Модемы - Авдеев В.А. и др., 2001

Для организации связи ПК или других устройств с помощью телефонных линий используются модемы.

Персональные компьютеры с модемной связью пользователей применяются для обращения к диалоговым службам: электронным доскам объявлений (BBS), электронной почте (e-mail) и информационному сервису. BBS представляет собой специально выделенный компьютер и модем с определенной программой, которая может передавать (принимать) сообщения, файлы обычно без участия оператора. Пользователь, обратившись к BBS, может принять соответствующие файлы, посмотреть объявления и т.д.

С помощью электронной почты можно переводить программные файлы, сообщения только пользователю другого компьютера, имеющего средства электронной почты. Если в BBS информация доступна всем пользователям, то в электронной почте информация читается только теми адресатами, которым она послана. Информационный сервис связан с производственной деятельностью предприятия (фирмы), когда по модемной связи поступает патентная, финансовая, коммерческая и другая информация.

С помощью модемов осуществляется доступ к мировой сети связи. Кроме того, модемы используются в системах телеобработки данных, содержащих центральную ЭВМ и абонентские пункты, связь между которыми осуществляется с помощью модемов и телефонных линий связи. Системы телеобработки данных в частности используются для управления коммунальным хозяйствам, энерго- и водоснабжения городов, технологическим оборудованием заводов и т.д.

В системах факсимильной связи также употребляется внутренний модем для подключения к телефонной сети. Факсаппарат содержит сканер, кодирующие и декодирующие устройства, принтер и модем. С помощью сканера считываются данные документов, чертежа, фотографии, а затем выполняется их кодирование и сжатие. После этого данные в аналоговой или цифровой форме под управлением модема передаются в линию связи. На другой стороне линии связи данные принимаются модемом, декодируются и выводятся на печать. На бумаге печатается дубликат (факсимиле) исходного документа. И наоборот, функцию факсаппарата может осуществлять модем, получивший название факсмодема. Факсмодем подключен к компьютеру, который выполняет кодирование и декодирование факсимильных данных.

Известно большое число фирм, занятых изготовлением модемов различных типов: синхронных, асинхронных, многовходовых, аналоговых, цифровых, высокоскоростных, с коррекцией ошибок и сжатием данных, микропроцессорным управлением, разными методами модуляции (демодуляции), внешних и встроенных.

- отсутствие индикации, нужное для взаимодействия пользователя с модемом;

- необходимость вскрытия системного устройства для установки платы.

Обычно встроенные модемы имеют перемычки, позволяющие его конфигурировать на любой последовательный порт, для употребления его базового адреса (COM1имеет базовый адрес 3F8h, COM2 – адрес 2F8h, COM3 – адрес 3E8h, COM4 – адрес 2E8h) и номера прерывания (IRQ3 – IRQ7).

В некоторых случаях для согласования скоростей работы процессора и встроенного модема на плате последнего применяют микросхему УАПП16550А, содержащую буферную память, предназначенную для хранения данных, поступающих с высокой скоростью (например, 19200 бит/с) в модем.

Схема связей внешнего модема показана на рис. 12.19.

К последовательному порту (например, COM1) компьютера модем подключается с помощью кабеля интерфейса RS-232C, причем может быть использован как 25-контактный (DB25S), так и 9-контактный разъем. Последовательный порт с разъемом DB25S имеет более широкую область применения, так как употребляется для выполнения синхронного или асинхронного режима работы, хотя в большинстве случаев используется асинхронный режим. Порты COM1 и COM2 являются асинхронными. Интерфейс RS-232C (рекомендуемый стандарт) был предложен ассоциацией электрической промышленности (EIA) для организации связи между ООД и АПД. В обозначении этого интерфейса число 232 соответствует номеру стандарта, а буква C – его варианту. Если используется вариант D этого стандарта, то употребляется обозначение EIA вместо RS, то есть EIA-232D. Интерфейс EIA-232D дополнительно содержит некоторые сигналы.

