Modemuri - Structura, Functionalitate, Circuite

3.1.Structura si functionarea modemurilor

Pentru a comunica între 2 calculatoare situate la distanta printr-o linie telefonica care

suporta semnale analogice este nevoie de un dispozitiv numit modem. Modemul accepta date

seriale digitale la intrare si le MODuleaza (în amplitudine, frecventa, faza etc.) pentru a le

transmite prin mediul analogic si asigura procesul invers de DEModulare a semnalului analogic

pentru a fi transformat în semnal digital serial.

Modemurile s-au dezvoltat initial pentru a lega statii de un calculator principal, dar acum

modemurile leaga sisteme de calcul si transfera informatii variate: voce, imagini, faxuri, date.

Viteza modemurilor este în continua crestere, astfel s-a ajuns la 56Kbps pe linia telefonica

comutata si uzual se pot obtine canale de 128Kbps pe linia ISDN, dar si viteze mult mai mari pe

linii închiriate (2Mbps) sau prin fibra optica. Telefonia celulara care se raspândeste continuu a

început în ultimii ani sa utilizeze transferul de date, asa încât au aparut modemurile GSM. Pentru

marirea vitezei de transfer a datelor apar noi tipuri de modulatii si algoritmi de comprimare iar

pentru verificarea corectitudinii transferului apar metode noi de corectare a erorilor.

Viteza de transfer a datelor se masoara în bps (bit/s) iar numarul de tranzitii în unitatea de

timp se masoara în Baud (Bd, tranz/s). În 1948 Shannon a demonstrat ca pentru o transmisie de

banda limitata, capacitatea maxima de transfer a canalului C este:

log 2

W.log(1 S N)

C

+

= , unde:

S/N este raportul semnal zgomot;

W este banda semnalului în Hz.

La o transmisie telefonica W=3000Hz si S/N maximum 1000 (30dB). Astfel, rata maxima

de transfer rezulta de 30KBd. Pentru a transmite informatie cu viteza mai mare de 30Kbps trebuie

sa se gaseasca modulari eficiente care sa codeze mai multi biti cu o singura tranzitie.

3.1.1.Modulatia datelor

1.Modulatia în amplitudine (ASK, Amplitude Shift Keying) se realizeaza prin alocarea a

2 amplitudini diferite A1 si A2 ale purtatoarei pentru valorile logice 0 si 1. O varianta particulara

este când unei valori logice se atribuie amplitudinea 0, deci lipsa purtatoarei. O codare mai

eficienta ar putea fi realizata prin mai multe nivele de amplitudine, ceea ce ar însemna o rata de

transfer mai mare decât rata de Baud, dar s-ar complica echipamentele de receptie. Avantajul

acestei modulatii este simplitatea, dar performantele reduse au facut ca modemurile cu modulatie

în amplitudine sa fie folosite doar pentru distante mici si viteze de asemenea mici.

2.Modulatia în frecventa (FSK, Frequency Shift Keying) ataseaza câte o frecventa diferita

valorilor logice 0 si 1 de exemplu astfel: 1070Hz pentru 0 si 1270Hz pentru 1 la emisie si 2025Hz

pentru 0 si 2225Hz pentru 1 la receptie. Alocarea a 4 frecvente duce la posibilitatea unui transfer

full duplex (FDX) pe linia de telefon cu 2 fire. Aceasta tehnica de modulatie a fost folosita pentru

modemurile de mica viteza (<1200bps).

3.Modulatia în faza (PSK, Phase Shift Keying) aloca defazaje diferite valorilor logice de 0

si 1. O varianta care compara strea actala a semnalului cu starea lui anterioara se numeste

modulatie în faza diferentiala (DPSK).

Semnalul modulat PSK este:

S(t) = A.cos(2. . f .t + DQ) c p , unde

fc este frecventa purtatoarei;

DQ este modificarea fazei.

Se poate imagina o modulatie pe mai multe nivele, astfel ca o modificare de faza sa

semnifice mai multi biti. De exemplu, un modem (numit dibit) ar putea sa codifice 2 biti cu o

schimbare de faza astfel (numita modulatie 4PSK):

Bit 1 Bit 0 Variatia de faza

11 DQ=45°

10 DQ=135°

01 DQ=225°

00 DQ=315°

Graficul fazei, numit si modelul constelatiei (pentru ca punctele seamana cu o constelatie)

este dat în figura 3.1. a:

Fig. 3.1. Modelul constelatiei pentru 4 PSK si 8 PSK

La fel, un modem tribit utilizeaza modulatia 8 PSK si modelul constelatiei, codificând 3

biti la o schimbare de faza este dat în figura 3.1. b.

4.Modulatia în cuadratura (QAM, Quadrature Amplitude Modulation) este o combinatie

între modulatia în faza si cea în amplitudine, utilizata în unele modemuri actuale de mare viteza.

Prin aceasta modulatie se stocheaza un maximum de informatie în modificarile purtatoarei.

Cu doar 2 nivele de amplitudine si 4 de faza se poate realiza o modulatie 8 QAM care

codifica 3 biti, iar cu 2 nivele de amplitudine si 8 de faza se pot codifica 4 biti, figura 3.2.:

Fig. 3.2. Modelul constelatiei pentru 8 PSK, 8 QAM si 16 QAM

00

01

11

sin 2pf

cos 2pf

10

sin 2pf

cos 2pf

a. 4 PSK b. 8 PSK

a. 8 PSK b. 8 QAM c. 16 QAM

Se observa ca distanta de faza pentru 8 QAM este ca si la 4 PSK iar la 16 QAM ca la 8

PSK. Este evident ca acuratetea circuitelor de demodulare trebuie sa fie cu atât mai mare cu cât

distanta de faza (variatia de faza între 2 puncte alaturate din constelatie) este mai mica.

Variatia în timp a unui semnal QAM este aratata în figura 3.3.: