Что такое модем? Виды модемов, принцип функционирования. Модемы: их назначение и классификация

14.09.2019

Модем (акроним, составленный из слов мод улятор- дем одулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Типы модемов:

По исполнению:

Внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).

Внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA, AMR, CNR

Встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы:

Аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

Винмодемы — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.

Полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

Программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).

По типу:

Аналоговые — наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий

ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Основная статья: Беспроводной модем

Спутниковые

PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

Внутренний программный модем

Встроенные в ноутбуки модемы.

Внешний аппаратный модем

Основные элементы модема

Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

Контроллер управляет обменом с компьютером.

Микросхемы памяти: ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Модемы с дополнительными возможностями

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Это позволяет осуществить:

Использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

История

Компания AT&T Dataphone Modems в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она cоединяла терминалы на различных воздушных базах, радарах и контрольных центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как современные модемы.

Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто.

Многие слышали слово «модем», и многие понимают значение данного слова. Сразу же напомню, что данное устройство зачастую используется для подключения компьютера к интернету . В этой статье мы попробуем более подробно разобраться с функциями данного девайса, видами модемов и принципами их функционирования.

Рис. 1

Для начала разберёмся с названием, почему именно модем ? Всё очень просто, слово произошло в результате слияния двух слов: модулятор и демодулятор, соответственно он модулирует и демодулирует сигнал. Модем производит преобразование аналогового сигнала в цифровой, к примеру, сигнал который идёт по телефонным линиям преобразовывается в сигнал понятный компьютеру, и наоборот. Для этого у модема имеется цифровой интерфейс для связи с компьютером, и аналоговый для связи с телефонной линией. С преобразованием сигнала всё просто: с определённой частотой измеряются характеристики сигнала, а потом записываются в цифровом виде с помощью специального алгоритма.

Из чего же состоит данный девайс? Модем состоит из процессоров (сигнального, универсального и модемного), которые управляют режимами роботы остальных частей модема, и выполняют собственно саму модуляцию/демодуляцию сигнала, также в модеме имеется память (ПЗУ, ППЗУ, ОЗУ ), и аналоговая часть модема, которая осуществляет сопряжение с сетью, а специальный контроллер всем этим управляет.

Модемы бывают внешние и внутренние. Внутренние модемы устанавливаются в сам корпус компьютера, и сделаны они в виде платы расширения, которая устанавливается в основном в слот PCI на материнской плате (выбор материнской платы ). Внешние модемы выполнены в виде отдельного устройства, которое подключается к компьютеру с помощью разъёма на сетевой карте. Есть ещё интегрированные (встроенные на материнскую плату ) модемы, но они встречаются редко. Среди достоинств внешнего модема можно отметить то, что он питается от сети, и не создает дополнительную нагрузку для БП, а также в нём присутствует индикация, с помощью которой можно ориентироваться в каком состоянии находится подключение к сети. Главное достоинство внутреннего модема - это незаметность, так как он находится внутри системного блока.

Рис.2

Также существуют беспроводные модемы (рис.2) , эти девайсы по достоинству оценили владельцы ноутбуков, которым нужно подключение к интернету в любой точке земного шара. Для передачи данных они используют различные стандарты беспроводной связи. Подключаются современные беспроводные модемы, в основном, с помощью портов USB.

Теперь поговорим о скоростях. Если раньше обычные цифро – аналоговые модемы работали на скоростях до 56 Кбит/С, то сейчас популярны ADSL –модемы (рис.2) , данные модемы работают с помощью технологии которая позволяет передавать данные со скоростью до 100Мбит/с, плюс к этому телефонная линия остается свободной. Правда, на практике, такие модемы из-за ограничения в скорости у телефонных линий, передают данные на скорости 1 – 24 Мбит/с, что также не мало.

С каждым годом интернет - провайдеры медленно и уверенно увеличивают скорость передачи данных по своим линиям, и возможно в недалёком будущем модемы будут передавать данные на скоростях равных скоростям современных локальных сетей.

Модем – это устройство, предназначенное для модуляции сигнала, то есть для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Именно от слова «модуляция» и произошло название «модем». С помощью модема пользователь выходит в сеть Интернет. Первое аналогичное устройство появилось в 1979 году. За это время, конечно, много изменилось. Изменилась и скорость, которая может сильно отличаться у пользователей, поэтому некоторые хотят измерить скорость интернета.