Компьютер с помощью коммуникационной программы, содержащей набор AT команд, управляет работой модема. Впервые команды АТ (Attention, внимание) были использованы фирмой Hayes и затем были поддержаны другими компаниями. Здесь усматривается аналогия с множеством команд Esc различных принтеров, когда каждая строка команд начинается с префикса Esc (Escape, переход). Базовый набор АТ команд (выбор стандарта BELL212A (ATB1), подключение к линии в режиме вызова (ATD) или ответа (АТА), повтор последнего набора номера (ATDL) и т.д.) стандартизирован. Многие изготовители модемов используют расширенный набор АТ команд, в котором имеются собственные АТ команды, связанные с дополнительными функциями таких модемов. Поэтому иногда с модемом поставляется гибкий диск, содержащий модемный файл данных, в котором указывается набор АТ команд и особенности этого модема.

Внешний модем – это интеллектуальное устройство, реализованное на базе 16- или 32- битного процессора и имеющее регистры, к которым возможен доступ с помощью АТ команд. Модем выполняет разнообразные функции, перечислим некоторые из них: автоматического вызова, автоответа, коррекции параметров, сжатия данных, коррекции ошибок, определения номера, диагностики, синхронного обмена и т.п. Для реализации этих функций в модеме используется ППЗУ, хранящее соответствующее микропрограммное обеспечение.

Модем работает в двух режимах: командном режиме и в режиме данных. В первом режиме модем получает АТ команды и выполняет их, а во втором режиме – передает (принимает) модулируемые (демодулируемые) сигналы данных в линию связи (из линии связи).

Для установления связи модем (передатчик) посылает вызов нужному модему (приемнику) с помощью устройства автоматического вызова или вручную. В свою очередь, модем (приемник) на сигнал вызова посылает сигнал ответа, также автоматически или вручную. Во время последовательности установления соединения уточняются параметры связи.

Если в модеме предусмотрено преобразование аналоговых сигналов звука в цифровые, то в нем сообщение записывается в память и может быть затем выдано в линию связи как автоответ или на динамик модема. Запись звуковых сигналов в памяти требует применения алгоритма сжатия данных, которые декодируются при выводе на линию связи. В некоторых высокоскоростных модемах реализуется функция адаптивной их настройки на параметры линии связи. Для повышения скорости асинхронной передачи данных в модемах используются соответствующие алгоритмы сжатия данных, в которых используется кодирование повторяющихся сигналов и кодирование по частоте появления символов. Коррекция ошибок выполняется как при синхронной, так и при асинхронной передаче данных и определяется соответствующим протоколом уровня связи. При необходимости данные могут быть переданы повторно. Обычно для контроля используется циклический избыточный код (CRC), который передается в конце каждого блока данных. На приемной стороне модем для принятого блока данных вычисляет циклический избыточный код и сравнивает его с поступившим CRC. Если контрольные коды совпадают, то блок данных был принят без ошибки и модем подтверждает получение этого блока.

Существуют протоколы MNPV (Microsoft Networking Protocol) фирмы Microcomp, определяющие уровень коррекции ошибок и сжатия данных наиболее известных моделей. Например, протоколы MNP – 1, MNP – 4 предназначены для выполнения безошибочных передач, протоколы MNP – 5 и MNP – 7 – для сжатия данных и т.д. Протокол MNP – 4 устанавливает коррекцию ошибок и повторную передачу данных. Этот протокол аналогичен протоколу V.42. Протокол V.42, поддерживающий сжатие данных, соответствует по форме протоколу MNP – 5.

Определение номера вызывающего абонента состоит в следующих действиях. Принимающий модемный абонент делает соответствующий запрос на телефонную станцию и по ее ответу устанавливает номер.

Различают асинхронные, синхронные и асинхронно-синхронные модемы. Асинхронные модемы являются низкоскоростными устройствами (см. 6.2.), так как в асинхронном режиме каждая кодовая последовательная посылка 5-8 бит данных содержит дополнительные стартовый и стоповые биты.

Синхронные модемы принимают и передают данные с использованием общего сигнала синхронизации, который может быть сформирован самим модемом или внешним источником (см. 6.3).

