capítulo 9 modens analógicos

Transcrição

CENTRO FEDERAL DE ENSINO TECNOLÓGICO DE SANTA CATARINA
UNIDADE DE SÃO JOSÉ
NÚCLEO DE TELECOMUNICAÇÕES
REDES DE COMPUTADORES E
A CAMADA FÍSICA
CAPÍTULO 9
MODENS ANALÓGICOS
Prof. Msc. Jorge H. B. Casagrande
outubro 2008
MÓDULO 3
CAPÍTULO 9 – Modens Analógicos
SUMÁRIO
9 MODENS EM CIRCUITOS DE COMUNICACAO DE DADOS..................2
9.1 O Conceito de Modulação.......................................................................................................4
9.2 Tipos de Modulação em Comunicação de Dados .................................................................4
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.2.4
Modulação ASK (Amplitude Shift Keying)......................................................................................................4
Modulação FSK (Frequency Shift Keying)........................................................................................................5
Modulação PSK (Phase Shift Keying)...............................................................................................................5
Modulação QAM................................................................................................................................................7
9.3 As Recomendações CCITT (ITU-T) para MODENS.........................................................10
MODEM V.21...........................................................................................................................................................11
MODEM V.23...........................................................................................................................................................12
Os MODENS V.26 à V.33 incluindo o V.17............................................................................................................12
MODEM V.22 e V.22bis...........................................................................................................................................13
MODEM V.32...........................................................................................................................................................13
MODEM V.34...........................................................................................................................................................14
EXERCÍCIOS.............................................................................................................................16
9.4 Algumas Características Adicionais dos MODENS..........................................................17
9.4.1 FALL-BACK, FALL-FORWARD e RETREINO............................................................................................17
9.4.2 AUTO-MODE...................................................................................................................................................18
9.4.3 Características especiais para aplicações em LINHA DISCADA.....................................................................18
Para o modem programado como Resposta Manual ...............................................................................................18
Para o modem programado como Resposta Automática ..........................................................................................19
9.4.3.1 Discagem Automática............................................................................19
9.4.3.2 Controle de Erro em Modens ................................................................21
9.4.3.3 Compressão de Dados ...........................................................................23
9.4.4 Memória FLASH para Atualização de Protocolos............................................................................................24
9.4.5 Controle de Fluxo..............................................................................................................................................24
9.4.6 Portadora Controlada e Portadora Pseudo-controlada.....................................................................................25
9.4.7 Enlaces Digitais e Enlaces Analógicos nos MODENS.....................................................................................26
9.4.7.1
9.4.7.2
9.4.7.3
9.4.7.4
9.4.7.5
ENLACES DIGITAIS...........................................................................27
ENLACES ANALÓGICOS..................................................................28
GERADOR PADRÃO..........................................................................29
USO DO TEST-SET.............................................................................29
USO DO CONECTOR DE LOOP........................................................29
9.4.8 OUTRAS CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS................................................................................................30
9.5 APLICAÇÕES COMUNS COM MODENS ANALÓGICOS E DIGITAIS....................31
EXERCÍCIOS.............................................................................................................................35
1
MÓDULO 3
9 MODENS EM CIRCUITOS DE COMUNICACAO DE DADOS
O meio de transmissão pode vir a produzir sérias distorções no sinal digital do
tipo ON/OFF, principalmente quando grandes distâncias são envolvidas na
comunicação. Além disto, o espectro de freqüência destes sinais mostram que ele não
possui como componente a freqüência do sinal de sincronismo o que o torna
desapropriado nos casos em que se deve transportar o sinal de relógio juntamente
com a informação.
T
t
REPRESENTAÇÃO DE UM SINAL
DIGITAL ON/OFF NO TEMPO
Energia
REPRESENTAÇÃO DE UM SINAL
DIGITAL ON/OFF NO DOMÍNIO
DA FREQUÊNCIA (Densidade
relativa de energia com fase omitida)
1/T
Freqüência [Hz]
Fig.1 - Sinal ON/OFF no domínio do tempo e da freqüência
Em adição, para a comunicação de dados o uso de linhas telefônicas normais
são bastante atraentes considerando que a rede telefônica é a maior rede de
comunicação no mundo. No entanto, a rede telefônica foi construída para suportar
somente o canal de voz (300 a 3400 Hz) o que impossibilita a transmissão direta de
sinais digitais. Um sinal ON/OFF de 9600 Hz, pôr exemplo teria as suas freqüências
baixas e altas comprometidas pelo “filtro” formado pelo sistema telefônico (fig. 2).
Na mesma idéia, utilizando linhas privativas (tipo B), apesar destas possuírem uma
banda passante bem maior, teremos uma atenuação em função da freqüência,
alterando significativamente o espectro original do sinal transmitido.
2
MÓDULO 3
9600
Freqüência [Hz]
300 3400
Freqüência [Hz]
Rede Telefônica
É neste contexto que um equipamento de comunicação de dados (DCE)
chamado MODEM é utilizado, minimizando os problemas surgidos no meio físico,
através de alterações no sinal digital de informação gerado pelo DTE. De acordo com
as finalidades de uso e com a forma como é realizada a transformação do sinal digital
pode-se dividir o MODEM em duas categorias: o analógico e o digital. O primeiro
transforma o sinal digital em sinal analógico e vice-versa, através de MOdulação e
DEModulação de uma onda portadora. No segundo caso, o sinal digital sofre uma
codificação para um outro sinal digital com espectro adaptado para o meio, não
constituindo portanto uma modulação, muito embora o equipamento seja ainda
chamado MODEM. (também é chamado de CODEC ou DATA SET ).
Com relação ao tipo de transmissão suportada na comunicação DTE-MODEM,
pode-se classificá-los ainda em síncronos ou assíncronos. A comunicação pode ainda
se realizar em linhas Privativas (LP) a dois ou quatro fios de maneira duplex (em
geral) ou semi-duplex. Veja um resumo na tabela a seguir:
3
MÓDULO 3
9.1 O Conceito de Modulação
Os modens analógicos, conforme visto no capítulo 1, transformam o sinal digital
originado de um DTE para um sinal analógico com características próprias para
lançá-lo ao meio de comunicação.
A transformação do sinal digital em um sinal analógico é realizada através de um
processo de modulação e demodulação de uma onda portadora. A modulação é
basicamente a mudança de uma ou mais características de uma onda senoidal
(chamada onda portadora) de acordo com o nível de um sinal digital que transporta
a informação.
Em termos de representação no domínio de freqüência, a modulação permitirá
deslocar e modificar o espectro do sinal digital a ser transmitido. Por exemplo, será
possível adaptar o espectro deste sinal as limitações da rede telefônica (faixa de 300
a 3400 Hz).
DADOS
9600
modulação
Freqüência [Hz]
300
fp 3400
Freqüência [Hz]
fp -> freqüência da onda portadora
As características da onda senoidal a serem modificadas são a amplitude, a
freqüência e a fase. De acordo com a variação de uma destas características tem-se a
modulação ASK, FSK e PSK. Pode-se ter variações (e combinações) destas
modulações, tal como o caso da modulação DPSK e QAM.
A cada bit (ou conjunto de bits) corresponderá uma forma de modular a onda
portadora e chama-se a isto de símbolo de modulação.
9.2 Tipos de Modulação em Comunicação de Dados
9.2.1
Modulação ASK (Amplitude Shift Keying)
Em um caso mais simples desta modulação tem-se para um nível 0 do sinal digital
um nível 0 de amplitude da onda portadora enquanto que para um nível 1 se tem um
4
MÓDULO 3
nível equivalente a amplitude máxima da onda portadora. Entretanto pode-se ter
valores diferentes para o nível da onda portadora.
0
1
1
0
1
0
0
t
t
Modulação FSK (Frequency Shift Keying)
9.2.2
A modulação FSK ‚ baseada em variações fixas F da freqüência da onda portadora.
Para o dígito 0 se soma F à freqüência da portadora enquanto para o nível 1 se
subtrai F.
0
1
1
0
1
0
0
t
t
9.2.3
Modulação PSK (Phase Shift Keying)
Neste caso as variações na onda portadora são realizadas em termos de defasagem.
