и чем ближе параметры генерируемого им сигнала совпадают с возможностями, предоставляемыми каналом.
  4. Кроме предыдущего пункта, важное значение имеют помехи: при прочих равных условиях, они вынуждают модем делать передаваемые символы более грубыми, и передавать их более длительное время, то есть снижать в результате скорость передачи информации.
  5. Запомните на будущее две простые формулы: 1. Символьная скорость умноженная на глубину модуляции есть битовая скорость. 2. Ширина канала, потребная для передачи сигнала, равна символьной скорости, при этом центр полосы пропускания канала равен частоте несущей.

Продолжение следует ...


подписка на анонсы статей и новостей

подписка на анонсы статей и новостей

pdf-версияверсия для печати

версия для печати



Статья опубликована с разрешения сайта небесная сеть



Статьи по этой теме:

Удлинитель/extender, KVM PS/2+AUDIO+RS232, 300 метр., 1xUTP Cat5e, SPHD17+HD-DB15+2x6MINIDIN+2xMINI JACK+DB9, Female, c KVM-шнуром PS2x1.8м., Б.П.220> 5.3V, (2 конс;макс.разр.1920х1200/150м 60Hz;5 лет гар+электростраховка;Adder X2;ACU5114A)[ATEN]
ATEN CE370-AT-G
Удлинитель/extender,
KVM
PS/2+AUDIO+RS232,

Далее...

Модуль удлинителя, KVM USB/PS/2, 300 метр., 1xUTP Cat5e, для подкл.конс.к локал.комп. и перекл.KM0532/KM0932, макс.разр.1280х1024, 2xRJ45+HD-DB15+2х6MINIDIN+2хUSB A-тип+SPHD15+DB9, 8xFemale+Male, Б.П.220В>DC5.3V, (5 лет гар+электростраховка;ЗАКАЗ!)[ATEN]
ATEN KA7230-AX-G
Модуль удлинителя,
KVM USB/PS/2, 300
метр.,...

Далее...

Кабель/шнур, монитор+клав.+мышь PS/2+аудио, SPHD15+2xRCA=>HD DB15+2x6MINI-DIN+2xRCA, Male,  8+2x6+2x2 проводов, опрессованный,   3 метр., [ATEN]
ATEN 2L-5303P
Кабель/шнур,
монитор+клав.+мышь
PS/2+аудио,<...

Далее...



Сделано на «Интернет Фабрике», © Colan, 2001

Москва, пр.Вернадского, д.78, стр.7
Режим работы: понедельник-пятница с 10:00 до 19:00
Режим работы коммерческого отдела и склада: понедельник-пятница с 10:00 до 19:00
Тел: (495) 363-01-31, 785-55-90
Факс: (495) 363-01-32
e-mail: inf@colan.ru