Асинхронно-синхронные модемы работают в одном из выбранных режимов путем подачи, например, соответствующей команды. При включении модема обычно по умолчанию устанавливается асинхронный режим. В некоторых ситуациях, для сопряжения асинхронного компьютера с синхронным модемом устанавливается асинхронно-синхронный преобразователь.

Для проверки линии связи и работоспособности модема предусматриваются различные функции диагностики: внутреннее тестирование модема при включении питания, аналоговые и цифровые соединения, связанные с замыканием выхода передатчика со входом приемника модема.

Внешние модемы имеют световые индикаторы, расположенные на передней панели. В табл. 12.2 приведены некоторые типичные световые индикаторы, сообщающие о состоянии модема.

Для соединения компьютеров с помощью модемов применяются специально выделенные телефонные линии связи или линии общественной телефонной сети.

В общественной телефонной сети используется 2-проводная коммутируемая линия, по которой передаются: питание, звонок, номер абонента, двусторонние сигналы речи и т.п. Так как информация передаётся в обе стороны по одним и тем же двум проводам, то возникает проблема удаления эха (отраженного сигнала) перед демодуляцией основного телефонного сигнала.

Для сопряжения модемов также предусматривается 2-проводная постоянная (некоммутируемая) выделенная линия.

Кроме того, используют выделенную 4-проводную линию связи, в которой 2 провода предназначены для передачи информации в одном направлении, а два других провода – в другом направлении. В этом случае отраженного сигнала в проводах линии связи нет.

В выделенных линиях связи не предусматривается передача номера абонента, звонка и питания.

Модем содержит передатчик (модулятор) и приемник (демодулятор). Известны три основных способа модуляции (демодуляции) синусоидального сигнала: амплитудный, частотный и фазовый (рис. 12.20).

Рис. 12.20. Способы модуляции. а - амплитудная, б - частотная, в - фазовая

Под модуляцией понимается процесс изменения данного сигнала (несущего аналогового сигнала) в соответствии с формой другого модулирующего сигнала. Фазовая модуляция определенной частоты употребляет для сигналов 0 и 1 частоты с разными фазами. При амплитудном способе осуществляется модуляция амплитуды несущей частоты исходным сигналом. При использовании частотной модуляции (манипуляции) некоторая частота f_н применяется в качестве несущей. Логической 1 соответствует частота f_н+Df, а логическому 0 – частота f_н-Df, т.е. выполняется сдвиг частоты влево или вправо в зависимости от значения бита исходного сигнала. Кроме того, для получения этих частот можно употребить 2 генератора, синхронизированных по фазе. На приемной стороне для выделения данных частот используют соответствующие фильтры. Модемы с частотной модуляцией могут работать в дуплексном режиме, когда по паре проводов линии связи может одновременно передаваться информация в обе стороны. При этом для передачи информации одного направления употребляется одна частота, а для передачи информации в другом направлении - другая (далеко отстоящая) частота. Обычно модем исходящей связи использует меньшие частоты, а модем входящей связи – большие частоты. Модемом исходящей связи является тот, который первым начинает сеанс связи (делает вызов). Большинство модемов работают в режимах вызова и ответа. При соединении ПК с помощью телефонной сети, которая обеспечивает передачу речевых сигналов невысоких частот в диапазоне от 300 до 3000 Гц, может быть реализован режим эхообразной передачи (эхоплекса), когда ПК (модем исходящей связи) посылает данные другому модему входящей связи (ПК – приемнику), а тот возвращает их обратно с целью контроля. Для стандартизации частот модемов известны, например, протоколы связи BELL202 и CCITT v.23 (рис. 12.21).

Рис. 12.21. Протоколы частотной модуляции: а – протокол BELL202, б – протокол CCIT V.23

В США телефонная компания Bell System использует собственные стандарты протоколов модуляции.

