Модулятор -демодулятор , обычно называемый модемом , представляет собой компьютерное аппаратное устройство, которое преобразует данные из цифрового формата в формат, подходящий для аналоговой среды передачи, такой как телефон или радио. Модем передает данные путем модуляции одного или нескольких сигналов несущей волны 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 передать и надежно декодировать. Модемы можно использовать практически с любыми средствами передачи аналоговых сигналов, от светодиодов до радио .
Ранние модемы были устройствами, которые использовали слышимые звуки, подходящие для передачи по традиционным телефонным системам и выделенным линиям . Они обычно работали со скоростью 110 или 300 бит в секунду (бит/с), а соединение между устройствами обычно было ручным, с использованием подключенной телефонной трубки . К 1970-м годам стали доступны более высокие скорости 1200 и 2400 бит/с для асинхронных коммутируемых соединений, 4800 бит/с для синхронных выделенных соединений и 35 кбит/с для синхронных обусловленных выделенных линий. К 1980-м годам были выпущены менее дорогие модемы коммутируемого доступа со скоростью 1200 и 2400 бит/с, а также модемы, работающие на радио и других системах. Поскольку сложность устройств быстро росла в конце 1990-х годов, телефонные модемы быстро исчерпали доступную полосу пропускания , достигнув 56 кбит/с.
Рост общественного использования Интернета в конце 1990-х годов привел к требованиям гораздо более высокой производительности, что привело к переходу от аудиосистем к совершенно новым кодировкам на линиях кабельного телевидения и сигналам ближнего действия в поднесущих на телефонных линиях. Переход к сотовым телефонам , особенно в конце 1990-х годов, и появление смартфонов в 2000-х годах привели к разработке все более быстрых радиосистем. Сегодня модемы повсеместны и в значительной степени невидимы, включены почти в каждое мобильное вычислительное устройство в той или иной форме и, как правило, способны развивать скорость порядка десятков или сотен мегабайт в секунду.
Модемы часто классифицируются по максимальному объему данных, которые они могут отправить за заданную единицу времени , обычно выражаемому в битах в секунду (обозначение бит/с , иногда сокращенно «бит/с») или редко в байтах в секунду (обозначение Б/с ). Скорость современных широкополосных модемов обычно выражается в мегабитах в секунду (Мбит/с).
Исторически модемы часто классифицировались по скорости передачи символов , измеряемой в бодах . Единица бод обозначает символы в секунду или количество раз в секунду, которое модем посылает новый сигнал. Например, стандарт ITU-T V.21 использовал частотную манипуляцию аудиосигнала с двумя возможными частотами, соответствующими двум различным символам (или одному биту на символ), для передачи 300 бит в секунду с использованием скорости 300 бод. Напротив, исходный стандарт ITU-T V.22 , который мог передавать и принимать четыре различных 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 неидеальными характеристиками, например, в телефонной линии низкого качества или слишком длинной. Эта возможность часто адаптивна, так что модем может обнаружить максимальную практическую скорость передачи во время фазы подключения или во время работы.
Модемы появились из-за необходимости подключать телетайпы по обычным телефонным линиям вместо более дорогих арендованных линий, которые ранее использовались для телетайпов на основе токовой петли и автоматических телеграфов . Самыми ранними устройствами, которые удовлетворяют определению модема, возможно, были мультиплексоры, использовавшиеся новостными агентствами в 1920-х годах. [1]
В 1941 году союзники разработали систему голосового шифрования под названием SIGSALY , которая использовала вокодер для оцифровки речи, затем шифровала речь одноразовым шифрблокнотом и кодировала цифровые данные как тоны с помощью частотной манипуляции. Это также была техника цифровой модуляции, что делает ее одним из первых модемов. [2]
Коммерческие модемы в основном появились только в конце 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 стали производить все большее количество компьютерных модемов для использования как по коммутируемым, так и по арендованным телефонным линиям.
Более поздние разработки привели к появлению модемов, которые работали по линиям кабельного телевидения , линиям электропередач и различным радиотехнологиям, а также модемов, которые обеспечивали гораздо более высокую скорость по телефонным линиям.
Модем коммутируемого доступа передает компьютерные данные по обычной коммутируемой телефонной линии, которая не была разработана для использования данных. Это была когда-то широко известная технология, массово продаваемая по всему миру коммутируемый доступ в Интернет . В 1990-х годах только в Соединенных Штатах десятки миллионов людей использовали коммутируемые модемы для доступа в Интернет. [3]
С тех пор услуги коммутируемого доступа были в значительной степени вытеснены широкополосным доступом в Интернет [4] , таким как DSL .
Массовое производство модемов для телефонных линий в Соединенных Штатах началось в 1958 году в рамках системы противовоздушной обороны SAGE , соединяющей терминалы на различных авиабазах, радиолокационных станциях и пунктах управления с центрами управления SAGE, разбросанными по всей территории Соединенных Штатов и Канады .
