Схемы передачи информации. Характеристики. Модемы

Возможны следующие схемы передачи информации:

• • по физической линии без разделения ее на каналы, на небольшие расстояния; это относится к локальным вычислительным сетям;
• • также по физической линии, без разделения на каналы, но на расстояние, требующее усиления сигнала;
• • по коммутируемым телефонным каналам; при разговоре по телефону наш голос проносится по нескольким телефонным проводам, соединенным ^коммутированным) друг с другом только на время разговора, а затем эти каналы занимают другие;
• • по выделенному каналу связи, постоянно занятому только нами. К этому следует добавить, что канал может быть электрическим, оптическим, радиоканалом.

Основным устройством, обеспечивающим передачу информации из ЭВМ в последних трех схемах, является модем (модулятор-демодулятор). В первой схеме, внутри локальной вычислительной сети, модем не требуется, но на выходе из нее также нужен.

Модемы отличаются большим разнообразием. Их классификация учитывает следующие признаки:

• • типы линий передачи, в которых используются модемы (аналоговые, цифровые, радиомодемы и даже экзотические модемы для передачи информации по силовым электрическим линиям);
• • функциональное назначение - телефонные, телеграфные, факс-модемы, комплексные модемы;
• • конструктивное отношение к ЭВМ - внешние и внутренние (микросхема внутри системного блока) модемы;
• • виды сервиса и характеристики модемов;
• • особенности внутреннего устройства и конструктивного исполнения модемов.

Рассмотрим кратко модемы для передачи информации по обычным телефонным линиям, наиболее широко применяемые.

Модем - это устройство, преобразующее цифровые данные от компьютера в аналоговые сигналы перед их передачей (модуляция) и, после передачи, производящее обратное преобразование (демодуляция). Основная цель преобразования состоит в согласовании полосы частот, занимаемой сигналами, с полосой пропускания линии передачи. Сигналы могут занимать всю полосу пропускания линии передачи либо ее часть (при частотном разделении каналов). Кроме того, модемы должны обеспечивать необходимую амплитуду и мощность сигналов для достижения большого отношения сигнал/шум и, как следствие обоих перечисленных факторов (полосы частот и отношения сигнал/шум), возможно большей скорости передачи.

Телефонный канал изначально для передачи цифровой (битовой) информации предназначен не был, а предназначен был для передачи голоса, т.е. звука в полосе частот от 300 до 3400 Гц (на цифровых каналах - до 4000), что обеспечивает приемлемую разборчивость речи. Чтобы передать цифру (бит), нужно превратить цифру в звук (модулировать), а на другом конце демодулировать - проанализировав дошедший звук, понять - это 0 или 1. Модуляция осуществляется классическим образом: берется несущая

(синусоида определенной частоты), и изменяется по какому-нибудь параметру, как это изложено в предыдущем параграфе: по амплитуде (амплитудная модуляция), частоте (частотная) или фазе (фазовая).

Одна из возможных структурных схем модема показана на рис. 18.

Схема содержит основные функциональные узлы. При этом узлы, осуществляющие прямое и обратное преобразования в передающей и приемной части модема, ниже рассматриваются попарно.

Кодер и декодер предназначены для защиты от ошибок и «сжатия» данных. Защита от ошибок предполагает включение в пакеты передаваемых данных избыточного циклического кода. В то же время производится сжатие данных. Для этого на передающем и приемном конце линии модемы (точнее, их кодеры и декодеры) организуют и поддерживают идентичные динамические словари в виде структур типа дерева. Достаточно передавать не сами слова, а специальным образом описанные (в виде чисел) части словарей (пути в дереве), содержащие требуемые последовательности символов.

Рис. 18. Структурная схема модема

Скремблер - дескремблер производят такое преобразование передаваемого и принятого сигналов, которое исключает влияние длинных цепочек из нулей или единиц, а также коротких повторяющихся последовательностей на надежность синхронизации в приемной части модема.

Эквалайзер включается в приемной части модема и служит для компенсации зависимости времени запаздывания в линии от частоты. Спектральные составляющие на разных частотах должны приходить к удаленному модему с одинаковой задержкой. Он осуществляет также эхо-компенсацию. Проблема состоит в том, что при дуплексном обмене передающий модем может воспринять порожденный им же сигнал, отраженный от другого конца линии, как пришедший от удаленного модема.

Фильтры и усилители являются традиционными устройствами при обработке сигналов на фоне шумов и помех.

Собственно модулятор и демодулятор в модемах реализуют специфические сложные методы модуляции.

Основными характеристиками передачи данных являются скорость и достоверность.

Следует различать 3 скорости:

• • скорость несущей частоты, кГц;
• • скорость, с которой происходят при модуляции скачки час-тоты/амплитуды/фазы (см. рис. 17), - «бодовая» скорость, единица измерения бод (baud); она практически не превышает 2400 бод для аналогового канала (в ранее названных пределах 0,3 - 3,4 кГц);
• • скорость передачи данных Кбит/с; для пользователя наиболее важная и понятная.

Иногда вторую и третью характеристики считают синонимами, но это неверно, они равны только в частном давнишнем случае. Модем с надписью 33600 - это не модем на «33600 бод», а модем на те же 2400 бод, но - на 33600 бит/с. Сейчас выпускаются модемы на 56 Кбит/с и считается, что для аналоговых телефонных каналов этим достигнут предел.

Но 56 Кбит/с - это теоретическая скорость модема. Реальная скорость передачи данных зависит также от качества канала, и она ниже. Модем автора при входе в Интернет показывает скорость около 20 Кбит/с, она может несколько меняться в течение сеанса связи.

Разумеется, специальные цифровые каналы, оптические каналы обеспечивают гораздо большую скорость.

Вторая важная характеристика передачи данных - достоверность. Она измеряется противоположной величиной - вероятностью ошибки на знак. Именно на знак (байт), а не на бит или сообщение. Вероятность ошибки на знак для обычного телеграфа составляет 10'², т.е. 1 ошибка на 100 знаков. Если в сообщении 100 знаков, то это означает, что каждое сообщение хотя бы в одном знаке может быть недостоверным. Это очень низкая достоверность, практически не подходящая для современных информационных технологий. Хорошим показателем считается вероятность ошибки 10‘⁶, т.е. 1 ошибка на 1000000 знаков, и это хорошие каналы обеспечивают. Для локальных вычислительных сетей ставится и реализуется требование вероятности ошибки 10‘⁸-10'⁹.