Por exemplo:
Nível
Digital
0
1
Onda Portadora
Asen (wt+ 0)
A sen (wt+180)
5
MÓDULO 3
Uma variação do PSK simples é o DPSK (Diferential Phase Shift Keying). O DPSK
também produz variações na fase da onda portadora, mas estas variações são
incrementais ou seja cada bit representa um ângulo que deve ser somado a fase atual
da onda portadora. Neste caso:
Fase no instante (k) = Fase do instante (k-1) + Fase do símbolo de modulação
0
1
1
0
1
0
0
t
t
Onda
portadora com
fase 0 graus
Onda
portadora com
fase 180 graus
Modulação
PSK
Modulação
DPSK
0 -> 90°
1-> 270°
Observe que, escolhendo adequadamente os ângulos para a modulação DPSK,
consegue-se produzir variações na onda portadora sempre que existe a passagem de
um bit para outro, sejam eles do mesmo nível ou não. Esta característica é importante
para a transmissão do sinal de sincronismo juntamente com a informação, conforme
será visto posteriormente.
O diagrama fasorial que permite verificar os diferentes símbolos de modulação em
termos dos ângulos de variação da onda portadora é chamado de constelação. Para o
exemplo mostrado da modulação de bit 0 com 90 e bit 1 com 270 temos a seguinte
constelação:
6
MÓDULO 3
0
1
É possível tornar mais eficiente a transmissão da informação se em vez de a cada bit
corresponder um símbolo de modulação, fizermos dois ou mais bits corresponderem
a um símbolo de modulação. No caso da modulação DPSK teríamos portanto
constelações um pouco mais complexas da forma:
010
00
10
01
11
011
001
100
000
111
101
110
9.2.4 Modulação QAM
A modulação em QAM (Quadrature Amplitude Modulation) é uma combinação da
modulação em amplitude com modulação em fase.
Esta modulação permite a utilização de um grande número de símbolos de
modulação sem que a proximidade dos ângulos correspondentes a cada símbolo
torne extremamente complexa ou mesmo impossível a demodulação da onda.
1010
1011
0010
0011
1100
0001
0000 1000
0100
0101
1001
0110
1101
0111
1111
1110
Observa-se que a amplitude a ser modulada é dada pelo módulo (tamanho) do vetor.
7
MÓDULO 3
Taxa de Modulação X Taxa de Transmissão e Largura de Banda do Canal.
O termo taxa de modulação Tm refere-se ao número de modulações que se faz em
um segundo na onda portadora e a sua unidade é o baud.
Se considerarmos que cada modulação equivale a transmissão de um bit, a prior temse que a taxa de transmissão é igual a taxa de modulação.
No entanto, em sistemas onde vários bits correspondem a um único símbolo de
modulação teremos a seguinte relação:
Tm = Tt / N
onde Tm é a taxa de modulação
Tt é a taxa de transmissão
N é o número de bits por símbolo de modulação
Esta relação é importante na medida que quanto maior o número de bits por símbolo
de modulação menores são as taxas de modulação para uma mesma taxa de
transmissão.
Exemplo: Em um modulação DPSK com oito símbolos de modulação temos que para
uma taxa de transmissão de 9600 bps a taxa de modulação é:
Tm = 9600 /8 = 1200 bauds
Esta característica ‚ extremamente importante pois é possível mostrar que a largura
da banda correspondente a um sinal modulado, tanto em FSK como em
(D)PSK‚ dependente principalmente da taxa de modulação, sendo que a modulação
DPSK apresenta as menores larguras para uma mesma taxa de modulação.
Portanto a conclusão é que pode-se através do aumento do número de símbolos de
modulação aumentar a capacidade do canal de transmissão (taxa de transmissão)
mantendo-se uma mesma largura do canal. Para sistemas telefônicos esta
característica é essencial para se atingir velocidades razoáveis de transmissão.
Arquitetura Interna de um Modem Analógico
O diagrama de blocos de um modem analógico não difere muito de um modem
digital. Obviamente, dependendo da tecnologia na concepção do hardware do
8
MÓDULO 3
equipamento e quais as características incorporadas, cada tipo de modem tem suas
particularidades. No entanto, o básico é mostrado abaixo.
O que notamos de novo é o circuito de scrambler/descrambler, o
modulador/demodulador e o circuito de controle automático de ganho (AGC). A
Híbrida já é um circuito mais comum neste tipo de modem pois na maior parte das
aplicações utiliza-se meios de transmissão à dois fios. A híbrida, além de conter
circuitos que separam os sinais de transmissão e recepção analógicos, também
possui circuitos de proteção e, em alguns casos, àqueles responsáveis pela referência
do sinal nas tecnologias de cancelamento de eco.
O bloco Scrambler (embaralhador) como o próprio nome diz, tem a função de evitar
seqüências longas de bits, garantindo assim a manutenção da energia do sinal
espalhada e equilibrada no espectro, além de garantir uma recuperação mais fiel do
sincronismo no receptor. O descrambler recupera os bit´s na forma original. Os
circuitos do modulador e demodulador, naqueles modens de velocidade mais alta, é
utilizada a técnica de processamento digital de sinais (DSP) apoiados principalmente
por circuitos conversores Analógicos/Digitais e Digitais/Analógicos.
O AGC (Controle Automático de Ganho) desempenha função importante pois
independente do nível do sinal recebido, este circuito garante em sua saída uma
amplitude constante antes de ser entregue ao equalizador. Assim, após equalizado, o
demodulador tem a garantia de estabelecer as relações de amplitude e fase no
reconhecimento dos símbolos de modulação. Os demais blocos tem funções
semelhantes as estudadas anteriormente.
TD
TC
TCKE
RC
DCD
RD
SCRAMBLER
I
N
T
E
R
F
A
C
E
D
I
G
I
T
A
L
MODULADOR
FILTRO TX
H
I
B
R
I
D
A
AMPLIF.
I
N
T
E
R
F
A
C
E
SELEÇÃO SINC.
OSCILADOR
PLL
EXTRATOR DE
SINCRONISMO
FILTRO
RX.
DCD
DESCRAMBLER
DEMODULADOR
EQUAL
AGC
PRÉ
AMPLIF.
2
4
A
N
A
L
Ó
G
I
C
O
TX
RX
9
MÓDULO 3
9.3 As Recomendações CCITT (ITU-T) para MODENS
A ITU-T, antiga CCITT, ao contrário do que se refere aos modens digitais, possui
uma série de recomendações que se aplicam aos modens analógicos. As
recomendações da série V, caracterizam um equipamento de tal forma que este seja
compatível com qualquer outro fabricado segundo estas recomendações. As
características principais destacam o suporte de transmissão a ser utilizado, forma
de modulação, taxa e modo de transmissão da informação e restrições de
potência de sinal. No Brasil é a TELEBRÁS que complementa estas normatizações
através de suas práticas.
Abaixo temos um resumo das principais recomendações com suas características
mínimas:
ITU-T
V.21
V.23
V.26
V.26bis
V.27
V.27bis
V.27ter
V.29
V.33
V.17
V.22
V.22bis
V.32
V.32bis
V.32ter
taxa de: transm.
[bps]
(modul. (baud])
modo
transmissão
freqüência
portadora
[Hz]
300
(300)
600/1200
(600/1200)
assíncrono
2400
(1200)
2400/1200
(1200)
4800
(1600)
4800/2400
(1600/1200)
4800/2400
(1600/1200)
9.6/7.2/4.8/
2.4K
(2400)
14.4/12/9.6K
(2400)
14.4/12/9.6/7.2K
(2400)
600/1200
(600)
1200/2400
(600)
9.6/4.8/2.4K
(2400)
14.4/9.6/4.8/2.4K
(2400)
19.2/14.4/9.6/
4.8/2.4K
(2400)
síncrono
1080/1750
var.+/- 100
1500-600bps
1700-1200bp
s
var. +/- 400
1800
síncrono
1800
síncrono
1800
síncrono
1800
síncrono
1800
síncrono
1700
síncrono
1700
síncrono
1800
ambos
1200/2400
ambos
1200/2400
ambos
1800
ambos
1800
ambos
1800
assíncrono
modulação
(scrambler)
Tipo de
Linha
(equalizador)
Modo e meio
de
Comunicação
FSK
(ausente)
FSK
(ausente)
LP/LD
(fixo)
LP/LD
(fixo)
FDX 2 F
DPSK
(ausente)
DPSK
(ausente)
DPSK
(presente)
DPSK
(presente)
DPSK
(presente)
QAM
(presente)
LP
(fixo)
LP/LD
(fixo)
LP
(manual)
LP
(adaptativo)
LP/LD
(adaptativo)
LP
(adaptativo)
FDX 4 F
HDX 4 F
FDX 4 F
HDX 2 F
FDX 4 F
HDX 4 F
FDX 4 F
HDX 2 F
FDX 4 F
HDX 2 F
FDX 4 F
HDX 2 F
QAM/TCM
(presente)
QAM/TCM
(presente)
DPSK
(presente)
LP
(adaptativo)
LD
(adaptativo)
LP/LD
(fixo)
LP/LD
(adaptativo)
LP/LD
(adaptativo)
LP/LD
(adaptativo)
LP/LD
(adaptativo)
FDX 4 F
HDX 2 F
HDX 2 F
DPSK/QAM
(presente)
QAM/TCM
(presente)
QAM/TCM
(presente)
QAM/TCM
(presente)
FDX 2/4 F
HDX 2 F
FDX 2 F
FDX 2 F
FDX 2 F
FDX 2 F
FDX 2/4 F
10
MÓDULO 3
ITU-T
V.34
V.90
taxa de: transm.