Вскоре после этого, в 1959 году, технология модемов SAGE стала доступна коммерчески как Bell 101 , который обеспечивал скорость 110 бит/с. Белл назвал этот и несколько других ранних модемов «наборами данных».
Некоторые ранние модемы были основаны на тональных частотах, например, модемы с тональным набором типа Bell 400. [5]
Стандарт Bell 103A был представлен AT&T в 1962 году. Он обеспечивал полнодуплексную связь на скорости 300 бит/с по обычным телефонным линиям. Использовалась частотная манипуляция , при которой инициатор вызова передавал на частоте 1070 или 1270 Гц , а отвечающий модем передавал на частоте 2025 или 2225 Гц. [6]
Модем 103 в конечном итоге стал фактическим стандартом, как только на рынок вышли сторонние модемы (не AT&T), и на протяжении 1970-х годов независимо изготовленные модемы, совместимые со стандартом Bell 103 de facto, были обычным явлением. [7] Примерами моделей были Novation CAT и Anderson-Jacobson . Более дешевым вариантом был модем Pennywhistle , разработанный для сборки с использованием легкодоступных деталей. [8]
Телетайпным аппаратам был предоставлен доступ к удаленным сетям, таким как Teletypewriter Exchange , с использованием модема Bell 103. [9] AT&T также производила устройства по сниженной цене: модемы 113D только для исходящих вызовов и модемы 113B/C только для ответов.
201A Data-Phone был синхронным модемом, использующим двухбитовую фазовую манипуляцию (PSK) с кодированием, что позволяло достигать полудуплексной скорости 2000 бит/с по обычным телефонным линиям. [10] В этой системе два тона для любой из сторон соединения передаются на тех же частотах, что и в системах со скоростью 300 бит/с, но немного не в фазе.
В начале 1973 года Vadic представила VA3400 , который работал в полнодуплексном режиме со скоростью 1200 бит/с по обычной телефонной линии. [11]
В ноябре 1976 года AT&T представила модем 212A, похожий по конструкции, но использующий более низкую частоту для передачи. Он не был совместим с VA3400, [12] , но мог работать с модемом 103A на скорости 300 бит/с.
В 1977 году Vadic ответил тройным модемом VA3467, модемом только для ответа, который продавался операторам компьютерных центров и поддерживал режим Vadic 1200 бит/с, режим AT&T 212A и работу в режиме 103A. [13]
Значительным достижением в области модемов стал Hayes Smartmodem , представленный в 1981 году. Smartmodem был стандартным модемом прямого подключения 103A 300 бит/с, но он ввел командный язык, который позволял компьютеру делать управляющие запросы, такие как команды для набора номера или ответа на звонки, через тот же интерфейс RS-232, который использовался для подключения к данным. [14] Набор команд, используемый этим устройством, стал фактическим стандартом, набором команд Hayes , который был интегрирован в устройства многих других производителей.
Автоматический набор номера не был новой возможностью — он был доступен через отдельные автоматические вызывные устройства и через модемы, использующие интерфейс X.21 [15] — но Smartmodem сделал его доступным в одном устройстве, которое можно было использовать даже с самыми минимальными реализациями повсеместного интерфейса RS-232, что сделало эту возможность доступной практически из любой системы или языка. [16]
Появление Smartmodem значительно упростило связь и сделало ее более доступной. Это обеспечило растущий рынок для других поставщиков, которые лицензировали патенты Hayes и конкурировали по цене или добавляя функции. [17] Это в конечном итоге привело к судебному разбирательству по поводу использования запатентованного языка команд Hayes. [18]
До середины 1980-х годов модемы в основном поддерживали скорость 300 и 1200 бит/с (в конечном итоге став стандартами, такими как V.21 и V.22 ).
VicModem 1982 года от Commodore для VIC-20 стал первым модемом, который продавался по цене менее 100 долларов, и первым модемом, проданным тиражом в миллион единиц. [19]
В 1984 году была создана V.22bis , система со скоростью 2400 бит/с, подобная по концепции 1200-бит/с Bell 212. Это увеличение скорости передачи данных было достигнуто путем определения четырех или шестнадцати отдельных символов, что позволило кодировать два или четыре бита на символ вместо одного. К концу 1980-х годов многие модемы могли поддерживать улучшенные стандарты, подобные этому, и работа со скоростью 2400 бит/с стала обычным явлением.
Увеличение скорости модема значительно улучшило отзывчивость онлайн-систем и сделало передачу файлов практичной. Это привело к быстрому росту онлайн-сервисов с большими библиотеками файлов, что в свою очередь дало больше причин иметь модем. Быстрое обновление модемов привело к такому же быстрому росту использования BBS.
