Modemek


Telefonvonalon keresztül az elméleti információtovábbítási határ 1-2 Mbit/s. Azonban a telefonközpontokban a vonalak szűrőkön mennek keresztül, amelyek a váltakozóáramú jelek nem használt részeit levágják. Ennek a műveletnek az eredménye egy tiszta jel, mely feldolgozható. A telefonközpontok csak a 300 Hz és 3,3 kHz közé eső frekvenciájú jeleket engedik át. Az információt célszerű tehát ebbe a tartományba eső szinuszos jel valamely jellemzőjéhez rendelni. Ezt a szinusz hullám modulálásával tudjuk megvalósítani. Azt az eszközt, mely a bemenetére adott digitális jel vezérlésével a modulációt elvégzi, illetve a modulált, analóg jelet visszaalakítja digitális bitsorozattá (demodulálja), modemnek nevezzük (modulátor - demodulátor).
Minden szinuszos jelnek három jellemzője van, melyet a moduláció során felhasználhatunk:

1. ábra: Modulációs módok összehasonlítása


1 AMPLITÚDÓ MODULÁCIÓ

Egy adott amplitúdójú jel megléte vagy a hiánya hordozza az információt, vagyis az átvinni kívánt bitsorozat (moduláló jel) függvényében változtatjuk meg a hangfrekvenciás jel (vivőjel) amplitúdóját. Így keletkezik az amplitúdó-modulált (AM) jel. A megvalósítás jól működik, de csak lassú átvitel oldható meg.
A jelek visszaállítására komparátorokat használnak. Ezek olyan eszközök, melyek két bemenettel és egy kimenettel rendelkeznek. A bemenetre kapcsolt feszültségek szintjétől függ a kimenet állapota. Az egyik bement a nem invertáló, a másik az invertáló. A bemenetek kapcsolása szerint a komparátor lehet invertáló és nem invertáló. A két bemenet négy különböző állapotot vehet fel.
Az egyik bemenetre minden esetben egy referencia-feszültség kerül. A bemenetre adott jel amplitúdóját hasonlítja össze ezzel a referencia-feszültséggel. Lehetséges esetek:

  1. A referencia-feszültség a nem invertáló bemeneten van. A vizsgálandó jelet az invertáló bemenetre kapcsoljuk. Ha a jel amplitúdója nagyobb, mint Uref, akkor a kimenet alacsony szintű lesz.
  2. A referencia-feszültség a nem invertáló bemeneten van. A vizsgálandó jelet az invertáló bemenetre kapcsoljuk. Ha a jel amplitúdója kisebb, mint Uref, akkor a kimenet magas állapotot vesz fel.
  3. A referencia-feszültség az invertáló bemeneten van. A vizsgálandó jelet a nem invertáló bemenetre vezetjük. Ha a jel amplitúdója nagyobb, mint Uref, akkor a kimenet magas szintű lesz.
  4. A referencia-feszültség az invertáló bemeneten van. A vizsgálandó jelet a nem invertáló bemenetre kapcsoljuk. Ha a jel amplitúdója kisebb, mint Uref, akkor a kimenet alacsony szintű lesz.


2 FREKVENIA MODULÁCIÓ

Ezt a modulációt használták először a modemeknél. Nagyon jó a zajtűrése és a biteket hordozó frekvenciákat egyszerű szűrőkkel nagyon könnyű szétválasztani.
A digitális információban lévő 1 és 0 állapotokat eltérő frekvenciájú szinuszos jelek valósítják meg. A frekvenciakülönbségnek elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy biztonságosan szét lehessen választani.
A frekvenciamoduláció egyik lehetséges megvalósítása: egy oszcillátor jelét egy 10-es osztóval leosztjuk. A nagyobb frekvencia felel meg az 1-eseknek, míg ennek egytizede lesz a 0 állapot. Mind a két kimenet egy kapun halad keresztül, melynek állapotát a vezérlő bemenetére adott logikai jelekkel lehet meghatározni. A digitális információ kapcsolgatja ezeket a kapukat. Ha a továbbítandó információ 1-es, akkor az egyik kaput kell kinyitni és a másikat lezárni. Ha az információ 0, akkor a másik kapu lesz nyitva és az első zárva. A két kapu kimenetét már csak egy vonalra kell kapcsolni. Ezt egy analóg VAGY kapu segítségével tudjuk megoldani.