[bps]
(modul. (baud])
28.8/26.4/24/
21.6/19.2/16.8/
14.4/9.6/4.8/2.4K
(3200 ou menor)
Idem V.34 +
56K(downstream)
28.8(upstream)
(3200 ou menor)
modo
transmissão
freqüência
portadora
[Hz]
modulação
(scrambler)
Tipo de
Linha
(equalizador)
Modo e meio
de
Comunicação
ambos
1800
QAM/TCM
(presente)
LP/LD
(adaptativo)
FDX 2/4 F
ambos
1800
QAM/TCM
(presente)
LD
única FDX 2F
conversão
(adaptativo)
V.92
 Faca uma pesquisa e preencha as características do padrão V.92!
Os modens V23 obrigatoriamente e os modens síncronos V26 à V29, opcionalmente,
possuem um canal secundário com modulação FSK com taxa de 75bps e portadora
centrada em 420Hz com variações de +/- 30Hz. Os modens V.23 à V.29 só podem
realizar comunicação duplex à 2 fios se utilizarem o canal secundário.
Para as versões apresentadas nesta tabela, todos os modens utilizam interface de
comunicação RS232 (V.24/V.28).
Os laboratórios BELL também possuem normatizações de modens
analógicos, mas que se aplicam mais especificamente aos Estados Unidos. Exemplo
destas normas são o Bell 103 (300bps U.S. Standard) e o Bell 212A (1200bps U.S.
Standard).
Deve-se observar que os modens mais recentes, além de realizarem as
características das normas, suportam também algoritmos de correção de erros e
protocolos para a compressão de dados. Geralmente um modem que segue
recomendações de velocidades maiores, também suporta versões de menor
velocidade no mesmo equipamento. Por exemplo: um modem V32bis também pode
ser programado para operar com versões V22, V22bis e V23.
A seguir serão abordados alguns detalhes das recomendações sugeridas pela ITU-T.
MODEM V.21
O modem V.21 foi largamente usado nas décadas passadas estando porém em desuso
devido a baixa taxa de transmissão. Ele possui as seguintes características básicas:
• modulação em FSK com variações de 100 Hz para modulação de 1 e 0;
• transmissão à 2 ou 4 fios;
11
MÓDULO 3
• comunicação semi-duplex ou duplex a velocidades de 300bps para a transmissão e
300bps para a recepção (300/300);
• a comunicação duplex‚ conseguida pela multiplexação em freqüência onde
existem dois canais principais centrados em 1080 hz e 1750 Hz;
• comunicação assíncrona com DTE (ou síncrona sem compromisso de repasse do
sinal de sincronismo).
O uso dos dois canais em faixas diferentes viabiliza a comunicação duplex a dois
fios. A baixa taxa de modulação garante que as faixas de freqüências ocupadas nos
dois canais principais possam ser enquadradas no espectro permitido pela linha
telefônica. Também fica garantido que os dois canais não se sobreponham nas suas
bordas internas.
O MODEM que inicia uma comunicação deve transmitir pelo canal mais baixo
(canal de origem) e receber pelo canal alto (canal de resposta). Portanto o MODEM
remoto deve receber a informação pelo canal baixo e transmitir pelo canal alto.
MODEM V.23
O modem V.23 é uma evolução do V.21 possuindo as seguintes características
básicas:
• modulação em FSK com variações de 400 Hz para modulação de 1 e 0.
• somente um canal principal com freqüência de portadora centrada em 1700 Hz ou
1500Hz.
• um canal secundário centrado em 420 Hz para velocidades de 75bps.
• comunicação semi-duplex a 2 ou duplex a 4 fios com taxa de 1200bps para a
transmissão e 1200bps para a recepção (1200/1200), utilizando somente o canal
principal.
• comunicação duplex a 2 o 4 fios a 1200bps para a recepção e 75bps para a
transmissão (ou vice-versa), utilizando o canal principal e o canal secundário.
• comunicação assíncrona com DTE (ou síncrona sem compromisso de repasse do
sinal de sincronismo).
Os MODENS V.26 à V.33 incluindo o V.17
Estes Modens exclusivamente para aplicações síncronas foram uma evolução em
velocidade dentro dos meios de comunicação a 2 e 4 fios. Estes padrões definem a
comunicações desde 2400 à 14400bps nas modalidades semi-duplex em dois fios ou
full-duplex em 4 fios. Especificamente, o padrão V.17 é uma recomendação especial
para uso em aparelhos de FAX com alta velocidade. O V.27 e V.27bis são
apropriados para a transmissão em linhas privativas enquanto a versão V.27ter pode
ser utilizado em linhas discadas. Esta última possui características de “fall-back” até
12
MÓDULO 3
2400bps (queda automática de velocidade em meios de transmissão ruidosos). O
modem V.29 foi especificado para comunicações até 9600bps em modo semi-duplex
sobre dois fios ou full duplex sobre quatro fios em linhas privativas. A tecnologia de
modulação é a QAM. Muitas transmissões de FAX se utilizam deste padrão embora
tais dispositivos devam conviver com a condição de “fall-back” do V.27 ter. O
modem V.33 opera a 14.400bps em comunicação semi-duplex sobre dois fios. A
modulação deste modem é o TCM, que é similar ao QAM também modula em
amplitude e fase. O TCM é um avanço em relação a tecnologia de modulação QAM
pois realiza uma codificação (Trellis) na seqüência de bits a ser modulada em QAM.
Na V.33 cada seqüência de 6 bits é tratada da seguinte forma: os dois primeiros bits
são codificados com os 2 primeiros bits do grupo anterior e com os dois primeiros
bits do grupo posterior, sendo então mapeados em uma constelação de 128 símbolos.
O TCM tolera uma relação sinal ruído extremamente pobre.
MODEM V.22 e V.22bis
Estas especificações definem a transmissão full-duplex até 2400bps sobre uma linha
discada ou privativa de 2 fios. Estes modens se utilizam da modulação DPSK ou
QAM. Estas versões são as pioneiras no desenvolvimento de modens de alta
velocidade para linhas discadas. Devido a sua alta aplicabilidade também em linhas
privativas, muitas outras características importantes foram incorporadas nestas
versões e suas “sucessoras”. Isto será visto posteriormente.
MODEM V.32
Este padrão especifica uma comunicação a 9600bps em linhas privativas ou
discadas, onde introduziu-se a técnica de cancelamento de eco para possibilitar a
operação full-duplex em dois fios. O padrão prevê um “fall-back” automático para o
modo V.22, na presença de muito ruído.
A V.32 não prevê a transmissão assíncrona embora tenha sido deixado aberto para
implementação desta característica. A tecnologia utilizada para a transmissão é o
QAM e o TCM, sendo utilizado a equalização adaptativa do sinal. No QAM, por
exemplo, para cada 4 bits de dados aplica-se um símbolo de modulação,
proporcionando uma constelação com 16 símbolos. No TCM, para os mesmos 4 bits
gera-se uma constelação de 32 bits. Na realidade a partir dos 4bits a serem
modulados e na história passada do sistema é gerado um quinto bit a ser modulado
(um bit de redundância). A transmissão é realizada de tal forma que somente algumas
seqüências de símbolos são possíveis. O receptor realiza a demodulação baseando-se
nesta informação. Os modens com TCM são mais resistentes a ruído do que os com
QAM. Para uma mesma taxa de transmissão e mesma relação sinal/ruído, a taxa de
erro do TCM é cerca de 1000 vezes menor que o QAM.
13
MÓDULO 3
Exemplos de constelações padrões V.32 e V32.bis para usando TCM (1 bit a mais
por modulação)
A idéia básica da tecnologia do cancelamento de eco (de forma diferente da
multiplexação em freqüência) é eliminar a contaminação do sinal que está sendo
transmitido no sinal que está sendo recebido. Esta contaminação, referenciada como
eco, é devida a dois fatores: o retorno de sinal pela híbrida do modem local (eco
local) e o retorno de sinal pela híbrida do modem remoto (eco remoto). O cancelador
de eco, baseando-se no sinal a ser transmitido (gerado localmente) estima os valores
dos ecos local e remoto, subtraindo do sinal recebido.