Появление микрокомпьютерных систем с внутренними слотами расширения сделало небольшие внутренние модемы практичными. Это привело к появлению серии популярных модемов для шины S-100 и компьютеров Apple II , которые могли напрямую набирать номер, отвечать на входящие звонки и полностью завершать разговор с помощью программного обеспечения, что является основными требованиями системы электронных досок объявлений (BBS). Например, основополагающая CBBS была создана на машине S-100 с внутренним модемом Hayes, и за ней последовало несколько подобных систем.
Эхоподавление стало функцией модемов в этот период, что позволило обоим модемам игнорировать собственные отраженные сигналы. Таким образом, оба модема могут одновременно передавать и принимать по всему спектру телефонной линии, улучшая доступную полосу пропускания. [20]
Дополнительные улучшения были внесены с помощью кодирования с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), что увеличило количество бит на символ до четырех за счет комбинации сдвига фазы и амплитуды.
Передача на скорости 1200 бод давала стандарт V.27ter 4800 бит/с , а на скорости 2400 бод — 9600 бит/с V.32 . Несущая частота в обеих системах составляла 1650 Гц.
Внедрение этих высокоскоростных систем также привело к разработке цифрового факсимильного аппарата в 1980-х годах. В то время как ранняя технология факса также использовала модулированные сигналы на телефонной линии, цифровой факс использовал ныне стандартное цифровое кодирование, используемое компьютерными модемами. Это в конечном итоге позволило компьютерам отправлять и получать факсимильные изображения.
В начале 1990-х годов были представлены модемы V.32, работающие со скоростью 9600 бит/с, но они были дорогими и начали появляться на рынке только после стандартизации V.32bis, работающего со скоростью 14 400 бит/с.
Подразделение чипов Rockwell International разработало новый набор микросхем драйвера, включающий стандарт V.32bis , и установило на него агрессивную цену. Supra, Inc. заключила краткосрочное эксклюзивное соглашение с Rockwell и разработала на его основе SupraFAXModem 14400. Представленный в январе 1992 года по цене 399 долларов (или меньше), он стоил вдвое дешевле более медленных модемов V.32, уже представленных на рынке. Это привело к ценовой войне, и к концу года V.32 умер, так и не получив реального признания, а модемы V.32bis были широко доступны по цене 250 долларов .
V.32bis был настолько успешным, что старые высокоскоростные стандарты имели мало преимуществ. USRobotics (USR) нанесла ответный удар с версией HST на 16 800 бит/с, в то время как AT&T представила одноразовый метод на 19 200 бит/с, который они назвали V.32ter , но ни один из нестандартных модемов не продавался хорошо.
Интерес потребителей к этим фирменным усовершенствованиям пошел на убыль в ходе длительного внедренияСтандарт 28 800 бит/с V.34 . Пока ждали, несколько компаний решили выпустить оборудование и представили модемы, которые они назвали V.Fast .
Чтобы гарантировать совместимость с модемами V.34 после ратификации стандарта (1994), производители использовали более гибкие компоненты, как правило, DSP и микроконтроллер , в отличие от специально разработанных модемных чипов ASIC . Это позволило бы последующим обновлениям прошивки соответствовать стандартам после ратификации.
Стандарт ITU V.34 представляет собой кульминацию этих совместных усилий. Он использовал самые мощные методы кодирования, доступные в то время, включая кодирование каналов и кодирование форм. Из всего лишь четырех бит на символ (9,6 кбит/с ), новые стандарты использовали функциональный эквивалент от 6 до 10 бит на символ, а также увеличили 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 телефонной линии. [21]
ПокаСкорость 56 кбит/с уже некоторое время была доступна для модемов выделенной линии, но для модемов коммутируемого доступа она стала доступна только в конце 1990-х годов.
В конце 1990-х годов появились технологии, позволяющие достичь скоростей вышеНачали внедряться 33,6 кбит/с . Было использовано несколько подходов, но все они начинались как решения одной фундаментальной проблемы с телефонными линиями.
К тому времени, как технологические компании начали исследовать скорости выше33,6 кбит/с , телефонные компании перешли почти полностью на полностью цифровые сети. Как только телефонная линия достигала местного центрального офиса, линейная карта преобразовывала аналоговый сигнал от абонента в цифровой и наоборот. Хотя цифровые кодированные телефонные линии теоретически обеспечивали ту же полосу пропускания, что и аналоговые системы, которые они заменили, сама цифровизация накладывала ограничения на типы форм сигналов, которые можно было надежно кодировать.
Первая проблема заключалась в том, что процесс аналого-цифрового преобразования изначально был с потерями, но вторая, и что более важно, цифровые сигналы, используемые телекоммуникационными компаниями, не были «линейными»: они не кодировали все частоты одинаково, вместо этого используя нелинейное кодирование ( μ-закон и a-закон ), призванное способствовать нелинейному отклику человеческого уха на голосовые сигналы. Это очень затрудняло поискКодирование со скоростью 56 кбит/с , способное выдержать процесс оцифровки.
Производители модемов обнаружили, что, хотя аналого-цифровое преобразование не может сохранять более высокие скорости, цифро-аналоговые преобразования могут. Поскольку провайдер мог получить прямое цифровое соединение с телекоммуникационной компанией, цифровой модем — тот, который подключается напрямую к цифровому интерфейсу телефонной сети, такому как T1 или PRI — мог отправлять сигнал, который использовал бы каждый бит доступной полосы пропускания в системе. Хотя этот сигнал все еще должен был быть преобразован обратно в аналоговый на стороне абонента, это преобразование не искажало бы сигнал так же, как это делало бы противоположное направление.
Первая опция коммутируемого доступа на скорости 56k (56 кбит/с) была собственной разработкой компании USRobotics , которую они назвали «X2», поскольку скорость 56k была в два раза выше (×2) скорости модемов на 28k.
В то время USRobotics занимала 40% рынка розничных модемов, а Rockwell International — 80% рынка чипсетов для модемов . Обеспокоенная тем, что ее не допустят, Rockwell начала работу над конкурирующей технологией 56k. Они объединились с Lucent и Motorola , чтобы разработать то, что они назвали «K56Flex» или просто «Flex».
Обе технологии вышли на рынок примерно в феврале 1997 года; хотя проблемы с модемами K56Flex были отмечены в обзорах продуктов вплоть до июля, в течение шести месяцев обе технологии работали одинаково хорошо, с отклонениями, в основном зависящими от характеристик локального соединения. [22]
Розничная цена этих ранних модемов 56k составляла около 200 долларов США по сравнению со 100 долларами за стандартные модемы 33k. Совместимое оборудование также требовалось на стороне поставщиков услуг Интернета (ISP), при этом расходы варьировались в зависимости от того, можно ли было обновить их текущее оборудование. Около половины всех ISP предлагали поддержку 56k к октябрю 1997 года. Потребительские продажи были относительно низкими, что USRobotics и Rockwell приписали конфликтующим стандартам. [23]
В феврале 1998 года Международный союз электросвязи (МСЭ) представил проект новой56 кбит/с стандарт V.90 с сильной поддержкой отрасли. Несовместимый ни с одним из существующих стандартов, он был их смесью, но был разработан для того, чтобы разрешить оба типа модемов путем обновления прошивки. Стандарт V.90 был одобрен в сентябре 1998 года и широко принят интернет-провайдерами и потребителями. [23] [24]
Стандарт ITU-T V.92 был одобрен МСЭ в ноябре 2000 года [25] и использовал цифровую технологию PCM для увеличения скорости загрузки до максимума48 кбит/с .
Высокая скорость загрузки была компромиссом. ИспользованиеСкорость восходящего потока 48 кбит/с снизит скорость нисходящего потока до40 кбит/с из-за эхо-эффектов на линии. Чтобы избежать этой проблемы, модемы V.92 предлагают возможность отключить цифровой восходящий поток и вместо этого использовать обычный 33.Аналоговое соединение 6 кбит/с для поддержания высокого цифрового нисходящего потока50 кбит/с или выше. [26]
V.92 также добавил две другие функции. Первая — это возможность для пользователей, у которых есть ожидание вызова, поставить свое коммутируемое интернет- соединение на удержание на продолжительное время, пока они отвечают на звонок. Вторая функция — это возможность быстрого подключения к своему интернет-провайдеру, достигаемая путем запоминания аналоговых и цифровых характеристик телефонной линии и использования этой сохраненной информации при повторном подключении.
Эти значения являются максимальными значениями, а фактические значения могут быть медленнее при определенных условиях (например, шумные телефонные линии). [27] Полный список см. в сопутствующей статье Список полос пропускания устройств . Бод — это один символ в секунду; каждый символ может кодировать один или несколько битов данных.
Многие модемы dial-up реализуют стандарты сжатия данных для достижения более высокой эффективной пропускной способности при той же скорости передачи данных. V.44 [34] является примером, используемым совместно с V.92 для достижения скоростей более 56k по обычным телефонным линиям. [35]
Поскольку телефонные модемы 56k начали терять популярность, некоторые поставщики интернет-услуг, такие как Netzero / Juno, Netscape и другие, начали использовать предварительное сжатие для увеличения кажущейся пропускной способности. Это сжатие на стороне сервера может работать гораздо эффективнее, чем сжатие на лету, выполняемое в модемах, поскольку методы сжатия зависят от контента (JPEG, текст, EXE и т. д.). Недостатком является потеря качества, поскольку они используют сжатие с потерями , которое приводит к тому, что изображения становятся пикселизированными и размазанными. Интернет-провайдеры, использующие этот подход, часто рекламировали его как «ускоренный dial-up». [36]
Эти ускоренные загрузки интегрированы в веб-браузеры Opera [37] и Amazon Silk [38] , использующие их собственное сжатие текста и изображений на стороне сервера, требующее, чтобы все данные проходили через их собственные серверы, прежде чем попасть к пользователю. [38]
Модемы Dial-Up могут подключаться двумя способами: с помощью акустического соединителя или с помощью прямого электрического соединения.
