Comunicacions per mòdem

Mòdem, (de "modulador / demodulador"), qualsevol classe de dispositius electrònics que converteixen els senyals de dades digitals en senyals analògics modulats adequats per a la seva transmissió per circuits analògics de telecomunicacions. Un mòdem també rep senyals modulats i els demodula, recuperant el senyal digital per utilitzar-lo per l'equip de dades. Així, els mòdems fan possible que els mitjans de telecomunicacions establerts admetin una àmplia varietat de comunicacions de dades, com ara el correu electrònic entre ordinadors personals, la transmissió de faxs entre les màquines de fax o la descàrrega d’arxius d’àudio-vídeo des d’un servidor web mundial a una casa. ordinador.

La majoria dels mòdems són “banda de veu”; és a dir, permeten als equips terminals digitals comunicar-se a través dels canals telefònics, que es dissenyen segons els requisits d'amplada de banda estreta de la veu humana. Els mòdems per cable, d’altra banda, donen suport a la transmissió de dades a través de canals híbrids de fibra coaxial, que originalment van ser dissenyats per proporcionar un servei de televisió d’amplada banda. Tant els mòdems de banda de veu com per cable es comercialitzen com a mòduls independents de mida de llibres que es connecten a una presa de telèfon o cable i a un port en un ordinador personal. A més, els mòdems de banda de veu s’instal·len com a plaques de circuit directament a ordinadors i màquines de fax. També estan disponibles com a petites unitats de mida de targeta que es connecten als ordinadors portàtils.

Paràmetres de funcionament

Els mòdems funcionen en part comunicant-se entre ells i, per fer-ho, han de seguir els protocols de concordança o els estàndards de funcionament. La sèrie V de recomanacions publicades pel sector de normalització de telecomunicacions de la Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT) estableixen els estàndards mundials per a mòdems de banda de veu. Entre altres funcions, aquestes normes estableixen la senyalització mitjançant la qual els mòdems inicien i acaben la comunicació, estableixen esquemes de modulació i codificació compatibles i arriben a velocitats de transmissió idèntiques. Els mòdems tenen la capacitat de "tornar a caure" a velocitats més baixes per allotjar mòdems més lents. Els estàndards “Full-duplex” permeten la transmissió i recepció simultànies, que són necessàries per a una comunicació interactiva. Els estàndards “Half-duplex” també permeten la comunicació bidireccional, però no simultàniament; aquests mòdems són suficients per a la transmissió de faxs.

Els senyals de dades consisteixen en múltiples alternances entre dos valors, representats pels dígits binaris, o bits, 0 i 1. Els senyals analògics, per la seva banda, consisteixen en fluctuacions de valor variables en el temps, semblant als tons de la veu humana.. Per a representar dades binàries, els valors fluctuants de l’ona analògica (és a dir, la seva freqüència, amplitud i fase) s’han de modificar o modular de manera que representin les seqüències de bits que formen el senyal de dades. Els mòdems utilitzen diversos mètodes per fer-ho; a continuació, es nota a la secció Desenvolupament de mòdems de banda de veu.

Cada element modificat de l'ona portadora modulada (per exemple, un canvi d'una freqüència a una altra o un canvi entre dues fases) es coneix com a baud. En els mòdems de banda de veu primerencs a principis dels anys seixanta, un baud representava un bit, de manera que un mòdem que funcionava, per exemple, a 300 bauds per segon (o, més senzillament, 300 baud), transmetia dades a 300 bits per segon. En els mòdems moderns, un baud pot representar molts bits, de manera que la mesura més precisa de la velocitat de transmissió són bits o kilobits (mil bits) per segon. Durant el desenvolupament del seu desenvolupament, els mòdems han augmentat en el rendiment de 300 bits per segon (bps) a 56 quilobits per segon (Kbps) i més. Els mòdems de cable aconsegueixen un rendiment de diversos megabits per segon (Mbps; milions de bits per segon). A les velocitats de bit més altes, cal utilitzar esquemes de codificació de canals per reduir els errors de transmissió. A més, es poden utilitzar diversos esquemes de codificació de fonts per "comprimir" les dades en menys bits, augmentant la taxa de transmissió d'informació sense augmentar la velocitat de bits.