MODEM V.34
O modem V.22 bis envia dados a 2400bps com 4 bits por símbolo a 600 símbolos
por segundo (bauds). O modem V.32 envia 4 bits por símbolo a 2400 símbolos por
segundo perfazendo 9600bps. O modem V.32 bis envia 6 bits por símbolo e 2400
símbolos por segundo atingindo 14.400bps. Entretanto, o V.34 envia nove bits por
14
MÓDULO 3
símbolo e 3200 símbolos por segundo (bauds) atingindo 28800bps (duas vezes mais
rápido que o V.32 bis).
Os canais telefônicos normalmente possuem a largura da faixa de freqüência superior
a 3429 hz, o que é superior àquela ocupada pelo V.34. A largura da faixa do canal
telefônico normalmente é ditada pelo filtro passa-faixa nos dispositivos PCM. Uma
largura de faixa de 3000 Hz não suportará transmissões maiores que 26400bps
portanto a transmissão a 28800 fica condicionada a uma largura de faixa mínima do
canal de 3200 Hz.
Em adição, modens em geral são sensíveis a relação sinal/ruído (SNR). O V.34
requer no mínimo 32-34 dB SNR para manter a taxa de 28.800 bps. Deve-se
considerar que a principal fonte de ruído nas redes digitais atuais são devidas ao
ruído da quantização PCM. O nível de ruído para três conversões em PCM em um
enlace telefônico ainda permitirá a operação a 28800bps por parte do modem.
Mas mesmo que a conexão entre centrais de comutação suportem a taxa de
28800bps, esta velocidade pode ainda assim ser comprometida. A razão é que o
enlace local, ou seja o comprimento do fio de cobre que conecta o local onde está o
modem até a central telefônica, associado ao efeito da indutâncias parasitas e outros
fatores adicionais podem afetar esta velocidade, ou seja, restringir o limite da faixa
de freqüência passante a valores abaixo dos 3200 Hz.. Tudo isto pode levar dois
modens V.34 a reduzir a taxa de modulação implicando em redução da velocidade de
linha (taxa de transmissão de dados).
Os limites vão parando por aqui. A teoria de Shannon sobre a capacidade de um
canal de comunicação fica mais clara ao se observar que não é possível
deliberadamente aumentar indefinidamente a quantidade de bits por modulação pois
a enorme quantidade de símbolos ocupa espaços que se confundem um com os
outros na presença de ruídos. Impraticável recupera-los nos circuitos de recepção.
Shannon comprova que a quantidade de Bps máxima em um canal é dado pela
relação:
Bps(max)=BWlog2(1+SNR)
Se BW = 4KHz (banda de telefonia) e relação SNR=30dB a capacidade máxima
teórica fica em 39868bps. Ultrapassar estes limites é necessário minimizar os ruídos
envolvidos em um canal. E sobre isso não há muito que se fazer.
15
MÓDULO 3
EXERCÍCIOS
1) Compare a arquitetura interna básica do modem digital do capítulo 9 com a arquitetura
interna básica do modem analógico apresentada nesse capítulo e comente suas
similaridades e diferenças.
2) De posse da tabela resumo das características das versões ITU responda:
a) Desenhe o espectro de freqüências para todas as versões estudadas.
b) Quantos bit’s por modulação utilizam a versões V.21, V.26, V.27, V.29, V.22bis e
V.32ter.
c) Quais as diferenças entre os tipos de equalizadores estudados.
d) Porque algumas versões não realizam comunicação full-duplex à dois fios?
e) Como é possível os modens compatíveis com a versão V.32 realizarem comunicação
full-duplex à 2 fios?
f) Que versões implementadas nos modens você utilizaria para realizar uma comunicação
em linha discada para uma aplicação de velocidade de transmissão assíncrona igual ou
superior à 7200bps?
3) Se pudéssemos desconsiderar as seqüências de inicialização padrão ITU e diferenças dos
algoritmos utilizados nos circuitos de scrambler dos modens, verifique e justifique se
seria ou não possível a comunicação entre modens que possuam as seguintes versões:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
V.21 com V.23
V.26 com V.27
V.22bis com V.26bis
V.29 com V.27
V.34 com V22bis
V.17 com V.27ter
4)
Use a Internet para realizar uma pesquisa onde voce consiga responder:
a)
Para os modens analógicos, mesmo sabendo que a pequena faixa de espectro
disponível no meio de transmissão é um dos principais limitadores das suas taxas de
transmissão em bps, destaque outras variáveis importantes que também explicam esta
limitação.
b)
Para o uso ainda no sistema telefônico, dentro da definição de uso de modens
analógicos (banda de espectro da telefonia), quais padrões superiores ao V.90 que
estão disponíveis para esta aplicação. Faça uma breve síntese (não mais que 5 linhas)
para explicar as características de cada padrão encontrado;
c)
Encontre os motivos pelos quais os padrões que você encontrou no item b não são
comuns nas especificações dos modens mundialmente comercializados e que portanto
não tiveram relevante penetração no mercado de comunicação de dados.
16
MÓDULO 3
9.4
Algumas Características Adicionais dos MODENS
As recomendações do ITU-T abordam as características mínimas que
determinado tipo de modem deve possuir. A negociação no início de uma conexão
entre dois modens, mesmo que estes possuam igual versão, são também sugeridas
pelo padrão. Esta negociação recebe o nome de Handshake e de acordo com a
aplicação normalmente envolvem os sinais de controle da interface serial. Por
exemplo: Um modem padrão V.32bis é programado para se conectar a uma
velocidade de 14400bps com outro de mesma versão, mas em função de uma
qualidade baixa de uma relação sinal ruído do meio de transmissão, este é forçado a
conectar em uma velocidade de 2400bps. Todo este procedimento é regido pela
norma. Processos automáticos ou não como estes fazem parte de uma relação de
características possíveis que modens digitais ou analógicos podem incorporar. Estas
facilidades oferecem um diferencial na relação custo/benefício para a aplicação em
que ele irá atuar. Os fabricantes se usam destes diferenciais para que seu produto seja
escolhido no lugar de seu concorrente...
9.4.1 FALL-BACK, FALL-FORWARD e RETREINO
O procedimento ocorrido no exemplo dado acima é chamado de Fall-Back, ou seja, o
modem se ajusta à uma velocidade mais baixa e adequada ao meio. O Forward é o
procedimento oposto, ou seja, se o meio de transmissão voltar a possuir
características melhores de relação sinal ruído, inicia-se o procedimento de
readaptação a uma velocidade maior. O procedimento para a realização do fall-back
e fall-forward é chamado RETREINO. A conexão entre modens é “congelada” por
alguns segundos mas não é quebrada. Este processo ocorre desde que os modens
estejam configurados para isto.
Estas características são de extrema relevância, por sem a intervenção do usuário, é
garantida uma velocidade de transmissão na linha sempre ajustada a sua qualidade.
Obviamente, observa-se que entre o DTE e o modem, como na maior parte das
aplicações, a velocidade é necessariamente constante. No caso de uma situação em
que a velocidade de transmissão na linha é inferior a taxa de transmissão entre DTEDCE obrigatoriamente necessita-se de uma outra característica implementadas em
modens: O CONTROLE DE FLUXO. Este controle pode ser realizado via Hardware
(RTS-CTS) ou por Software com caracteres especiais (XON e XOFF) trocados entre
DTE e DCE ou entre até DCE´s.
17
MÓDULO 3
9.4.2 AUTO-MODE
Quando um modem realiza uma chamada, ele envia um tom usando o tipo de
modulação que foi selecionado. Se o modem possuir a facilidade de auto-baud, a
seleção é realizada de forma automática, baseando-se na velocidade da interface
entre o DTE e o modem. A função auto-baud inclusive, consegue identificar no
caso de uma conexão assíncrona, além da velocidade, o número de bit’s do caracter e
qual o tipo de paridade utilizada.