Дело Hush-A-Phone Corp. против Соединенных Штатов , легализовавшее акустические соединители, применялось только к механическим соединениям с телефонным аппаратом, а не к электрическим соединениям с телефонной линией. Однако решение Carterfone от 1968 года разрешило клиентам подключать устройства напрямую к телефонной линии, если они следовали строгим стандартам Bell по невмешательству в телефонную сеть. [39] Это открыло двери для независимого (не AT&T) производства модемов прямого подключения, которые подключались напрямую к телефонной линии, а не через акустический соединитель.
В то время как Carterfone требовал от AT&T разрешить подключение устройств, AT&T успешно доказала, что им должно быть разрешено требовать использования специального устройства для защиты своей сети, размещенного между сторонним модемом и линией, называемого Data Access Arrangement или DAA. Использование DAA было обязательным с 1969 по 1975 год, когда новые правила FCC Часть 68 разрешили использование устройств без DAA, предоставленного Bell, при условии включения эквивалентной схемы в стороннее устройство. [40]
Практически все модемы, произведенные после 1980-х годов, имеют прямое подключение.
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 не-Bell устройства к телефонной линии. Однако постановление Hush-a-Phone позволяло клиентам подключать любое устройство к телефонному аппарату , если это не мешало его функциональности. Это позволяло сторонним (не Bell) производителям продавать модемы, использующие акустический соединитель . [39]
С помощью акустического соединителя обычная телефонная трубка помещалась в подставку, содержащую динамик и микрофон, расположенные так, чтобы соответствовать тем, что на трубке. Тоны, используемые модемом, передавались и принимались в трубку, которая затем передавала их на телефонную линию. [41]
Поскольку модем не был электрически подключен, он не мог поднять трубку, повесить трубку или набрать номер, что требовало прямого управления линией. Тональный набор был бы возможен, но в то время он не был доступен повсеместно. Следовательно, процесс набора номера выполнялся пользователем, который снимал трубку, набирал номер, а затем клал трубку на соединитель. Чтобы ускорить этот процесс, пользователь мог приобрести номеронабиратель или устройство автоматического набора номера .
Ранние модемы не могли совершать и принимать звонки самостоятельно, для этих действий требовалось вмешательство человека.
Еще в 1964 году компания Bell представила автоматические устройства вызова, которые подключались отдельно ко второму последовательному порту на хост-машине и могли получать команду на открытие линии, набор номера и даже на то, чтобы убедиться, что удаленный конец успешно подключился, прежде чем передавать управление модему. [42] Позже стали доступны сторонние модели, иногда известные просто как дозвонщики , и такие функции, как возможность автоматического входа в системы с разделением времени. [43]
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 обработки процесса набора номера, как смесь дискретной логики и специальных микросхем. Этот тип модема иногда называют контроллером . [ 44]
В 1993 году компания Digicom представила Connection 96 Plus — модем, который заменил дискретные и специальные компоненты на универсальный цифровой сигнальный процессор, который можно было перепрограммировать для обновления до новых стандартов. [45]
Впоследствии USRobotics выпустила Sportster Winmodem , аналогичный модернизируемый дизайн на основе DSP. [46]
По мере распространения этой тенденции проектирования оба термина – программный модем и винмодем – приобрели негативную коннотацию в кругах, не связанных с вычислительной техникой на базе Windows, поскольку драйверы были либо недоступны для платформ, отличных от Windows, либо были доступны только в виде неподдерживаемых закрытых двоичных файлов, что представляло особую проблему для пользователей Linux. [47]
Позже, в 1990-х годах, появились программные модемы. По сути, это звуковые карты, и фактически распространенная конструкция использует аудиокодек AC'97 , который обеспечивает многоканальный звук для ПК и включает три аудиоканала для сигналов модема.
Аудио, отправляемое и принимаемое по линии модемом этого типа, генерируется и обрабатывается полностью в программном обеспечении, часто в драйвере устройства. С точки зрения пользователя функциональной разницы мало, но эта 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 являются внутренними картами, либо подключаются через внешние шины, такие как USB . Они никогда не используют RS-232, поскольку им требуются каналы с высокой пропускной способностью для передачи необработанных аудиосигналов, сгенерированных (отправленных) или проанализированных (полученных) программным обеспечением.
Поскольку интерфейс не RS-232, стандарта для связи с устройством напрямую нет. Вместо этого программные модемы поставляются с драйверами, которые создают эмулированный порт RS-232, с которым может взаимодействовать стандартное программное обеспечение модема (например, приложение для набора номера операционной системы).
«Голос» и «факс» — это термины, добавленные для описания любого модема, способного записывать/воспроизводить аудио или передавать/принимать факсы. Некоторые модемы способны выполнять все три функции. [48]
Голосовые модемы используются для интеграции компьютерной телефонии , как простых, например, совершения/приема вызовов непосредственно через компьютер с гарнитурой, так и сложных, например, полностью автоматизированных систем автоматического обзвона .