3 FÁZIS MODULÁCIÓ

A modulációs módok közül ez a legbonyolultabb. A fázismódosítás nem a biteket valósítja meg, hanem az átmeneteket. Ha a 360°-os fázistartományt felosztjuk négy részre, akkor a sík négy irányába mutató, egymással 90°-os szöget bezáró fázisvektorral lesz leírható. Mivel itt négy különböző állapot van, ezért négy fázisvektorral összesen két bitet lehet kódolni. A négy állapot a következő:

  1. 00: Ennek az átmenetnek a 0°-os fázistolás felel meg, tehát nem történik fáziseltolódás.
  2. 01: Ez 90°-os fázistolást jelent.
  3. 10: Az ilyen átmenethez a szinuszos jelet 180°-kal kell eltolni a kezdőfázishoz képest.
  4. 11: Az átmenetet 270°-os fáziseltolás fogja jelölni.

Ha szeretnénk az adatátviteli sebességet növelni, az két módon lehetséges. Vagy a fázishelyzetek vagy az amplitúdó értékek számát megnöveljük.


4 A MODEMEK FELÉPÍTÉSE

A modemek önállóan működni képes számítógép perifériák. Mielőtt működni kezdenének, a számítógépnek fel kell programozni, különböző szabványos és csak az adott modemre érvényes parancsokkal vezérelni és az állapotát folyamatosan ellenőrizni.
A kapcsolatban két egységet kell megkülönböztetni, ezek elnevezései:
DTE (Data Terminal Equipment): adatvég-berendezés, a számítógép vagy a terminál neve.
DCE (Data Circuit-Terminating Equipment): adatáramköri-végberendezés, a modem hivatalos elnevezése.
A két modem a telefonhálózaton keresztül kerül összeköttetésbe.

2. ábra: Modem-számítógép kapcsolat

A számítógép és a modem összekapcsolása kétféle módon történhet meg. A klasszikus mód a soros porton történő összeköttetés. Azonban ma már olyan modemek is elterjedtek, melyek a számítógép alaplapjába vannak dugaszolva, tehát a szabványos ISA vagy PCI sínbe illeszkednek. A belső felépítés néhány különbségtől eltekintve azonos, az eltérés csupán a csatolófelület kialakításában van. Továbbá a külső modem rendelkezik a kapcsolat ellenőrzését megvalósító LED-ekkel.
A modemek működése egy céláramkörön alapul, minden fontos feladatot ez végez el. Ezek a következők:

Az integrált áramkör programját egy EEPROM tartalmazza. A címdekóder nagyon egyszerű kialakítású, logikai áramkörökkel van megvalósítva. A kártya a COM1 vagy a COM2 port címén tud kommunikálni a számítógéppel, jumperekkel lehet a két cím közül választani. A címnek megfelelően a megszakítást is be kell állítanunk, melyre ugyancsak jumper szolgál. A processzor által előállított, modulált analóg feszültséget egy transzformátoron keresztül küldjük a telefonvonalra. Külső modem esetén szükség van még egy külső hálózati tápegységre is.
Mielőtt a modemet használni tudnánk, fel kell programozni. Ezt általában a használt program végzi el helyettünk. A számítógép a szöveges formájú parancsokat a soros vonalon keresztül küldi el a modemnek. Az parancs üzemmódban értelmezi azokat, majd általában OK üzenettel válaszol.
A modemek többségében 28 regiszter található. Ezek határozzák meg a modem üzemmódjait és működési paramétereit. Egyes jellemzők egy nem felejtő memóriában tárolódnak, ezek bekapcsolás után az alapbeállítását jelentik.
Ha egy modemmel adatokat viszünk át a telefonvonalon, akkor lefoglaljuk a hang átvitelére használt csatornát. Ebből következik, hogy vagy adatokat, vagy hangot viszünk át. Előfordulhat igény arra, hogy a modem felismerje a hangokat és lehetővé tegye az azokkal történő munkát. Erre találták ki az ún. voice-modemeket. Ezek képesek a hangot felismerni és egy analóg-digitális átalakítóval digitálissá, illetve a digitális jelet analóggá alakítani és a számítógépen tárolni.
A ma kapható modemek szinte kivétel nélkül képesek FAX készülékként is működni. Ez a speciális üzemmód lehetővé teszi képanyagok gyors továbbítását két pont között. Azonban nem szükséges mindkét oldalon számítógépnek lenni, elegendő egy FAX készülék is. Ezek egy modem, egy lapolvasó és egy nyomtató összeintegrálásából születtek.

Egy szintet vissza, vagy vissza a főmenübe.