Modulator-demodulator – modem (2)

U prošlom broju zadržali smo se na osnovama sporazumevanja modema, a sada ćemo proširiti vidike i na ostatak putovanja podataka, ali nekom većom brzinom

U nekim krajevima Srbije još uvek postoje raritetni primerci analognih telefonskih centrala, koje su međ’ narodom poznate kao „potočare”. Put podataka kroz „potočaru” bio je prirodan, totalno analogan, te su podaci putovali do modema primaoca u istom obliku u kom ih modem moduliše i pošalje. Doduše, analogni podaci usput su sretali i pojačivače signala, jer se usled različitih kablova, njihovog prečnika i otpronosti, menjala i jačina poslatog signala.

Još malo istorije

Potreba za sve većom brzinom, shodno sadržaju koji je korisnik tražio, dovela je do bujanja potoka podataka. Neophodno je bilo ubrzati modem, što su naučnici radili uglavnom uvođenjem složenijih modulacija podataka. Kada su brzine modema dospele do 9600 bit/s (4 bita pri 2400 bauda), veća brzina od ove donela bi mnogo grešaka u prenosu. Zbog toga je ova brzina veoma dugo stajala nepromenjena, uprkos naporima inženjera da prevaziđu greške, sve dok izvesni Gotfrid Ungerbek iz ciriške razvojne laboratorije IBM-a nije razrešio problem. On je postavio temelj novoj fazi razvoja, uvodeći TCM (engl. Trellis Coded Modulation, „rešetkasto” modulisani kôd) i otvorio vrata povećanju brzine. Sledile su brojne modulacije i ubrzanja, a paralelno s tim razvijena je i tehnika za kompresiju podataka koja je dodatno ubrzala modeme. Veoma brzo stiglo se do brzina od 28,8 i 33,6 Kbit/s (10 bita pri 3429 bauda). Ali, nije se ni tu stalo, jer su „potočare” zamenjene modernijim, digitalnim telefonskim centralama.

Asinhrono putešestvije

Poslednja tehnologija koja je implementirana na modemu, koji je zaista modem, nosila je oznaku V.90. Brzine koje je ona obećavala nisu bile jednake u oba smera. U odlaznom smeru (upload), modem je postizao klasičnih 33,6 Kbit/s, ali je u dolaznom smeru (download) postizano 56 Kbit/s. Za ovakvu brzinu downloada bilo je potrebno i da telefonska centrala nema višestruku digitalno/analognu konverziju. Ukoliko taj uslov nije ispunjen, modemi su spuštali brzinu na 33,6 Kbit/s u oba smera. Normalno, uslov je bio i to da oba modema u vezi podržavaju standard V.90.

S obzirom na to da se radi o ubrzanju u samo jednom smeru, princip razmene podataka se promenio, naročito u dolasku. Kada se nakon sinhronizacije, koja je opisana u prošlom broju, krene u razmenu podataka, proces ide ovim tokom. PC šalje originalne podatke ili zahteve za slanje svom modemu. Modem vrši klasičnu konverziju digitalnih podataka u analogni oblik i šalje ih kroz telefonsku paricu brzinom od 33,6 Kbit/s. Analogni podaci dolaze u javnu komutiranu telefonsku mrežu (PSTN – Public Switched Telephone Network), gde se prevode u digitalni oblik. Pošto je telefonski sistem (PSTN) totalno digitalan (osim pojedinih lokalnih analognih petlji), prevedeni podaci kroz njega putuju brzinom od 64 Kbit/s.

Prevođenje signala iz analognog u digitalni oblik vrši se uz pomoć konvertora koji 8 hiljada puta u sekundi uzima uzorke dolaznog analognog signala i svaki put beleži približnu amplitudu, odnosno jačinu struje, u obliku 8-bitnog modulisanog impulsnog koda (PCM – Pulse Code Modulation). S obzirom na to da se pri prolasku signala kroz žicu javlja određeno izobličenje signala (promene napona), čak i same žice indukuju struju (upravo je zbog ove indukcije, poznate i kao linijski šum, brzina kroz telefonsku paricu ograničena na 33,6 Kbit/s), moguće je bezbroj veličina amplitude. Konverter pri prevođenju prevodi analogni u digitalni signal sa 256 nivoa, te je pri toj konverziji primoran da radi sa približnim vrednostima.

A sad, podaci nazad

Ovakvi signali dolaze do internet provajdera, čiji modem kao odgovor vraća tražene podatke (web strane, slike...) u grupama od po 8 bita. Ovakve grupe prihvata poseban uređaj za kodiranje i dekodiranje, koji za te poslove koristi određen matematički zakon. U Evropi se koristi tzv. A zakon, a u SAD µ zakon, pa su modemi američke proizvodnje sprečeni da na evropskim centralama postignu svoj maksimum. Zbog čega je potrebno ovo kodiranje? Ovaj koder priprema klasični digitalni oblik podataka za digitalno/analogni konvertor u telefonskom sistemu. Zapravo, on te podatke priprema u obliku signala sa 256 nivoa (jedan nivo zove se simbol), koje konvertor prevodi u analogni oblik za telefonsku žicu za put ka modemu korisnika koji je zatražio podatke. On ih priprema na sličan način kao u dolasku, samo u obrnutom smeru. Koder generiše 8000 impulsa svake sekunde, a napon svakog impulsa odgovara jednom od mogućih 128 simbola.

Otkud sada 128, zar nije bilo 256? Kada bi se koristilo svih 256 simbola, teoretski bi D/A konvertor mogao da postigne brzinu od 64 Kbit/s. Ali, pošto se nekolicina od tih 256 simbola koristi za kontrolu prenosa, a simboli koji imaju napon blizak nuli ne mogu se prepoznati u situacijama telefonskih veza sa puno smetnji, odlučeno je da se fond simbola smanji na 128. Samim tim, limitirana je i brzina na 56,6 Kbit/s, a pošto je snaga ovakvih signala prejaka za telefonske linije, prema propisima je morala da se dalje smanji na 53 Kbit/s.

Nakon ovog standarda, pojavio se i V.92, koji nije promenio nivo brzine koju ima V.90, već je samo skratio vreme za „rukovanje” (handshake, vidi prošli broj) dvaju modema pri uspostavljanju komunikacije. U njega je ubačena i kompresiona tehnika (V.44), koja implementacijom Lempel-Ziv-Jeff-Heath kompresije dostiže teoretsku brzinu od 320 Kbit/s. Naravno, ovo je samo teoretski, jer već spakovani podaci (JPEG slike, na primer) ne mogu da se kvalitetno prepakuju i komprimuju, te za njih važi osnovna brzina. U realnosti, uzimajući u obzir kvalitet veze, ovo teoretsko ubrzanje se veoma retko, samo u nekim momentima postiže.

• • •

Ovim smo (uglavnom) zaokružili priču o klasičnim modemima, a nastavak priče, koji tek sledi, ticaće se modema koji u stvari i nisu modemi. Znači, slede terminalni adapteri.

Dušan STOJIČEVIĆ