CCITT (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии), в настоящее время называется ITU – TSS (Международный телекоммуникационный союз - Сектор технических стандартов), устанавливает соответствующие стандарты. В этих стандартах символ V указывает на их отношение к модемам, а слово bis – второй, например, стандарт V.22 bis.

Для двухпроводной коммутируемой линии, общественной телефонной сети употребляются стандарты протоколов модуляции ITU – TSS, некоторые из них приведенные в табл. 12.3.

Стандарт	Скорость (бит/с)	Метод модуляции
V.21 (Bell 103)	300	FSK
V.22 (Bell 212A)	1200	4-DPSK
V.22 bis	1200/2400	16-QAM
V.32 (коррекция ошибок)	4800/9600	4-DPSK/16-QAM
V.32 bis (сжатие данных)	7200/12000/14400	16-TSM/64-TSM/ 128-TSM

Примечание: FSK (Frequency Shift Keying) – частотная модуляция; QAM (Quadrature Amlitude Modulation) – квадратурная манипуляция; DPSK (Differential Phase Shift Keying) – дифференциальная фазовая манипуляция; ТСМ – метод группового кодирования.

Термин Shift Keying (манипулирование) обозначает способ модуляции, когда модулирующий сигнал представлен в цифровой форме, а не в аналоговой. Как видно из таблицы, метод модуляции существенно определяет скорость передачи данных модемом и характеризуется количеством одновременно передаваемых битов в аналоговом промодулированном сигнале. Например, метод 16-QAM позволяет одновременно передать 4 бита.

Метод частотной манипуляции применяется в низкоскоростных модемах. В некоторых среднескоростных модемах с тональной частотой используется метод дифференциальной фазовой манипуляции (FSK), базирующийся обычно на кодировании четырех фаз синусоидального сигнала (четырехфазная манипуляция). Изменение фазы синусоидального сигнала на 90⁰ соответствует коду 00, на 0⁰ – коду 01, на 180⁰ – коду 10 и на 270⁰ – коду 11. При двухбитовом кодировании скорости, измеряемые количеством бит/с и бод, не совпадают, например, скорости 2400 бит/с сопоставляется скорость 1200 бод, т.е. в этом случае передаётся 2 бита данных одновременно. Бод – единица скорости, определяемая числом элементов сигнала в единицу времени (с).

Для скорости передачи 1200 бит/с может применяться двухфазовая манипуляция, для скорости 2400 бит/с – четырехфазовая манипуляция, для скорости 4800 бит/с – восьмифазовая и т.д. Фазовая манипуляция, таким образом, позволяет более эффективно использовать полосу частот коммутируемой телефонной сети, чем частотная модуляция.

В высокоскоростных модемах с тональной частотой применяется метод квадратурной амплитудной модуляции (QAM), когда модулируется амплитуда и фаза сигнала, т.е. используется уже четырехбитовое кодирование (16 комбинаций), два бита соответствуют изменению фазы и два бита – изменению амплитуды.

В этом случае скорость в 1200 бод равняется скорости 4800 бит/с.

Известны более скоростные методы модуляции. Например, групповой кодировки – 64ТСМ и 128ТСМ, которые обеспечивают соответственно скорости передачи данных 12000 бит/с и 14000 бит/с. Обычно в обозначении метода модуляции указывается число комбинаций. Так, метод 16-QAM определяет использование четырехбитного кодирования. В качестве несущей частоты для всех методов модуляции стандарта ITU-TSS используется частота 1800 Гц, 1700 Гц или 1200 Гц.

Кроме стандартов протоколов модуляции, в модемах используются следующие протоколы надежной передачи файлов: Xmodem, Ymodem, Zmodem. Эти протоколы определяют формат передаваемого блока данных, последовательность взаимодействия модемов во время сеанса связи, проверку правильности принимаемых данных с квитированием (обратным сообщением об успешности или наличии ошибки в блоке данных). Xmodem – исходный протокол с обнаружением ошибок, определяющий блок данных размером 128 байт. Формат блока данных протокола Xmodem содержит: номер блока, данные 128 байт и контрольную сумму. Этот протокол имеет несколько вариантов, например, Xmodem – 1к, в котором размер блока увеличен до 1024 байт с использованием контрольного циклического кода.