Факс-модемы могут использоваться для компьютерной факсимильной связи, при которой факсы отправляются и принимаются без необходимости распечатывать входящие или исходящие факсы на бумаге. Это отличается от efax , при которой факсимильная связь происходит через Интернет, в некоторых случаях вообще без использования телефонных линий.
Рекомендация ITU-T V.150.1 определяет процедуры взаимодействия шлюзов PSTN и IP. [49] В классическом примере этой установки каждый модем коммутируемого доступа подключается к шлюзу модемного ретранслятора. Затем шлюзы подключаются к IP-сети (например, Интернету). Аналоговое соединение от модема завершается на шлюзе, и сигнал демодулируется. Демодулированные сигналы управления передаются по IP-сети в пакете типа RTP, определяемом как State Signaling Events (SSE). Данные из демодулированного сигнала отправляются 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 «Минимальные основные требования (MER) для шлюзов V.150.1» (SCIP-216) . [50]
Хотя традиционно модемы являются аппаратными устройствами, существуют и полностью программные модемы с возможностью развертывания в облачной среде (например, Microsoft Azure или AWS ). [51] Используя соединение Voice-over-IP (VoIP) через SIP-транк , модулированные аудиосэмплы генерируются и отправляются по IP-сети через RTP и несжатый аудиокодек (например, G.711 μ-law или a-law).
В 1994 году Ассоциация издателей программного обеспечения обнаружила, что, хотя 60% компьютеров в домохозяйствах США имели модем, только 7% домохозяйств были подключены к Интернету. [52] Исследование CEA , проведенное в 2006 году, показало, что доступ к Интернету по коммутируемым линиям в США снижается. В 2000 году на коммутируемые подключения к Интернету приходилось 74% всех домашних подключений к Интернету в США. [ необходима цитата ] Демографическая модель Соединенных Штатов по количеству пользователей модемов по коммутируемым линиям на душу населения была более или менее отражена в Канаде и Австралии за последние 20 лет.
Использование модемов Dial-up в США упало до 60% к 2003 году и составило 36% в 2006 году. [ необходима цитата ] Модемы Voiceband когда-то были самым популярным средством доступа в Интернет в США, но с появлением новых способов доступа в Интернет традиционный модем 56K терял популярность. Модем Dial-up по-прежнему широко используется клиентами в сельской местности, где DSL, кабельное, беспроводное широкополосное, спутниковое или оптоволоконное обслуживание либо недоступны, либо они не желают платить столько, сколько взимают доступные компании широкополосного доступа. [53] В своем годовом отчете за 2012 год AOL показала, что она все еще собрала около 700 миллионов долларов в виде сборов с примерно трех миллионов пользователей Dial-up.
Устройства TDD представляют собой подмножество телетайпа, предназначенного для использования глухими или слабослышащими людьми, по сути, небольшой телетайп со встроенным модемом коммутируемой линии и акустическим соединителем. Первые модели, выпущенные в 1964 году, использовали модуляцию FSK , во многом похожую на ранние компьютерные модемы.
Модем выделенной линии также использует обычную телефонную проводку, как dial-up и DSL, но не использует ту же топологию сети. В то время как dial-up использует обычную телефонную линию и подключается через телефонную коммутационную систему, а DSL использует обычную телефонную линию, но подключается к оборудованию в центральном офисе телекоммуникационной компании, выделенные линии не заканчиваются в телекоммуникационной компании.
Арендованные линии — это пары телефонных проводов, которые были соединены вместе в одном или нескольких центральных офисах телекоммуникационной компании, так что они образуют непрерывную цепь между двумя абонентскими местоположениями, такими как главный офис компании и дополнительный офис. Они не обеспечивают питание или тональный сигнал — это просто пара проводов, соединенных в двух удаленных местоположениях.
Модем коммутируемой линии не будет работать на этом типе линии, поскольку он не обеспечивает питание, тональный сигнал и коммутацию, которые требуются этим модемам. Однако модем с возможностью выделенной линии может работать на такой линии и фактически может иметь большую производительность, поскольку линия не проходит через коммутационное оборудование телекоммуникационной компании, сигнал не фильтруется, и, следовательно, доступна большая пропускная способность.
Модемы выделенной линии могут работать в 2-проводном или 4-проводном режиме. Первый использует одну пару проводов и может передавать только в одном направлении за раз, в то время как последний использует две пары проводов и может передавать в обоих направлениях одновременно. Когда доступны две пары, пропускная способность может достигать 1,5 Мбит/с, полный контур данных T1 . [54]
В то время как более медленные модемы выделенной линии использовали, например, интерфейсы RS-232 , более быстрые широкополосные модемы использовали, например, интерфейс V.35 .
