Телефонные модемы. Введение.

Приемники и передатчики большинства современных телефонных модемов строятся с использованием принципа многократной относительной амплитудно-фазовой модуляции несущего гармонического сигнала. Бурный прогресс модемостроения в первую очередь ассоциируется с повышением скорости передачи данных, причиной чему является развитие алгоритмов модуляции-демодуляции, для аппаратной реализации которых, благодаря совершенствованию элементной базы, с каждым годом потребны все меньшие и меньшие габариты, а цена модемов при этом неуклонно снижается. Это определяет (при условии неизменности платы за аренду каналов) устойчивое, наблюдаемое в течение последних 30 лет, уменьшение стоимости передачи данных, что и обуславливает прогресс информатизации. Однако, не следует забывать, что повышение скорости передачи предъявляет повышенные требования или к улучшению помеховой обстановки в линиях связи, или к помехозащищенности модемов (см. рис, 1).

Соотношение сигнал/шум, дБ.
Область необходимого качества сигнала
Рис 1. Область необходимого качества сигнала, доносимого телефонным каналом на вход модема.

Минимизация влияния на работоспособность модема дестабилизирующих факторов связана с наличием и особенностями построения и взаимодействия систем модема: адаптеров, компенсаторов, корректоров и т.д. Ряд этих систем может отсутствовать в модеме, быть плохо настроенными, спроектированными для мягких условий эксплуатации, что в конечном итоге и сказывается на помехозащищенности и устойчивости работы модема. Причем в 100% случаев для конкретного модема невозможно установить параметры помехозащищенности и устойчивости на основе изучения товарного знака, списка реализованных протоколов и даже документации.

Многое можно почерпнуть из протокола испытаний, прилагаемого к сертификату, выдаваемому Министерством Связи. Но некоторые модемы не имеют сертификатов, да и мало кто имел возможность детально разобраться в протоколах испытаний, а, кроме того, известны случаи, когда сертификат, выдаваемый практически на торговую марку с указанием скорости передачи и особенностей модема, используется при распространении модемов, параметры которых уже не имеют с параметрами прошедшего сертификацию образца ничего общего, кроме названия.

«Волшебный модем» Приходится констатировать, что современные модемы, за редким исключением, проектируется и изготавливаются не в России и приспособлены к помеховой обстановке, отличающейся от отечественной в лучшую сторону. Достаточно долгое время не избалованные качеством линий специалисты информационных сетей питали надежды на появление некоего «волшебного модема», который бы обеспечивал передачу данных по любому телефонному каналу.

Таблица 1. Вид искажения сигнала в линии связи
Вид искажения сигнала в линии связи «Волшебный модем» Примечания
hhrd.ru
1 Ослабление сигнала более чем на 40 дБ Повышение и регулировка выходной мощности и чувствительности Искажения могут проявляться на любых линиях связи: коммутируемых, выделенных и магистральных
2 Постоянно действующий шум
3 Пачки импульсных помех и всплески шумов, соизмеримые с сигналом Наличие свойств самовосстановления после сбоя и «независания».
4 Перерывы связи и скачки амплитуды более чем на 6 дБ
5 Мешающие тональные сигналы Автоматическое изменение скорости передачи
6 Нелинейные искажения сигнала более 1,5 %
7 Дрожание фазы более ±5° Расширение диапазонов устойчивой работы, установка подсистем компенсации Искажения свойственны преимущественно магистральным линиям аналоговых систем передачи
8 Дрожание амплитуды более ±1 дБ
9 Сдвиг несущей частоты более ±7Гц
10 Скачки фазы более ±15°Устойчивость
11 Искажение спектра (неравномерность АЧХ и ФЧХ канала), повышающееся с ростом количества участков переприема в линии связиПовышение мощности адаптивного корректора модема
12 Наличие эхо-сигнала, поступающего на вход модема с задержкой более 200...300 мсПовышение времени компенсируемой задержки (V.32-34)Критичны на спутниковых линиях

Параметрами такого «волшебного модема» можно специфицировать располагая статистически достоверными данными о возможной помеховой обстановке на линиях связи. В приводимой таблице. 1 указаны наиболее характерные искажения сигнала и их закритические значения, которые зафиксированы на различных каналах связи.

Разработка таких «волшебных модемов», обеспечивающих одновременное выполнение всех требований, крайне затруднительна и теоретически невозможна при реализации необходимых сегодня скоростей передачи выше 2400 бит/с.

Именно исходя из этой теоретически предопределенной невозможности, разработчики стандарта высокоскоростной передачи данных V.34 и не ставили своей сверхзадачей создание гиперпомехоустойчивого на максимальной скорости модема, а стремились обеспечить передачу данных с оперативно адаптируемой к линии максимально возможной в диапазоне от 2400 до 33600 бит/с скорости. Модемы V.34 представлены на рынке с 1994 года, и как показывает опыт их эксплуатации, в той или иной степени успешно обходят препятствия, чинимые им отечественными телефонными сетями, именно благодаря наличию механизма адаптации по скорости. Слабым местом таких модемов обычно является ненадежность удержания соединения в сверхтяжелых условиях.

С другой стороны, существует ряд задач передачи данных (обеспечение связи с банкоматами или кассовыми аппаратами, теледоступ к необслуживаемым удаленным объектам и т.д.), для решения которых вполне достаточно скоростей до 2400 бит/с, но при этом должна быть обеспечена абсолютная гарантия успешной передачи данных с использованием любых "подручных" линий связи. Так как при этом используются весьма протяженные линии, характеризуемые в основном большим (до 40 дБ) затуханием сигнала, наличием микро перерывов (длительностью 1...10 мс) связи (не пропаянные кроссировки), всплесками шумов и импульсных помех (прокладка линий вместе с силовыми кабелями), то модем для таких задач обязан иметь высокую чувствительность, регулировку выходного уровня, гарантировать неразрыв соединения и абсолютную устойчивость передачи, а так же "независание" ни при каких обстоятельствах. Ну и, конечно же, представляются проблематичными попытки передавать данные по таким каналам без поддержки модемом протоколов коррекции ошибок (MNP4/V.42), полагаясь на наличие ошибкоисправляющих свойств терминального оборудования.