Затем был предложен протокол Ymodem, применяющий блоки данных размером в 1 Кбайт. В протоколе указывается время и дата изменения файлов и возможна передача нескольких файлов подряд (пакетная передача).

Протокол Zmodem имеет переменный размер блока, возможность приостановки и продолжения передачи данных. Кроме того, этот протокол позволяет осуществить передачу сразу нескольких файлов с их именами.

В протоколах передачи файлов используются управляющие символы ASCII (коды 0-31). Например, символ SOH (код ASCII 1) указывает на начало заголовка блока данных: символ АСК (код ASCII 6) – подтверждение приема данных без ошибок; символ ЕОТ (код ASCII 4) – конец передачи данных; символ NAK (код ASCII 21) – завершение передачи данных с ошибками и т.д.

В табл. 12.4 показаны управляющие символы ASCII и их назначение.

Рассмотрим общий принцип совместной работы вызывающего и вызываемого модемов.

Перед началом работы пользователем с помощью операционной системы в ПК могут быть установлены коммуникационные параметры последовательного порта, например, COM1: скорость передачи данных (300-19200 бит/с), число бит данных (5-8), бит паритета (чет, нечет, бита нет), количество стоповых битов (1, 1.5, 2). Диалоговая служба BBS обычно использует 8 бит данных и 1 стоповый бит (бит паритета отсутствует). Если в COM – порте установлена микросхема УАПП 16550А с буферной памятью, хранящей до 16 символов, то скорость передачи без потерь данных между процессором (например, Pentium) и модемом равна 57600 бит/с. Чаще всего, в COM – порте используется микросхема УАПП 16450, которая гарантирует при соответствующем процессоре (386, 486 и т.д.) скорость передачи до 38400 бит/с. Таким образом, здесь важно согласование скорости обработки данных процессором с учетом времени обслуживания прерывания СОМ – порта и скорости передачи данных последовательным портом. Поэтому необходимо знать тип микросхемы УАПП, применяемой в последовательном порте.

Кроме того, в модеме после включения питания выполняется автотестирование и после этого пользователем или по умолчанию устанавливаются соответствующие режимы и параметры: режим запроса, режим ответа, набор номера, повторный набор последнего номера, скорость передачи данных и т. д.

Дальнейшее взаимодействие модемов напоминает сеанс связи между телефонными абонентами с употреблением соответствующей терминологии: «трубка повешена», «трубка снята», «автоответ» и т.д. В исходное состояние «трубка повешена» модем переходит в следующих случаях: снизился уровень порога несущей частоты до определенного предела, отсутствует правильный сигнал несущей частоты и т. п.

Когда модем передает данные, то он находится в режиме «трубка снята», т. е. после получения сигнала вызова.

Сеанс связи начинается с того, что один модем делает вызов, а другой отвечает, причем оба этих действия могут быть выполнены автоматически или в ручном режиме. В ручном режиме абонент снимает трубку, с помощью телефона набирает номер другого абонента. По звонку удаленный абонент поднимает трубку и в разговоре устанавливает со звонившим абонентом: какой модем будет работать в режиме вызова и какой в режиме ответа. После чего один модем переводится в режим вызова, а другой – в режим ответа. В общем случае модем позволяет работать в режиме голосового разговора и в режиме передачи данных. Подключение модема к линиям связи в режиме вызова выполняется командой ATD, а в режиме ответа – командой АТА.

Во время выполнения режимов вызова и ответа происходит обмен модемов соответствующими тональными сигналами для установления между ними правильной связи с максимально возможной скоростью и методом модуляции.

После установления связи двух модемов осуществляется режим передачи данных в соответствии с выбранным протоколом обмена файлами.

Внутренний модем расположен на плате расширения и подключается с одной стороны к телефонной сети, а с другой – к системной шине.