Термин «широкополосная связь» ранее [55] [56] использовался для описания связи, которая осуществляется быстрее, чем это было доступно по голосовым каналам.
Термин широкополосный доступ получил широкое распространение в конце 1990-х годов для описания технологии доступа в Интернет, превышающей максимум 56 килобит/с коммутируемого доступа. Существует много технологий широкополосного доступа, таких как различные технологии DSL ( цифровая абонентская линия ) и кабельный широкополосный доступ.
Технологии DSL, такие как ADSL , HDSL и VDSL, используют телефонные линии (провода, которые были установлены телефонной компанией и изначально предназначались для использования телефонным абонентом), но не используют большую часть остальной телефонной системы. Их сигналы не отправляются через обычные телефонные станции, а вместо этого принимаются специальным оборудованием ( DSLAM ) в центральном офисе телефонной компании.
Поскольку сигнал не проходит через телефонную станцию, не требуется "дозвон", и не накладываются ограничения полосы пропускания обычного голосового вызова. Это позволяет использовать гораздо более высокие частоты и, следовательно, гораздо более высокие скорости. ADSL, в частности, разработан для одновременного использования голосовых вызовов и данных по одной и той же линии.
Аналогично, кабельные модемы используют инфраструктуру, изначально предназначенную для передачи телевизионных сигналов, и, как и DSL, обычно позволяют принимать телевизионные сигналы одновременно с широкополосным доступом в Интернет.
Другие широкополосные модемы включают модемы FTTx , спутниковые модемы и модемы линии электропередач .
Для широкополосных модемов используются другие термины, поскольку они часто содержат больше, чем просто компонент модуляции/демодуляции.
Поскольку высокоскоростные соединения часто используются несколькими компьютерами одновременно, многие широкополосные модемы не имеют прямых (например, USB) подключений к ПК. Вместо этого они подключаются через сеть, такую как Ethernet или Wi-Fi. Ранние широкополосные модемы предлагали Ethernet- передачу, позволяя использовать один или несколько публичных IP-адресов, но не другие службы, такие как NAT и DHCP, которые позволили бы нескольким компьютерам совместно использовать одно соединение. Это привело к тому, что многие потребители приобрели отдельные «широкополосные маршрутизаторы», размещенные между модемом и их сетью, для выполнения этих функций. [57] [58]
В конце концов, интернет-провайдеры начали предоставлять бытовые шлюзы , которые объединяли модем и широкополосный маршрутизатор в один пакет, который обеспечивал маршрутизацию, NAT , функции безопасности и даже доступ Wi-Fi в дополнение к функциональности модема, так что абоненты могли подключать все свое домохозяйство без покупки какого-либо дополнительного оборудования. Еще позже эти устройства были расширены для предоставления функций « triple play », таких как телефония и телевидение. Тем не менее, эти устройства по-прежнему часто называют просто «модемами» поставщиками услуг и производителями. [59]
Следовательно, термины «модем», «маршрутизатор» и «шлюз» теперь используются взаимозаменяемо в повседневной речи, но в техническом контексте «модем» может нести определенную коннотацию базовой функциональности без маршрутизации или других функций, в то время как другие описывают устройство с такими функциями, как NAT. [60] [61]
Широкополосные модемы также могут обрабатывать аутентификацию, такую как PPPoE . Хотя часто возможно аутентифицировать широкополосное соединение с ПК пользователя, как это было в случае с коммутируемым доступом в Интернет, перенос этой задачи на широкополосный модем позволяет ему устанавливать и поддерживать само соединение, что упрощает общий доступ между ПК, поскольку каждому из них не нужно проходить аутентификацию отдельно. Широкополосные модемы обычно остаются аутентифицированными для интернет-провайдера, пока они включены.
Любая коммуникационная технология, передающая цифровые данные по беспроводной связи, подразумевает модем. Сюда входят спутниковое вещание , WiFi , WiMax , мобильные телефоны , GPS , Bluetooth и NFC .
Современные телекоммуникации и сети передачи данных также широко используют радиомодемы , где требуются каналы передачи данных на большие расстояния. Такие системы являются важной частью PSTN , а также широко используются для высокоскоростных компьютерных сетевых соединений с отдаленными районами, где оптоволокно неэкономично.
Беспроводные модемы бывают разных типов, с разной пропускной способностью и скоростью. Беспроводные модемы часто называют прозрачными или интеллектуальными. Они передают информацию, которая модулируется на несущей частоте, чтобы позволить многим беспроводным каналам связи работать одновременно на разных частотах. [ релевантно? ]
Прозрачные модемы работают аналогично своим собратьям по телефонной линии. Обычно они были полудуплексными , то есть не могли отправлять и получать данные одновременно. Обычно прозрачные модемы опрашиваются по круговой схеме для сбора небольших объемов данных из разбросанных мест, которые не имеют легкого доступа к проводной инфраструктуре. Прозрачные модемы чаще всего используются коммунальными компаниями для сбора данных.