Desenvolupament de mòdems de banda de veu

La primera generació

Tot i que no estigués estrictament relacionat amb la comunicació de dades digitals, el treball primerenc a les màquines de telefotografia (predecessors de les màquines de fax modernes) del sistema Bell durant els anys trenta va conduir a mètodes per superar determinades deficiències de senyal inherents als circuits telefònics. Entre aquests desenvolupaments es trobaven els mètodes d’equiparació per superar el fregament de senyals de fax, així com els mètodes de traducció de senyals de fax a un senyal portador de 1.800 hertz que es podia transmetre per la línia telefònica.

Els primers esforços de desenvolupament en mòdems digitals semblen derivar de la necessitat de transmetre dades per a la defensa aèria nord-americana durant els anys cinquanta. Al final d'aquesta dècada, les dades es transmetien a 750 bits per segon sobre circuits telefònics convencionals. El primer mòdem disponible comercialment als Estats Units va ser el mòdem Bell 103, introduït el 1962 per la American Telephone & Telegraph Company (AT&T). El Bell 103 permetia la transmissió de dades full-duplex sobre circuits telefònics convencionals a velocitats de dades de fins a 300 bits per segon. Per enviar i rebre dades binàries a través del circuit telefònic, es van utilitzar dos parells de freqüències (un parell per a cada sentit). Un binari 1 era senyalat per un canvi a una freqüència d'una parella, mentre que un binari 0 era senyalat per un canvi a l'altra freqüència del parell. Aquest tipus de modulació digital es coneix com a teclat de freqüència de desplaçament o FSK. Un altre mòdem, conegut com el Bell 212, es va introduir poc després del Bell 103. Transmetent dades a un ritme de 1.200 bits, o 1,2 quilobits, per segon en circuits telefònics dúplex complet, el Bell 212 va fer ús del teclat de canvi de fase, o PSK, per modular un senyal portador de 1.800 hertz. A PSK, les dades es representen com a desplaçaments de fase d'un senyal de portadora única. Així, es pot enviar un binari 1 com a canvi de fase de grau zero, mentre que un binari 0 es pot enviar com a canvi de fase de 180 graus.

Entre el 1965 i el 1980, es van realitzar grans esforços en desenvolupar mòdems capaços de taxes de transmissió encara més elevades. Aquests esforços es van centrar en la superació dels diversos trastorns de la línia telefònica que limitaven directament la transmissió de dades. El 1965, Robert Lucky, als Bell Laboratories, va desenvolupar un ecualitzador automàtic adaptatiu per compensar l'alliberament de símbols de dades entre si a causa d'una transmissió imperfecta sobre el circuit telefònic. Tot i que el concepte d’equiparació era molt conegut i s’havia aplicat a les línies telefòniques i cables durant molts anys, els equiparadors antics es fixaven i sovint s’ajustaven manualment. L’arribada de l’equiparació automàtica va permetre la transmissió de dades a taxes elevades a través de la xarxa telefònica de commutació pública (PSTN) sense cap intervenció humana. A més, si bé els mètodes d’equiparació adaptativa compensaven imperfeccions dins de l’ample de banda nominal de tres quilohertz del circuit de veu, els mètodes de modulació avançats permetien la transmissió a taxes de dades encara més altes d’aquest ample de banda. Un mètode important de modulació va ser la modulació d'amplitud de quadratura, o QAM. En QAM, els dígits binaris es transmeten com a amplituds discretes en dues fases de l’ona electromagnètica, cada fase desplaçant-se de 90 graus respecte a l’altra. La freqüència del senyal del portador es situava entre els 1.800 i els 2.400 hertz. El QAM i la igualació adaptativa van permetre la transmissió de dades de 9,6 quilobits per segon a circuits de quatre fils. A continuació es van produir millores en la tecnologia del mòdem, de manera que el 1980 hi va haver mòdems de primera generació disponibles comercialment, que podien transmetre 14,4 quilobits per segon a través de les línies llogades de quatre fils.