Модулятор -демодулятор или модем — это 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, в той или иной форме включены почти в каждое мобильное вычислительное устройство и, как правило, способны развивать скорость порядка десятков или сотен мегабайт в секунду.
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/s ). . Скорость современных широкополосных модемов обычно выражается в мегабитах в секунду (Мбит/с).
Исторически модемы часто классифицировались по скорости передачи символов , измеряемой в бодах . Единица бод 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 подключения или во время работы.
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, которые соответствуют определению модема, могут быть мультиплексоры, использовавшиеся новостными службами в 1920-х годах. [1]
В 1941 году союзники разработали систему шифрования 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. [2]
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.
Модем коммутируемого доступа передает компьютерные данные по обычной коммутируемой телефонной линии, которая не предназначена для использования данных. Когда-то это была широко известная технология, поскольку она массово продавалась потребителям во многих странах для коммутируемого доступа в Интернет . В 1990-х годах десятки миллионов людей в Соединенных Штатах использовали модемы для доступа в Интернет. [3]
Коммутируемый доступ с тех пор был в значительной степени вытеснен широкополосным доступом в Интернет , [4] таким как DSL .
Массовое производство модемов телефонных линий в США началось как часть системы ПВО SAGE в 1958 году, соединяя терминалы на различных авиабазах, радиолокационных станциях и центрах управления и контроля с директорскими центрами SAGE, разбросанными по Соединенным Штатам и США. 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».
Некоторые ранние модемы были основаны на частотах тонального набора , например модемы в стиле Bell 400. [5]
Стандарт Bell 103A был представлен компанией AT&T в 1962 году. Он обеспечивал полнодуплексную связь со скоростью 300 бит/с по обычным телефонным линиям. Использовалась частотная манипуляция : инициатор вызова передавал частоту 1070 или 1270 Гц , а отвечающий модем передавал частоту 2025 или 2225 Гц. [6]
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 модемы независимого производства, совместимые со стандартом де-факто Bell 103, были обычным явлением. [7] Примеры моделей включали Novation CAT и Anderson-Jacobson . Более дешевым вариантом был модем Pennywhistle , предназначенный для сборки из легкодоступных деталей. [8]
Телетайпам был предоставлен доступ к удаленным сетям, таким как Teletypewriter Exchange, с использованием модема Bell 103. [9] AT&T также производила недорогие модели: модемы 113D только для исходящих сообщений и модемы 113B/C только для ответов.
Data -Phone 201A представлял собой синхронный модем, использующий кодировку с фазовой манипуляцией (PSK) два бита на символ , обеспечивающий полудуплексную скорость 2000 бит / с по обычным телефонным линиям. [10] 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. [11]
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 [12] , но мог работать с модемом 103A со скоростью 300 бит/с.
В 1977 году Вадич ответил тройным модемом VA3467, модемом только для ответа, проданным операторам компьютерных центров, который поддерживал режим Вадича со скоростью 1200 бит / с, режим AT&T 212A и режим 103A. [13]
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 он представил 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. [14] 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, использующие интерфейс X.21 [15] – но Smartmodem сделал его доступным в одном устройстве, которое можно было использовать даже с самыми минимальными затратами. реализации повсеместного интерфейса RS-232, что делает эту возможность доступной практически из любой системы или языка. [16]
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 добавлению функций. [17] В конечном итоге это привело к судебному иску по поводу использования запатентованного командного языка Hayes. [18]
До середины 1980-х модемы с набором номера обычно оставались на скорости 300 и 1200 бит/с (в конечном итоге становясь такими стандартами, как V.21 и V.22 ).
VicModem 1982 года от Commodore для VIC-20 был первым модемом, который продавался по цене менее 100 долларов, и первым модемом, проданным тиражом в миллион единиц. [19]
В 1984 году был создан V.22bis , система со скоростью 2400 бит/с, аналогичная по концепции 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 4800 бит/с по стандарту V.27ter , а при скорости 2400 бод — 9600 бит/с V.32 . 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.