Виды модемов

1) Оптоволоконный модем. Устройство подсоединяет компьютер к глобальной сети посредством оптоволоконного кабеля.

2) Кабельный модем. Он позволяет передавать сигнал через стандартный телевизионный кабель. При этом работа в Интернете никак не влияет на качество передачи телевизионного сигнала.

3) ISDN-модемы. Такие модемы служат для работы в цифровых сетях – с их помощью возможно передавать голос, текстовую информацию и графику в одно и то же время с постоянной высокой скоростью.

4) ADSL-модемы. Они подключаются к телефонной линии, но работают по особой технологии, благодаря чему скорость доступа возрастает в разы. Такие модемы не распространены в связи с тем, что требуется специальное сложное оборудование, которое не всегда себя оправдывает.

По функциональному признаку модемы классифицируются следующим образом:

1) Аналоговые модемы работают на передачу информации и прием сигнала.

2) Факс-модемы удобны тем, что выполняют функцию факса.

Модемы подразделяются на внешние и внутренние.

Внешний модем выглядит как маленькая коробочка и подключается к ПК через основной COM-порт, в отдельных случаях – через USB-порт. Внешний модем оснащен индикаторами, по которым можно считывать необходимую информацию.

Модемы имеют обыкновение зависать, в этом случае его нужно выключить и снова включить. Подсоединять внешний модем проще, чем внутренний – необходимо подсоединить кабель одним концом к модему, а другим – к компьютеру.

Внутренний модем – это небольшая плата, которая устанавливается в специальный PCI-слот, который находится внутри компьютера. Внутренние модемы дешевле и не требуют блока питания и отдельной розетки для подключения.

Трудно себе представить персональный компьютер без возможности доступа в интернет. Интернет является средой, где аккумулируется большой обьем информации, полноценный доступ к которой доступен только при использовании модема. Модем это устройство, которое является мостом между компьютером и этой информацией. Модем - это устройство для передачи данных по обычным телефонным линиям, служащее для связи двух компьютеров. Само слово "модем" является сокращением oт "модулятор-демодулятор". Все телефонные линии, как правило, работают с аналоговые сигналом, а компьютер, - с цифровым. Поэтому основной функцией модема можно считать преобразование цифрового сигнала компьютера в аналоговый телефонной линии и наоборот.

Подключение модема

Модемы к компьютеру могут подключаться через последовательный интерфейс RS-232, параллельный интерфейс и USB интерфейс. Подключение к телефонной линии производится посредством кабеля RJ11. На практике подключение чаще осуществляется через последовательный интерфейс порт COM2 т. к. СОМ1 чаще всего бывает, занят другими устройствами, например "мышкой".

Конфигурация портов:

СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF).

СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).

СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).

СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).

Подключив модем к СОМ-поргу и назначив IRQ, обязательно нужно проверить другие устройства на предмет наличия у них тех же последовательных портов и прерываний.

Настройка модема на тот или иной порт и прерывание (IRQ), обычно осуществляется с помощью джамперов, переключателей или программным путем. Общие сведения

Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом протоколом и направляются в телефонную линию. Модем-приемник провайдера, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом, для обеспечения устойчивой связи необходимо, чтобы ваш модем поддерживал общий протокол, был подключен непосредственно к компьютеру, а линия связи по своим параметрам могла пропускать модулированные сигналы.

Физически в модемах все это реализовано достаточно просто сигнал представляет собой несущую (синусоиду опр. частоты), дискретно промоделированную по фазе и амплитуде, т. е. друг за другом идут фрагменты этой синусоиды с разными амплитудами (возможно несколько фиксированных значений) и сдвигом фазы относительно предыдущего фрагмента (рис. 1).

Стандарты модуляции

Для передачи данных с помощью модемов используется модуляция. Чтобы передающее и принимающее устройства "понимали" друг друга, они должны использовать один и тот же метод модуляции. Как правило, при различных скоростях передачи данных используются разные методы модуляции, но иногда передача данных с одной и той, же скоростью тоже может осуществляться с помощью различных методов модуляции.