Смарт-модемы поставляются с контроллерами доступа к среде внутри, что предотвращает столкновение случайных данных и повторно отправляет данные, которые были получены неправильно. Смарт-модемы обычно требуют большей пропускной способности, чем прозрачные модемы, и обычно достигают более высоких скоростей передачи данных. Стандарт IEEE 802.11 определяет схему модуляции на короткие расстояния, которая широко используется по всему миру.
.jpg/1280px-Huawei_E173_3G_HSPA+_Modem_USB_Movistar_Colombia_(6).jpg)
Модемы, которые используют мобильную телефонную систему ( GPRS , UMTS , HSPA , EVDO , WiMax , 5G и т. д.), известны как мобильные широкополосные модемы (иногда также называемые беспроводными модемами). Беспроводные модемы могут быть встроены в ноутбук , мобильный телефон или другое устройство или подключены снаружи. Внешние беспроводные модемы включают в себя карты подключения , USB-модемы и сотовые маршрутизаторы .
Большинство беспроводных модемов GSM поставляются со встроенным держателем SIM-карты (например, Huawei E220 , Sierra 881). Некоторые модели также оснащены слотом для карты памяти microSD и/или разъемом для дополнительной внешней антенны (Huawei E1762, Sierra Compass 885). [62] [63]
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 добавочной стоимости модемов, поэтому к 2016 году соотношение может измениться до 1:1. [64]
Как и мобильные телефоны, мобильные широкополосные модемы могут быть привязаны к SIM-карте определенного сетевого провайдера. Разблокировка модема осуществляется так же, как и разблокировка телефона, с помощью «кода разблокировки» . [ необходима цитата ]
Устройство, подключаемое к оптоволоконной сети, известно как оптический сетевой терминал (ONT) или оптический сетевой блок (ONU). Они обычно используются в установках волоконно-оптического кабеля для дома , 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 функций потребительского интернета, в дополнение к функциям « triple play », таким как телефония и телевидение. Они не являются модемом, [ оспаривается – обсуждается ], хотя они выполняют похожую функцию и иногда называются модемом.
Волоконно-оптические системы могут использовать квадратурную амплитудную модуляцию для максимизации пропускной способности. 16QAM использует 16-точечное созвездие для отправки четырех бит на символ со скоростью порядка 200 или 400 гигабит в секунду. [65] [66] 64QAM использует 64-точечное созвездие для отправки шести бит на символ со скоростью до 65 терабит в секунду. Хотя эта технология была анонсирована, она, возможно, еще не получила широкого распространения. [67] [68] [69]
Хотя название модем используется редко, некоторые высокоскоростные домашние сетевые приложения используют модемы, такие как powerline ethernet . Например, стандарт G.hn , разработанный ITU-T , обеспечивает высокоскоростную (до 1 Гбит/с) локальную сеть с использованием существующей домашней проводки (линии электропередач, телефонные линии и коаксиальные кабели ). Устройства G.hn используют ортогональное частотное разделение 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 коротких расстояниях.
Нуль -модемный кабель — это специально смонтированный кабель, соединяющий последовательные порты двух устройств, с перепутанными линиями передачи и приема. Он используется для прямого соединения двух устройств без модема. Для этого типа соединения можно использовать то же программное обеспечение или оборудование, которое обычно используется с модемами (например, Procomm или Minicom).
Нуль-модемный адаптер — это небольшое устройство с разъемами на обоих концах, которое подключается к обычному «прямому» последовательному кабелю для преобразования его в нуль-модемный кабель.
«Модем для коротких расстояний» — это устройство, которое заполняет пробел между модемами для выделенных линий и модемами для коммутируемого доступа. Как и модемы для выделенных линий, они передают данные по «голым» линиям без питания или коммутационного оборудования телекоммуникационной компании, но не предназначены для тех же расстояний, которые могут достигать выделенные линии. Возможны диапазоны до нескольких миль, но, что важно, модемы для коротких расстояний могут использоваться для средних расстояний, превышающих максимальную длину базового последовательного кабеля, но все еще относительно коротких, например, в пределах одного здания или кампуса. Это позволяет расширить последовательное соединение, возможно, всего на несколько сотен или нескольких тысяч футов, случай, когда получение целой телефонной или выделенной линии было бы излишним.
В то время как некоторые модемы для коротких линий связи фактически используют модуляцию, низкоуровневые устройства (по причинам стоимости или энергопотребления) являются простыми «линейными драйверами», которые повышают уровень цифрового сигнала, но не модулируют его. Технически они не являются модемами, но для них используется та же терминология. [70]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)на широкополосных частных каналах варьируются от 19,2 до 230,4 кбит/с.
Аналоговые каналы можно дополнительно охарактеризовать по полосе пропускания: узкополосные каналы (например, 100 Гц, 200 Гц); каналы голосовой полосы (4 кГц); 4 широкополосных канала (например, 48 кГц, 240 кГц).