Рассмотрим принцип построения встроенного модема на базе микросхемы полного модема ТСМ3105 с частотной модуляцией, поддерживающего стандарты BELL 202 и CCITT V.23 , выполняющего дуплексные операции на 1200 бод передачи и 150 бод приема, передачи на скоростях 75, 150, 600 и 1200 бод и прием на 5, 75, 150, 600 и 1200 бод. Напомним, что в бодах измеряется количество информации, передаваемой в единицу времени (за 1 с). При передаче двоичной информации единица скорости «бит в секунду» совпадает с единицей скорости «бод». В микросхеме (однокорпусном DIP с 16 контактами) реализовано большинство функций среднескоростного модема. Общий вид микросхемы модема представлен на рис. 12.22.

Обобщенная структурная схема ТСМ3105 показана на рис. 12.23.

Рис. 12.23. Обобщенная структурная схема ТСМ3105

Для настройки модема на нужный режим необходимо подать 3-разрядный код на входы TxR1, TxR2 и TRS. Например, если TRS TxR1 TxR2 = 100, то для стандарта CCITT V.23 скорость приема 1200 бит/с, скорость передачи 75 бит/с, частота приема 1300, 2100 Гц, частота передачи 390, 450 Гц и частота CLK=19,11КГц. Различные комбинации сигналов на этих входах настройки позволяют реализовать любые частотные стандарты BELL 202 и CCITT V.23. Выходной сигнал CLK в 16 раз больше установленной скорости передачи и приема. Передатчик является программируемым синтезатором частоты, поступающей на выход TxA и соответствующей маркерам (1) и пробелам (0) цифрового сигнала, подаваемого на вход TxD. Приемник осуществляет выделение заданного диапазона частот, автоматический контроль уровня входного сигнала, отсечение высокочастотных помех и удаление выбросов по амплитуде.

Приемник выполняет демодуляцию аналогового сигнала, поступившего на вход RxA.

Блок обнаружения несущей содержит детектор, который сравнивает уровень сигнала на выходе фильтра приемника с уровнем напряжения , установленного на входе CDL. В случае обнаружения несущей блок формирует сигнал CDT.

На рис. 12.24 изображена структурная схема подключения модема к шине расширения ISA.

Рис. 12.24. Структурная схема подключения модема к шине ISA

Структурная схема содержит УАПП, в качестве которого может быть использована микросхема 8251, 8250 (NS16450) и др. УАПП осуществляет прием параллельного байта данных из П и преобразование его в последовательную кодовую посылку с стартстопным форматом, поступающую в модем. Эта передача данных выполняется по следующей схеме: D0-D7 -> ПП -> УАПП -> TxD -> TxA -> СТИ, где СТИ – схема телефонного интерфейса. Подключение модемов к аналоговым линиям связи осуществляется с помощью внутренних разделительных трансформаторов, служащих для защиты телефонной линии от сбоев модема и для предохранения модема от напряжения (нескольких десятков вольт) постоянного тока, имеющегося в телефонной сети. Типичной частью любого модема является схема сопряжения цифровых каналов (приема и передачи) с телефонным сетевым интерфейсом, имеющая много вариантов решения и содержащая разделительный трансформатор. УАПП, кроме того, выполняет прием последовательной кодовой посылки из модема, преобразование ее в параллельный байт данных с последующей выдачей его в П. Обратная трансляция данных осуществляется по следующей схеме: СТИ -> RxA -> RxD -> УАПП -> ПП-> D0-D7.

Наличие поступивших из СТИ данных в УАПП определяется сигналом готовности приемника RxRDY, который может быть использован для формирования сигнала прерывания IRQ11 (при наличии разрешения прерываний от П). Сигнал IRQ11 указывает, что регистр данных приемника УАПП полон. Кроме того, готовность приемника к вводу данных в П отмечается в соответствующем бите регистра состояния УАПП, который аналогичен сигналу RxRDY, т.е. можно осуществлять ввод полученных данных с помощью опроса бита готовности регистра состояния УАПП.