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.
Подразделение микросхем Rockwell International 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 на его основе разработала SupraFAXModem 14400 . 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 был настолько успешным, что старые высокоскоростные стандарты не имели особых преимуществ. USRobotics (USR) ответила выпуском версии 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.
Интерес потребителей к этим запатентованным усовершенствованиям угас во время длительного внедрения28 800 бит/с стандарт 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 модемных микросхем ASIC . 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. Всего лишь четыре бита 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, чтобы создать 14,4, 28,8 иМодемы 33,6 кбит/с . Эта скорость близка к теоретическому пределу Шеннона для телефонной линии. [20]
ПокаСкорость 56 кбит/с была доступна для модемов выделенных линий в течение некоторого времени, но для модемов коммутируемого доступа они стали доступны только в конце 1990-х годов.
В конце 1990-х годов появились технологии, позволяющие достичь скоростей вышеНачали вводить скорость 33,6 кбит/с . 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 выше33,6 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. Это сильно затрудняло поискКодирование со скоростью 56 кбит/с , способное выдержать процесс оцифровки.
Производители модемов обнаружили, что, хотя аналого-цифровое преобразование не может сохранить более высокую скорость, 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, такому как 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.
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. [21]
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. [22]
В феврале 1998 года Международный союз электросвязи (МСЭ) объявил о проекте новойСтандарт V.90 со скоростью 56 кбит/с и широкой поддержкой 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. [22] [23]
Стандарт ITU -T V.92 был одобрен ITU в ноябре 2000 года [24] и использовал технологию цифровой PCM для увеличения скорости загрузки до максимума.48 кбит/с .
Высокая скорость загрузки была компромиссом.Скорость восходящего потока 48 кбит/с уменьшит скорость нисходящего потока до40 кбит/с из-за эхо-эффекта на линии. Чтобы избежать этой проблемы, модемы V.92 предлагают возможность отключить цифровой восходящий поток и вместо этого использовать обычный 33.Аналоговое соединение со скоростью 6 кбит/с для поддержания высокого цифрового нисходящего потока.50 кбит/с или выше. [25]
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.
Эти значения являются максимальными, а фактические значения могут быть медленнее при определенных условиях (например, при зашумленных телефонных линиях). [26] 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.
Многие модемы коммутируемого доступа реализуют стандарты сжатия данных для достижения более высокой эффективной пропускной способности при той же скорости передачи данных. V.44 [32] является примером использования в сочетании с V.92 для достижения скорости выше 56k по обычным телефонным линиям. [33]
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». [34]
Эти ускоренные загрузки интегрированы в веб-браузеры Opera [35] и Amazon Silk [36] с использованием собственного серверного сжатия текста и изображений, требующего, чтобы все данные проходили через их собственные серверы, прежде чем попасть к пользователю. [36]
Модемы коммутируемого доступа могут подключаться двумя различными способами: с помощью акустического соединителя или с помощью прямого электрического соединения.
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. [37] 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. [38]
Практически все модемы, выпущенные после 1980-х годов, имеют прямое соединение.
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 . [37]
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. [39]
Поскольку модем не был электрически подключен, он не мог ответить, повесить трубку или набрать номер, а все это требовало прямого управления линией. Тональный набор был 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 .
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. . [40] Позже станут доступны модели сторонних производителей, иногда называемые просто дозвонщиками , и такие функции, как возможность автоматического входа в системы разделения времени. [41]
Со временем эта возможность будет встроена в модемы и больше не потребует отдельного устройства.