При передаче данных отправляющий модем преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал, который передается по телефонной линии. Принимающий модем выполняет обратное преобразование - из аналоговой формы в цифровую

Виды модуляции

Частотная модуляция. Когда нули передаются сигналом одной частоты, а единицы - другой, мы имеем дело с частотной модуляцией (ЧМ). Частотная модуляция реализуется наиболее просто и работает весьма надежно, однако имеет естественный предел, связанный с тем, что полоса пропускания телефонного канала очень мала. Теоретически она составляет всего 4 кГц, но из-за того, что в начале и конце полосы пропускания велики нелинейные искажения, реально доступен диапазон от 300 Гц до 3400 Гц. А это означает, что даже если весь период сигнала отдать одному биту, то скорость передачи не может превысить половины полосы пропускания. Поэтому если бы в моде мах использовалась только частотная модуляция, то они и по сей день работали бы со скоростью 1200-1500 бит в секунду. Зато на малых скоростях частотная модуляция работает весьма надежно. Этот вид модуляции был закреплен стандартом V.21 и применялся в ранних модемах, хотя не забыт и сегодня. Именно в таком режиме современные модемы начинают свою работу. Выходя на связь, модем еще "не знает", какими свойствами обладает его партнер, и двум модемам нужен какой-то переговорный процесс для согласования параметров дальнейшей работы. Поэтому в первый момент модемы обмениваются посылками нанизкой скорости, модулированными по частоте.

Амплитудная модуляция. Если нули передаются сигналами одной громкости, а единицы - другой, то это амплитудная модуляция (AM). Технически создать амплитудную модуляцию еще проще, чем частотную, но надежность передачи при этом мала, поэтому амплитудную модуляцию используют весьма ограниченно. В современных модемах ее сочетают с фазовой модуляцией для того, чтобы передать больше информации (более одного бита данных) в одном периоде сигнала.

Фазовая и фазоразностная модуляция Метод фазовой модуляции (ФМ) основан на том, что если два гармонических (синусоидальных) сигнала имеют сдвиг по фазе, то его можно обнаружить, замерить и использовать для передачи данных (рис. 2).

Рис. 2. Сдвиг по фазе двух сигналов на 90°

Хотя в телефонных сетях есть устройства, способные исказить фазу сигнала, тем не менее, этот метод модуляции позволяет более уверенно выделять полезные данные на фоне шума, чем амплитудная и частотная модуляция. Разумеется, этот вывод относится только к тому диапазон у звуковых частот, который характерен для телефонных сетей.

С помощью фазовой модуляции можно закодировать в одном периоде сигнала несколько бит информации. Например, сдвигу в 0° можно присвоить двухбитное значение 00, сдвигу в 90° - значение 01, сдвигу в 180° - значение 10, а сдвигу в 270° - значение 11.

Обратите внимание на то, что сдвиг по фазе для одного сигнала не имеет смысла - обязательно нужна пара сигналов, чтобы было, что сравнивать. В модемах замеряется сдвиг по фазе очередного сигнала относительно предыдущего. Таким образом, играет роль не то, какая у данного сигнала фаза, а какой переход произошел в фазе при приеме очередного сигнала. Если предыдущий сигнал имел фазу 0°, а последующий - фазу 90°, то это то же самое, что переход от 180° к 270° и, соответственно, то же, что переход от 270° к 0°. Поэтому фазовую модуляцию еще очень часто называют фазоразностной модуляцией. Этим подчеркивают, что измеряют не фазу, а разность фаз между двумя последовательными сигналами и по ней определяют, какие были переданы данные.

Основные характеристики модема

Любое компьютерное устройство, имеет свои характеристики. К основным характеристикам модема (рис. 3) относятся:

Максимальная скорость передачи данных, измеряемая в Кбит /сек или бод;

Поддерживаемые протоколы работы;

Возможность работы модема как факса;

Протоколы передачи данных

Скорость передачи модема также зависит от протоколов, с которыми он умеет работать. Протокол передачи данных - это определенный стандарт, по которому модемы взаимодействуют друг с другом. Каждый протокол выполняет определенное действие. Например, один отвечает за коррекцию ошибок во время обмена данными, другой - за метод сжатия данных (позволяет при передаче данных производить их сжатие, что уменьшает время передачи) и т. д. Все протоколы можно разбить на четыре группы:

протоколы взаимодействия и модуляции;
протоколы сжатия данных;
протоколы коррекции ошибок.

В протоколах взаимодействия описан порядок взаимодействия модемов между собой. Е них указывается, что должен сообщить о себе вызывающий модем, и что должен ответить вызываемый модем. Согласно протоколу взаимодействия оба модема вступают в диалог и обмениваются параметрами, необходимыми для создания надежного и максимально производительного соединения.

В современном мире интернет-пользователи получают информацию, исследуют пространство интернета, не задумываясь за счет чего они могут это делать. Почти всегда юзеры путают роутер с тем, что является модемом. Давайте в этой статье разберем, что же это такое.