Se o modem que realiza a resposta suporta o tipo de modulação que foi selecionado,
a conexão é realizada imediatamente. Caso contrário, os modens tentam “baixar”
(TREINAMENTO) a modulação para um tipo que seja comum aos dois. Por
exemplo, se um modem V.22bis (2400bps) chama um modem V.32bis de 14400 bps,
os dois modens, se a linha permitir, comunicarão a 2400 bps, ou seja a máxima
velocidade que possuem em comum. A ordem de realização da negociação do padrão
de modulação, para um V.34 seria:
V.34 -> V.32bis -> V.32 -> V.22bis -> V.22
Dentro de uma modulação particular (V.32 ou superior) é possível o fall-back para
velocidades menores quando uma conexão não pode ser feita ou porque existe
excessivo ruído na conexão telefônica. Por exemplo, uma conexão entre V.32bis
pode ser feita a 14400, 12000, 9600 e 7200. Uma conexão V.34 pode ser feita a
28800, 26400, 24000, 21600, 19200, 16800 ou 14400 bps.
9.4.3 Características especiais para aplicações em LINHA DISCADA
Nas versões mais simples de um modem para uso em linha discada, o
operador realiza a chamada via telefone para o ponto de destino onde se encontra o
modem remoto. O outro operador atende a ligação pelo telefone que está conectado
ao modem. Os aparelhos telefônicos sempre são ligados nos terminais RX da
Interface analógica enquanto que a linha (ramal ou tronco) é conectado aos terminais
TX. Neste momento o modem simplesmente, através de um relé interno, comuta a
linha com o telefone. Após acordo entre os operadores, um deles iniciará a
comunicação. Seguindo o seguinte roteiro:
• Para o modem programado como Resposta Manual
I) O modem possui uma chave frontal especial (normalmente denomindada
como VOZ/DADOS OU MOD) que inicialmente está em VOZ. O que
iniciará a comunicação utiliza outra chave frontal (como A/B OU ATX)
coloca o modem em canal alto (A).
18
MÓDULO 3
II) Logo após coloca a chave VOZ/DADOS na posição DADOS. Neste
momento seu telefone fica mudo, pois o relé comuta o circuitos internos do
modem para a linha TX.
III) O operador remoto receberá um tom de início da comunicação (este tom é
padrão, e em geral de 2100Hz e tem a duração de 3s). No tempo do tom, o
operador pressiona a chave do modem remoto também para DADOS e a
seqüência de Handshake se inicia.
IV) Para interromper a comunicação qualquer um dos operadores pode passar a
chave novamente para a posição VOZ. Nesta situação o modem remoto, na
ausência da portadora, desconecta-se automaticamente (se for programado
desta maneira).
• Para o modem programado como Resposta Automática
Esta característica não necessita da presença de um operador remoto.
Nesta aplicação permite-se que o modem responda automaticamente uma chamada
de um outro modem que está originando uma comunicação. Na resposta automática o
procedimento é o seguinte:
I) O operador no MODEM liga manualmente para o número do modem remoto.
II) No outro lado, o MODEM resposta deve possuir a facilidade de resposta
automática habilitada (através de tecla frontal ou programação via strap ou
via software)
III) Ao receber o sinal de Ring, o modem atende automaticamente a chamada
colocando na linha o tom de resposta que será ouvido pelo originador da
chamada.
IV) O operador do MODEM origem, ouvindo o tom de resposta deve colocar a
chave VOZ/DADOS em DADOS e então a comunicação se iniciará.
9.4.3.1 Discagem Automática
A discagem automática é uma característica sofisticada de um modem, permitindo
que o DTE atue no modem no sentido de que este realize automaticamente uma
chamada telefônica. A chamada telefônica é realizada com o objetivo de estabelecer
uma conexão física entre os dois DCE's comunicantes. Neste processo podem estar
envolvidos os sinais DTR e o DSR da RS-232C.
Duas abordagens podem ser utilizadas neste caso: o controle direto do relé da linha
pelo sinal DTR ou o uso de comandos via DTE.
19
MÓDULO 3
Controle Direto do DTR
Neste caso o DTE, através de um programa de comunicação (Hyperterminal do
Windows 95 por ex.), comanda o sinal DTR da interface RS-232C de maneira a
chavear (por pulsos) a linha telefônica e portanto realizar automaticamente a
discagem do número do telefone do modem remoto.
Utilização de COMANDOS VIA DTE
Em funcionamento normal toda a transmissão via TD (dados) da RS232C
do DTE para o MODEM é repassada através da modulação da onda portadora para o
MODEM e DTE remotos. É possível no entanto, através de uma mudança no modo
de funcionamento do MODEM, utilizar-se do sinal de dados para a transferência de
comandos especiais para realizar a configuração do MODEM. Podemos destacar
entre estes comandos o HAYES (comandos AT) e o V.25BIS.
Através destes comandos pode-se realizar toda a configuração do
MODEM, ou seja, nível de transmissão do sinal, temporizações, velocidades,
protocolos, etc... Também é possível repassar o número do telefone a ser discado.
Neste caso portanto, antes de qualquer transmissão de dados o DTE se
encarrega de fornecer uma seqüência de programação inicial (string de inicialização)
e o número de telefone a ser discado. Esta programação pode ficar permanentemente
armazenada no modem. A seguir apresenta-se exemplos de comandos AT s comuns
utilizados nos modens.
COMANDO
FUNÇÃO
COMANDO
FUNÇÃO
AT
+++
Prefixo obrigatório (ATenção)
Seqüência de escape
A/
A
Dn
Conecta o modem à linha e disca En
o número n
Seleciona discagem por Tom
P
n=0 operação assíncrona
&Kn
n=1 operação síncrona
Repete comando anterior
Conecta o modem como à linha
como resposta (canal alto)
n=0 desabilita eco nos comandos
n=1 habilita eco nos comandos
Seleciona discagem por Pulso
n=0 desabilita controle de fluxo
n=1 controle de fluxo Xon/Xoff
n=2 controle de fluxo RTS/CTS
salva a configuração ativa em
memória FLASH
n=0 respostas em código
n=1 respostas em extenso
T
&Mn
&F
Carrega a programação de fábrica
Xn
n=1 modem ignora tons de discar Vn
n=4 modem espera até 5s para
discar
n=0 modem se desconecta da &N
linha
n=1 modem se conecta à linha
Hn
&W
Mostra o conteúdo das memórias
dos números telefônicos
20
MÓDULO 3
Exemplos: ATDT2473646 - O modem se conecta a linha e disca por tom o número
2473646.
AT&F - O modem carrega para sua memória atual de programação de
fábrica
Exemplo de um string de inicialização (neste caso basta um único prefixo para
configurar uma série de parâmetros):
AT&FE1M1S0=0V1X1&M1&X0.
Esta string configura: - carrega a programação de fábrica (&F).
- habilita eco dos comandos (E1).
- habilita alto-falante até a chegada da portadora (M1).
- desabilita resposta automática (S0=0)
- seleciona mensagens por extenso (V1).
- ignora tons da central telefônica (X1).
- modo de operação síncrono (&M1).
- relógio de transmissão interno(&X0).
9.4.3.2 Controle de Erro em Modens
O controle de erro em modens é realizado através do cálculo de “checksums” sobre
blocos de 128 bytes ou menos. O modem transmissor envia este checksum a cada
bloco. O modem receptor recalcula o “checksum” para cada bloco e compara com o
recebido. Existindo um erro, o modem receptor pede ao modem transmissor para que
este retransmita a informação do bloco. Desta forma, através deste protocolo, os
dados que são repassados ao DTE são quase 100% corretos. O princípio de
funcionamento destes protocolos é similar ao de protocolos tais como o XMODEM e
equivalentes.
Os protocolos mais usados para correção de erros em modens são o MNP da
Microcom Networking Protocol e o V.42 da ITU-T. Nestes protocolos os dados
devem ser enviados sincronamente. Embora em linhas com ruído, a comunicação
possa se tornar mais lenta com o uso destes protocolos, a confiabilidade de recepção
é extremamente elevada. Neste caso dificilmente um usuário receberá o incômodo
“lixo” (tal como seqüências do tipo “_@£/]”) que normalmente aparece em sistemas
sem correção.
O V.42 incorpora dois algoritmos de controle de erro: o LAP-M e, por questões de
compatibilidade com outros modens, o MNP. O LAP-M (Link Access Procedures for
Modens) é um protocolo de correção de erros situado no nível de enlace do modelo
OSI. Ele é baseado no HDLC, a exemplo de outros protocolos tais como, o LAP-B
(RDSI) e do LAP-D (X.25)
21
MÓDULO 3
O MNP incorpora vários níveis de correção de erro, chamados de classes. Estas
classes são dispostas em camadas como a casca de uma cebola. Cada camada é
sobreposta no topo da anterior, incorporando as características das classes mais
baixas. Em síntese a função básica das classes mais usuais é a seguinte:
Classe 1: Half-duplex, assíncrono, orientada a byte, eficiência de 70%.