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 . [42]
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. [43]
Впоследствии USRobotics выпустила Sportster Winmodem , аналогичную модернизируемую конструкцию на основе DSP. [44]
По мере распространения этой тенденции в проектировании оба термина — программный модем и Winmodem — приобрели негативную коннотацию в компьютерных кругах, не использующих Windows, поскольку драйверы были либо недоступны для платформ, отличных от Windows, либо были доступны только в виде необслуживаемых двоичных файлов с закрытым исходным кодом. особая проблема для пользователей Linux. [45]
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. Функциональная разница с точки зрения пользователя незначительна, но такая конструкция снижает стоимость модема, перемещая большую часть 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).
«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. [46]
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 системы роботизированных вызовов .
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.
Рекомендация ITU-T V.150.1 определяет процедуры взаимодействия ТфОП со шлюзами IP. [47] В классическом примере этой настройки каждый модем коммутируемого доступа подключается к модемному ретрансляционному шлюзу. 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.
Хотя рекомендация V.150.1 не получила широкого распространения, в приложениях защищенной телефонии используется урезанная версия рекомендации под названием «Минимально необходимые требования (MER) для шлюзов V.150.1» (SCIP-216) . [48]
Хотя традиционно модемы представляют собой аппаратное устройство, существуют полностью программные модемы с возможностью развертывания в облачной среде (например, Microsoft Azure или AWS ). [49] Используя соединение Voice-over-IP (VoIP) через магистраль SIP , модулированные аудиосэмплы генерируются и передаются по IP-сети через RTP и несжатый аудиокодек (например, G.711 μ-law или a-law). закон).
В 1994 году Ассоциация издателей программного обеспечения обнаружила, что, хотя 60% компьютеров в семьях США имеют модемы, только 7% семей выходят в Интернет. [50] 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. [ нужна цитата ] Демографическая картина Соединенных Штатов для пользователей модемов коммутируемого доступа на душу населения была более или менее отражена 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 к Интернету традиционный модем 56К терял популярность. Модем коммутируемого доступа по-прежнему широко используется клиентами в сельской местности, где услуги DSL, кабельного, беспроводного широкополосного доступа, спутникового или оптоволоконного доступа либо недоступны, либо они не желают платить то, что взимают компании, предоставляющие широкополосный доступ в Интернет. [51] В своем годовом отчете за 2012 год AOL показала, что по-прежнему собрала около 700 миллионов долларов США в виде комиссий примерно с трех миллионов пользователей коммутируемого доступа.
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.
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 . [52]
В то время как более медленные модемы по выделенной линии использовали интерфейсы, например, RS-232 , более быстрые широкополосные модемы использовали, например, V.35 .
Термин «широкополосная связь» ранее [53] [54] использовался для описания более быстрой связи, чем та, которая была доступна 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, не требуется никакого «набора номера» и не накладываются ограничения полосы пропускания обычного голосового вызова. 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 модемы линий электропередачи .
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. [55] [56]
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». [57]
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. [58] [59]
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.
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. [ соответствующий? ]
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.
.jpg/1280px-Huawei_E173_3G_HSPA+_Modem_USB_Movistar_Colombia_(6).jpg)
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.) [60] [61]
Версии CDMA (EVDO) обычно не используют карты R-UIM , 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. [62]
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» . [ нужна цитата ]
Модем, который подключается к оптоволоконной сети, известен как терминал оптической сети (ONT) или модуль оптической сети (ONU). Они обычно используются для оптоволокна, подходящего к домашним установкам, 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.
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. [63] [64] 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. [65] [66] [67]
Хотя название «модем» используется редко, некоторые высокоскоростные домашние сетевые приложения используют модемы, например Powerline Ethernet . Например, стандарт G.hn, разработанный ITU - 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.
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» — 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. [68]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)Скорости на широкополосных частных каналах варьируются от 19,2 до 230,4 кбит/с.
Аналоговые каналы дополнительно можно охарактеризовать по полосе пропускания: узкополосные каналы (например, 100 Гц, 200 Гц); каналы голосового диапазона (4 кГц); 4 широкополосных канала (например, 48 кГц, 240 кГц).