Синхронизация работы передатчика и приемника УАПП (8251) выполняется с помощью последовательно соединенных счетчиков (СЧ), подключенных выходами к мультиплексору (М), на адресные входы которого поступает код из регистра управления (РУ), программно доступного по записи со стороны П. Сигналы синхронизации М поступают на входы TxC и RxC УАПП и координируют работу его передатчика и приемника. Счетчики (Сч) используются для деления тактовых сигналов CLK, поступаемых из модема, т.е. модем является синхронизатором работы УАПП. Соответствующие сигналы на выходах РУ применяются для управления настройкой модема на реализацию частотных протоколов связи (входы TxR1, TxR2 и TxRS). Уровни порогов чувствительности на выводах КxA (CDT) и RxD реализуются с помощью переменных резисторов Р₁ и Р₂, подключенных ко входам CDL и RxB. СТИ разделяет двухпроводную телефонную линию связи от аналоговых входа RxA и выхода TxA модема. Работа модема синхронизируется генератором сигналов (ГС) с кварцевым резонатором. Для доступа к портам используется дешифратор (ДшА), декодирующий общую старшую часть адреса А2-А9. Бит А0 необходим для выбора портов УАПП, а бит А1 - для избрания обращения к УАПП (1) или к РУ (0). ПП согласует электрические параметры D0-D7 и внутренней шины данных и выполняет передачу данных соответствующего направления.

Рассмотренные модемы относятся к классу аналоговых модемов с передачей по каналам связи тональной частоты. Известны модемы для передачи данных по линии электропитания (по одной фазе) 120/220 вольт в районе действия одной трансформаторной подстанции, которые получили название электромодемы. Основная область применения электромодемов – это создание учрежденческих сетей, системы управления домашней автоматикой (бытовыми приборами), телефонной связи, охранной сигнализации, систем управления и учета на предприятиях и т.д. Линии электропитания как физическая среда для передачи данных характеризуются широкой распространенностью, большими шумами, ослаблением амплитуды и изменением частоты сигнала в линии, имеют разветвленную звездообразную топологию и меняют свои характеристики в зависимости от подключаемой нагрузки. Для надежной передачи данных по линиям электропитания используют различные методы модуляции: SS – широкополосной модуляции (Spread Spectrum), амплитудной манипуляции (ASK), частотной манипуляции (FSK), дифференциальной кодовой манипуляции (DCSK: Differential Code Shift Keying) и другие.

Для реализации высокой скорости передачи данных (10 Кбит/с и более) в модемах обычно применяют широкополосные каналы связи (50 – 450 КГц) с использованием импульсно-кодовой или дельта-модуляции. Импульсно-кодовая модуляция заключается в преобразовании аналового сигнала в поток цифровых двоичных сигналов, т.е. амплитуда аналогового сигнала преобразуется в цифровую форму (серию импульсов), причем для уменьшения количества передаваемых данных используют соответствующие методы кодирования, например, цифровой код определяется логарифмом величины преобразуемого аналогового сигнала.

Если употребляется дифференциальная кодово-импульсная модуляция, то по линии связи передается разность между текущим значением сигнала и предшествующим, которая требует для ее представления меньшего количества бит.

Дельта-модуляция является вариантом дифференциальной кодово-импуль-сной модуляции, при котором каждому дискретному значению сигнала ставится в соответствие бит, отражающий изменение сигнала на единичную величину в сторону уменьшения или увеличения.

Существуют разнообразные стандарты, определяющие методы модуляции, протоколы доступа к среде, полосы частот, линии электропитания, наборы типовых команд для электромодема, проблемно-ориентированные языки, формат пакетов и т.д.

Обобщенная структурная схема электромодема представлена на рис. 12.25.

В состав контроллера обычно входят: микропроцессор, специализированный модуль – трансивер для различных сред передачи данных, ОЗУ и ПЗУ. Усилитель мощности предназначен для передачи сигналов на значительные расстояния. Блок изоляции выполняет предварительную обработку выделенного информационного сигнала и изолирует электронные схемы электромодема от напряжения сети.

12. Устройства связи и преобразования информации

12.8. Модемы