Classe 2: Full-duplex, assíncrono, orientada a byte, eficiência de 84%. Até 8 blocos
de dados podem ser enviados sem que ocorra reconhecimento.
Classe 3: Full-duplex, síncrono, orientada a bit, eficiência de 108%. Os dados podem
ser transferidos de um modem para outro sincronamente aumentando o desempenho
com a retirada de start e stop bits.
Classe 4: Classe 3 mais tamanho adaptativo de pacote com otimização da
transferência de dados pela redução do cabeçalho e campo final do bloco. Eficiência
de 120%. Até 256 bytes de dados são permitidos no bloco.
Classe 5: Classe 4 mais dois tipos de compressão de dados permite eficiência de até
200%.
Classe 10: Otimização de transmissão de dados em linhas de baixa qualidade tais
como em linhas telefônicas celulares, rurais ou longa distância. Conforme a linha
varia, o MNP 10 muda o tamanho dos pacotes de dados. Eficiência de 200%.
Observe que após dois modens terem entrando em acordo sobre uma técnica de
modulação a ser empregada, eles também devem negociar um método de detecção de
erro e compressão.
Em caso de não haver acordo sobre os métodos, uma negociação automática é
geralmente usado na seqüência:
V.42 -> MNP5-> MNP4 -> MNP3 -> MNP2 -> MNP1 -> nenhum
Quando
protocolos proprietários são usados, é necessário configurações especiais para
especificar a seqüência de negociação.
Deve se observar que a conexão proporcionada pelo protocolo de correção de erro
não é completamente livre de erros. Além disto, conexões entre DTE-modem e
caminhos dentro do computador podem estar sujeitos a erro. Perda de dados podem
ainda ser causadas por “overflow” em buffers (devido por exemplo a uma ausência
de controle de fluxo).
Um outro benefício no uso do V.42 e do MNP4 é que, sendo a comunicação síncrona
entre modens, em uma comunicação assíncrona entre dois DTEs, o desempenho da
transmissão pode ser aumentado pela remoção de start e stop bits. Em transmissões
de caracteres de 8 bits, com 1 stop e 1 start bit haverá redução na ordem de 20 % dos
dados a serem transmitidos. O modem, na recepção de dados, reinsere o start e stop
bits para que possa repassar ao DTE. Desta forma, mesmo sem usar algoritmo de
compressão de dados pode-se obter taxas de transmissão até 1150 caracteres por
segundo em conexões a 9600 bps. Embora o modem subtraia em 20 % os dados a
22
MÓDULO 3
serem transmitidos, a velocidade efetivamente não sobe em 20 % devido ao
overhead do protocolo de correção de erros.
Algumas recomendações (tais como V.21 e V.23) de modem não podem se utilizar
de facilidades de correção de erro ou compressão de dados devido a séria degradação
de desempenho (“throughput”- transmissão efetiva de dados) em baixas velocidades.
9.4.3.3 Compressão de Dados
Sistemas de compressão de dados são largamente utilizados em várias áreas da
informática: bases de dados, sistemas de backup etc. Entretanto, é particularmente
interessante utilizar-se destas técnicas na área de comunicação de dados, onde a
redução do tempo de transmissão de dados é um dos grandes desafios da tecnologia.
Comprimir dados é reduzir a quantidade de bits a serem transmitidos segundo
alguma técnica. Exemplo: uma seqüência de nove caracteres AAAAAAAAA (com
72 bits se considerarmos 8 bits por caracter) pode ser transmitida como 9A (16 bits) .
Os DTE´s em geral são capazes de transmitir informação para o modem muito mais
rápido do que a transmissão entre modens em uma linha telefônica. Desta forma é
possível agrupar bits para transmissão entre modens e ainda aplicar algum algoritmo
de compressão de dados.
Os dois algoritmos mais comuns de compressão são: V.42 bis com taxa de
compressão de 4:1 e o MNP5 com compressão de 2:1. O MNP5, em adição possui
um “overhead” muito grande em sua compressão, isto faz com que arquivos “précomprimidos” tais como os “.ZIP” demore muito mais. O V.42 bis sente se a
compressão é desnecessária o que aumenta o seu desempenho na transmissão destes
arquivos. Portanto, quando o V.42 bis não estiver disponível, é melhor desabilitar a
compressão com o MNP5 na transmissão de arquivos já comprimidos. A ITU-T
também prevê a compressão de dados no padrão Grupo3 de FAX.
A seqüência de negociação na compressão é a seguinte:
V.42bis -> MNP 5 -> nenhuma
É recomendado que, em comunicações onde a compressão de dados esteja habilitada,
deva ser utilizado buffers para incrementar velocidade no terminal (DTE) sendo este
configurado com capacidade para velocidades 2 vezes da linha para o MNP 5 e 4
vezes para o V.42 bis. Alguma forma de controle de fluxo também deve estar
habilitada. Além disso, para usfruir melhor dos benefícios da compressão em
conexões de alta velocidade de transmissão (V.34, V.32bis, etc), uma velocidade de
transmissão nos terminais devem ser maiores que 19200 bps. Entretanto, alguns
23
MÓDULO 3
computadores operam de forma não confiável em velocidades acima de 19200 bps,
principalmente devido ao tipo de porta serial. Para um desempenho adequado é
requerido portas seriais com UART 16550.
9.4.4 Memória FLASH para Atualização de Protocolos
Praticamente todos os modens inteligentes se utilizam de arquitetutras baseadas m
microprocessadores. A lógica de funcionamento de tais estruturas se baseia na
execução de programas (algoritmos) implementados em memória ROM em geral.
Mais recentemente, com a tecnologia de memórias não-voláteis do tipo FLASH, em
que as operações de gravação/apagamento são realizadas de forma elétrica no
próprio circuito, fica possível a atualização (“upgrade”) de protocolos de
comunicação sem que seja necessário comprar um novo equipamento ou mesmo
abri-lo para troca de programa. Esta facilidade permite também que você deixe a
programação do modem memorizada permanentemente.
9.4.5 Controle de Fluxo
Controle de fluxo é o método pelo qual um dispositivo pode controlar a taxa de
transmissão de dados de outro dispositivo que está enviando dados. Os dois métodos
para controle de fluxo mais comumente usados são:
• RTS/CTS (Request To Send / Clear To Send): é o controle de fluxo por hardware
e que normalmente. Este controle utiliza-se de “fios” especiais (sinais nos
conectores de interface), separados de dados, para controle do fluxo de dados.
Estes sinais são usados entre DTE-DCE diretamente ligados por interface digital.
• XON/XOFF : é o controle de fluxo por software. Este controle é mais “arriscado”e
menos efetivo do que o controle por hardware uma vez que são misturados junto
com os caracteres de controle (Control-S e Control-Q) com os caracteres de dados.
Neste controle, quando um modem necessita dizer ao outro (ou ao DTE) para
parar de transmitir, ele envia um caracter Control-S. Quando ele estiver pronto
para continuar a receber ele envia um Control-Q. A única vantagem deste tipo de
controle é que não necessita de fios adicionais para controlar. Os caracteres de
controle estão sujeitos a corrupção e a “delays”(retardos) e podem também causar
problemas de transparência de dados com aplicações (ex: EMACS no UNIX). Em
adição a transmissão de arquivos binários não é possível uma vez que eles podem
conter os caracteres de controle. O controle de fluxo por software deve ser usado
somente quando o controle por hardware não for possível..
O uso de compressão e controle de erros em modens, ou mesmo modens com
capacidade de retreino, é essencial habilitar uma forma efetiva de controle de fluxo
24
MÓDULO 3
entre cada modem e o computador (DTE) que está imediatamente conectado. Sem
um controle de fluxo efetivo, dados poderão ser perdidos quando um dispositivo
envia dados mais rápido do que o outro possa receber.
• controle de fluxo entre modens é tratado pelo próprio protocolo de controle de
erro: MNP ou V.42 (quando este existe! O controle entre DTE-DCE não é
suficiente para evitar perdas neste caso).
9.4.6 Portadora Controlada e Portadora Pseudo-controlada
Dependendo do tipo de comunicação a ser realizado deverá existir ou não a
necessidade de “chavear” a portadora do modem na linha. Por exemplo: Fica claro
que na comunicação semi-duplex a dois fios a onda portadora dos dois modens
comunicantes não podem permanecer simultaneamente na linha. Isto porque a linha
deve ser compartilhada na mesma faixa de freqüência pelo modem local e pelo
modem remoto, havendo sempre um “turn-around” (inversão da portadora para
inverter o sentido da comunicação). No caso da Portadora controlada, torna-se
obrigatório o uso dos sinais RTS/CTS para comandar o chaveamento da portadora.