Предок нынешнего устройства для передачи данных появился в 1962 году . Его создателем является компания AT and T. На тот момент скорость обмена информацией составляла всего триста бит в секунду. Затем в 1991 году эти данные увеличились до четырнадцати килобит в секунду.

Что такое модем

Модем – это устройство для получения и отправления информации через систему телефонной связи. Потоки информации поступают в него, где превращаются в необходимый сигнал, который проходит по телефонной линии. Он поступает на другой конец провода, где еще один такой же аппарат уже демодулирует сигналы, превращая их в компьютерные, и они поступают в компьютер, а затем выводятся на экране пользователя. Само слово произошло от сокращения двух английских: модулятор и демодулятор.

Для чего нужны эти аппараты

Модемы используются для соединения с интернетом через телефонную линию. Это устройство является своего рода мостом между интернетом и домашней или офисной техникой. Современные модели могут использоваться в качестве роутера, разделяя интернет между несколькими устройствами.

Стоит заметить, что полноценно заменить роутер он не сможет, поскольку нет возможности принимать интернет посредством rj45 от провайдера.

Виды и типы модемов

Все подобные гаджеты можно условно разделить по видам и типам. Рассмотрим их конкретнее:

По виду подключения модемы изготавливаются проводными и беспроводными. Беспроводные хорошо используются владельцами ноутбуков. Так как они соединяются с ноутбуком посредством usb разъема.

Проводные подключаются к компьютеру при помощи кабеля.

По принципу работы делятся на аппаратные и программные. Аппаратные отличаются от программных тем, что все функции обработки сигнала осуществляет сам прибор. Программные же отдают всю работу процессору компьютера.
По виду соединения приборы подразделяются на телефонные, мобильные, Dial Up. Аналоговые модемы или Dial Up работают через телефонную сеть. Их скорость достигает всего лишь 56 килобит в секунду. На смену аналоговым гаджетам пришла технология ADSL и сейчас она используется повсеместно. Скорость передачи информации через ADSL достигает 100 мб\с. К мобильным относятся — выпускающиеся в виде брелока. Они работают по протоколам EDGE, 3G, 4G. Скорость передачи данных в 3G равна до 3,5 мб\с. В то время как скорость 4 G равна 100 мб\с.
Широкополосные . Это ADSL модемы. На сегодняшний день самые скоростные устройства для передачи данных.

Из чего состоит модем

Практически единственные внешние аппаратные составляющие — это порты входов и выходов. Сюда же относятся универсальный, сигнальный и модемный процессоры , постоянное запоминающее устройство, ОЗУ и индикаторы состояния устройства.

Те функции, которые может выполнять устройство определяются в основном деятельностью универсального процессора и программой, которая находится в ПЗУ. Если обновить ПЗУ или перепрограммировать его, то можно добиться улучшения функций того или иного аппарата.

Сигнальный процессор превращает входящие и исходящие сигналы в нужные тому устройству, которое с ним связано. В ОЗУ буферизируются входящие и исходящие данные, происходят алгоритмы сжатия и другие функции. Адаптеры позволяют обмениваться данными с одной стороны между модемом и линией интернета, а с другой стороны – между компьютером и модемом.

Принцип работы

Этот аппарат (независимо от того USB или стационарный) превращает обычный сигнал в цифровой . В этот прибор встроен некий модулятор, который преобразует данные сигналы. Модулятор превращает сигналы от компьютера, перед тем, как начать передавать информацию, в такие сигналы, которые требует линия интернета. Затем происходит транспортировка данных. А аппарат на другом конце уже демодулирует эти сигналы под те, которые необходимы для ПК с коим он соединен.

Так поставляется информация необходимая пользователю.

Чем отличается роутер от модема

Многие люди путают роутер с модемом. Это не одинаковые аппараты . Роутеры отличаются следующими функциями:

Модулятор-демодулятор преобразует сигнал, роутер делит его между пользователями сети.
Первый работает с одним юзером, роутер с несколькими.
Роутер в отличие от преобразователя сигналов — многофункциональное устройство.
Роутерам присваивается собственный IP адрес.

Хотя стоит заметить, что для самых последних моделей такие отличия не актуальны . Практически все функции роутера и модема сейчас идентичны, за исключением того, что роутер не может передавать данные через телефонную линию. В современных устройствах это можно считать главным и единственным отличием.