Devido a esta inversão, deve-se ajustar um tempo de atraso entre RTS e CTS mais
adequado possível para que a portadora lançada a linha seja equalizada e o seu
sincronismo recuperado com segurança. Isto reduz drasticamente o desempenho da
comunicação e a possibilidade de erros.
Em outros sistemas, naqueles que utilizam modens com técnicas de cancelamento de
eco ou multiplexação de freqüência, mesmo existindo portadoras simultâneas na
linha, pode existir a necessidade de simular uma comunicação com portadora
controlada para compatibilizar com alguma aplicação específica. É o caso da
Portadora Pseudo-controlada, que com seqüências de bits especiais padronizadas
incorporadas aos dados transmitidos, ligam e desligam o circuito 109 (DCD) do
modem remoto, simulando uma portadora controlada pura. Esta facilidade possui
atrasos menores e é mais eficiente. Atualmente sistemas de comunicação half-duplex
estão em desuso, devido a sua baixa eficiência nas transmissões.
O figura seguinte mostra um exemplo prático de como é o diagrama de tempo dos
sinais envolvidos em uma comunicação ponto-a-ponto semi-duplex a dois fios
utilizando portadora controlada. Observe que existe um atraso entre a ativação do
sinal RTS e o CTS (ta). Este tempo, que é programado no modem, é necessário para
permitir que o modem remoto equalize a portadora recebida, evitando erros na sua
recepção. Existe também um tempo de silêncio (ts) entre cada ocupação de portadora
dos modens comunicantes. Isto representa o tempo necessário para o processamento
dos dados recebidos pelos DTE´s. Observa-se também que existe uma histerese na
ativação ou desativação do sinal DCD, fundamental para evitar o liga-desliga deste
25
MÓDULO 3
sinal nos limiares de detecção de portadora dos circuitos do modem. O diagrama é
válido também para a mesma comunicação utilizando portadora Pseudo-controlada.
Neste caso lembremos que a portadora de ambos os modens estão permanentemente
na linha. Devido ao fato das portadoras já estarem equalizadas por ambos os modens
os tempos de atraso entre RTS e CTS podem ser reduzidos, melhorando a eficiência
da comunicação.
DTE A
Modem
A
Modem B
DTE B
RTS A
CTS A
DCD A
TD A
LINHA
Portadora A
Portadora B
RTS B
CTS B
DCD B
TD B
ta
9.4.7
ts
Enlaces Digitais e Enlaces Analógicos nos MODENS
Um enlace de comunicação em uma configuração ponto-a-ponto é formado
basicamente por: DTE local, DCE local, linha, DCE remoto e DTE remoto e
conexões. Quando existe problemas na transmissão/recepção do sinal ou degradação
na recepção do mesmo, pode-se tornar relativamente difícil a localização do
problema frente a tantas variáveis envolvidas. Baseado no fato de que a arquitetura
de um modem basicamente é dividida em Interface Digital (ID), Interface Analógica
(IA), Modulador e Demodulador, pode-se realizar inversões no caminho do sinal
digital ou analógico (LOOP), permitindo a realização de testes que rapidamente
localizam a falha no sistema. Estas facilidades que os modens mais sofisticados
incorporam são os enlaces digitais e analógicos combinadas ou não com a geração
padrão de seqüência de testes.
26
MÓDULO 3
A idéia básica nestes testes é gerar um determinado padrão de informação a ser
transmitida (uma seqüência de bits) e transmitir esta seqüência em determinadas
partes do sistema fazendo, através de um “loop”, retorná-la ao ponto original de
partida. Esta seqüência de bit´s pode ser gerada pelo próprio modem ou pode ser os
próprios dados transmitidos do DTE. Nestas situações, a informação transmitida é
comparada com a informação recebida realizando-se um levantamento do número de
erros que ocorreram. Sabendo quais as partes do sistema em que a informação
trafegou, é possível portanto inferir as possíveis causas de erro.
9.4.7.1 ENLACES DIGITAIS
O enlace digital é uma condição de teste de maneira tal que o sinal digital a ser
transmitido pelo modem, antes de ser entregue ao modulador é desviado para o
circuito de entrada da recepção da ID. O sinal recebido passa a ser o próprio sinal
digital originalmente transmitido.
O Enlace Digital pode ser ativado localmente (LDL - Loop Digital Local) ou
remotamente (LDR - Loop Digital Remoto). Dependendo da implementação desta
facilidade, o modem pode realizar o fechamento simultâneo dos circuitos na ID e o
do sinal da saída do demodulador com a entrada do modulador, retornando também o
sinal transmitido pelo modem remoto. Nesta condição define-se o Loop como
simétrico. Se o enlace somente fechar os circuitos da ID este será um loop
assimétrico. A figura abaixo esquematiza o que ocorre com o sinal nestes dois
enlaces de teste.
LDL simétrico
MODULADOR
TD
ID
RD
TX
IA
DEMODULADOR
RX
27
MÓDULO 3
LDR simétrico
TX
Modulador
TD
RX
ID
IA
IA
Demodulador
RD
RD
Demodulador
RX
ID
TD
Modulador
TX
No caso do LDR o modem local comanda o enlace digital no modem remoto pelo
uso de um tom no canal secundário, por um tom na faixa de voz ou nos modens mais
atuais, através de uma seqüência de bit´s especial modulada pelo modem local. Este
teste é o mais completo de todos pois ele consegue diagnosticar o DTE e o modem
local, a linha e grande parte dos circuitos do modem remoto.
9.4.7.2 ENLACES ANALÓGICOS
Na mesma idéia, o enlace analógico é uma condição de teste de maneira tal que o
sinal digital a ser transmitido pelo modem, modula a onda portadora e, quando em
condições de ser enviado à linha é desviado para o sistema de recepção do modem. O
sinal recebido passa a ser o próprio sinal digital originalmente transmitido.
Enlace Analógico pode ser ativado localmente (LAL - Loop Analógico Local) ou
remotamente (LAR - Loop Analógico Remoto), podendo ser simétrico ou
assimétrico. A figura a seguir esquematiza o que ocorre com o sinal nestes dois
enlaces de teste.
LAL simétrico
MODULADOR
TD
ID
RD
TX
IA
DEMODULADOR
RX
28
MÓDULO 3
LAR simétrico
TX
RX
Modulador
TD
RD
Demodulador
ID
RD
IA
IA
ID
Demodulador
RX
TD
Modulador
TX
9.4.7.3 GERADOR PADRÃO
Os modens podem ter a facilidade incorporada de um gerador padrão de bit´s que
pode ser acionada combinada com os testes LAL, LAR OU LDR. Esta seqüência
substitui os dados transmitidos do modem local. Neste caso o modem possui
geralmente um LED de indicação de erro, que é acionado na condição do modem
receber erros na seqüência de bits original enviada. Os bit´s transmitidos podem ser
uma seqüência contínua de 1´s ou uma seqüência padrão (511). A figura a seguir
mostra o que ocorre quando se ativa o gerador padrão juntamente com um LAL.
GP
MODULADOR
TD
ID
RD
COMP
LED
DEMODULADOR
TX
IA
RX
9.4.7.4 USO DO TEST-SET
Para um teste mais detalhado e preciso, pode se fazer uso de um equipamento
específico para esta finalidade chamado de TEST-SET. Um TEST-SET é
basicamente um emulador de DTE que pode ser programado para operar em variados
modos de comunicação gerando vários tipos de seqüência de bits. O TEST-SET é
preparado para realizar na recepção a contabilização de erros de bits ou blocos
transmitidos. Atualmente, principalmente em manutenções em campo é um
equipamento indispensável.
29
MÓDULO 3
9.4.7.5 USO DO CONECTOR DE LOOP
Outra forma de realizar um teste eficaz, mais completo que o LDR, é fazendo o uso
de um conector conectado a interface digital de forma que os seus pinos estejam
“jumpeados” de forma a retornar os principais sinais envolvidos, por exemplo: TD
com RD, RTS com CTS, DTR com DSR, TXKE com RXC. Quando se usa este
conector na interface digital do modem remoto, sem a ativação de qualquer enlace de
teste, todo sinal transmitido localmente, retorna pelo conector, testando
completamente o modem remoto.
Um procedimento rotineiro para a verificação rápida em campo de problemas em
uma comunicação ponto-a-ponto pode ser assim seguida:
(1) Ativar o LDL
(2) SE LDL Não OK ENTÃO
Possíveis Falhas: - cabo lógico local
- ID do MODEM Local
- DTE Local
FIM
(3) Ativar LAL
(4) SE LAL Não OK ENTÃO
Possíveis Falhas: - MODEM Local
FIM
(5) Ativar LDR
(6) SE LDR Não OK ENTÃO
Possíveis Falhas: - linha
- MODEM Remoto
FIM
(7) CONECTAR CONECTOR DE LOOP NO MODEM REMOTO
(8) SE TESTE Não OK
Possíveis Falhas: - ID do MODEM remoto
(9)Continua sem comunicação?
Possíveis Falhas: - cabo lógico remoto
- DTE remoto
- Software ou protocolo de comunicação
30
MÓDULO 3
9.4.8
OUTRAS CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS
O avanço tecnológico propiciou que a concepção de hardware dos modens ficassem
cada vez mais enxutos até o ponto de extinguir os estrapes e dip´s tão comuns na
programação dos modens. Os modens mais recentes trazem a configuração via
display de cristal líquido ou dip´s sinalizadas pelos próprios leds de monitoração dos
sinais. As características especiais não param de ser implementadas. Muitas
específicas ou proprietárias de cada fabricante outras mais difundidas, a ponto de se
tornarem padrão como as destacadas à seguir:
CONFIGURAÇÃO REMOTA - Fundamental característica para diminuir o tempo
do técnico que está programando os modens em campo. O modem utiliza uma
técnica especial para repassar as informações para o modem remoto. Esta
programação pode ser realizada com ou sem a inibição dos dados que estão sendo
modulados.
GERENCIAMENTO - Uma característica que está se tornando indispensável devido
ao crescimento exponencial dos NÒS de comunicação com número grande de
modens. Nestes pontos, uma alteração de programação de qualquer modem ou
reconfiguração para adaptação a um novo sistema, requer um trabalho que pode ser
cansativo e pouco eficiente se realizado modem à modem no local. O gerenciamento
permite, através de um terminal conectado a um ponto especial (placa de
gerenciamento nos sub-bastidores de modens), uma monitoração e configuração
completa de qualquer modem que possua esta facilidade. Isto traz uma série de
vantagens a um técnico administrador de uma rede de comunicação.
DIAL-BACKUP - Naquelas situações onde é proibitivo a queda da comunicação,
mesmo que por um breve período, utiliza-se este recurso. Isto se aplica as aplicações
de linha privativa. Em uma eventual falha do meio de transmissão, até mesmo por
um excesso de erros de comunicação, o modem automaticamente ocupa uma linha
discada de backup, e disca para o número pré programado para o mesmo destino.
Também para um tempo programado, o modem tenta retornar para a linha privativa.
DIAL STANDBY - Utilizado naquelas aplicações onde deseja-se que o modem ligue
para números pré-programados em tempos também programados. Caso não consiga
realizar a comunicação, este a refaz em um tempo também programados.
SISTEMA DE PROTEÇÃO POR SENHA - Em muitos sistemas deseja-se que após
configurados, evite-se que pessoas não autorizadas possam alterar configurações que
possam comprometer o bom funcionamento. Estas proteções podem ser habilitadas
em alguns ou todos os níveis de programação.
31
MÓDULO 3
9.5 APLICAÇÕES COMUNS COM MODENS ANALÓGICOS E DIGITAIS
a) Modens Analógicos utilizados em linha discada para acesso a nós de comunicação
(exemplo: INTERNET)
PROVEDOR
Home-Office
Servidor
Rede
Pública
Modem
V.32bis
ROUTER
POOL de modens
analógicos
Backbone internet
b) Modens Analógicos Utilizados em ligações ponto-a-ponto, naquelas situações em
que o modem digital não suporta a distância requerida.
DTE A
Modem V.32ter
Modem V.32ter
DTE B
20Km
c) Repetição dos dados utilizando modens digitais na configuração BACK-TO-
BACK permitindo multiplicar a distância de comunicação. Isto pode ser realizado
com modens analógicos (menos comum). Não é aconselhável que o número de
repetições seja maior que duas, pois os atrasos envolvidos e a relação sinal/ruído
que são somados ao longo do trecho, prejudicam a confiabilidade da comunicação
(principalmente para comunicações síncronas).
DTE A
Todos os modens digitais 64Kbps
DTE B
BACK-TO-BACK
4Km
Cabo cross
4Km
DG
Central Pública
32
MÓDULO 3
d) Modens digitais de alta velocidade utilizados para levar diretamente a uma
empresa o sinal digital PCM da central telefônica pública. Isto economiza a rede
instalada, melhorando sobremaneira a qualidade do serviço telefônico.
Conexão G703
4Km
Modem HDSL
2Mbps
Central
Pública
Modem HDSL
2Mbps
LP 4 fios
Central CPA com
entroncamento E1
e) Modens digitais de alta velocidade utilizados para VÍDEO-CONFERÊNCIA.
Neste caso o entroncamento com a central é programado para estabelecer o acesso
privado via PCM digital ao destino
Conexão G703
4Km
Central
Pública
Modem digital
>128Kbps
4Km
Modem digital
>128Kbps
Conexão V.35
LP 4 fios
Equipamento de vídeo
Conferência
Central
Pública
Multiplex
.
33
MÓDULO 3
f) Modens Digitais utilizados para enlaces especiais via satélite ou rádio.
satélite
Modens
Digitais
64Kpbs
Central
Pública
Modens
Digitais
64Kpbs
4Km
HOST
Central
Pública
4Km
g) Modens Digitais ou analógicos interligando multiplexadores ou processadores de
rede.
HOST
Mux ou processador
de rede
34
MÓDULO 3
h) Modens ÓPTICOS - Utilizam fibra ótica como suporte para transmissão. São
digitais e geralmente de alta velocidade e alcances variados até 100Km.
i) Modens PCMCIA - Modens analógicos utilizados em slots padrão de NOTEBOOKS que possuem protocolos especiais de correção de erros e compressão de
dados como o MNP10.
j) CABLE-MODENS - Modens que utilizados nas instalações das redes das
operadoras de TV a CABO.
k) Modens ISDN - Modens digitais com características especiais para instalação em
redes RDSI (Redes Digitais de Serviços Integrados). Estes modens realizam
tarefas além da camada física do modelo OSI.
l) Modens xDSL – Modens digitais de alta performance utilizando as mais recentes
e difundidas técnicas de modulação 2B1Q, CAP e DMT ( e seus derivados).
m) Modens analógicos com secretária eletrônica - Na realidade é a integração de
um hardware adicional a parte analógica do modem que grava digitalmente a voz.
n) Modens analógicos Voz e dados simultâneos em linha discada - Esta facilidade
foi conseguida com o desenvolvimento de uma técnica que separa da constelação
da modulação do modem, os pontos relativos a digitalização da voz que foi
misturada com a portadora do modem. Esta tecnologia é conhecida como VOICESPAN. Na realidade o modem reconhece os períodos de silêncio da voz e dedica
todo o espectro para dados. Quando à a ocorrência de mistura de voz, a taxa de
transmissão é reduzida para permitir a transmissão simultânea. Estes modens
apesar de seu custo alto, são extremamente úteis para aplicações como tele-suporte
e consultas médicas à distância.
35
MÓDULO 3
EXERCÍCIOS
1) Cite 2 situações onde é necessário o controle de fluxo da informação entre modem
e DTE.
2) Em uma ligação utilizando resposta manual ou automática, após o ponto de
destino atender a chamada, qual a indicação de que você pode iniciar a
comunicação entre os modens? Como você identifica antes da transmissão de
dados que a ligação via linha discada foi um sucesso?
3) Idem questão 2 porém utilizando discagem automática via comandos AT.
4) O que significa uma negociação automática de protocolo de correção de erros?
Cite um exemplo.
5) Porque o protocolo MNP4 mesmo retirando os start-stop de uma comunicação
assíncrona, não é tão eficiente?
6) Qual o melhor protocolo de compressão de dados que você conheceu no texto?
7) O que é Retreinamento? Em base da resposta anterior você arriscaria responder o
que é treinamento entre modens?
8) Explique porque existe um atraso entre a ativação do RTS e CTS em uma
comunicação com portadora controlada.
9) Mostre uma sugestão de configuração de um conector de LOOP para ser utilizado
na ID do tipo RS232 em testes de modens.
10) Desenhe os blocos principais de um modem realizando um LAL assimétrico.
11) Cite duas versões de modens analógicos que não podem possuir LAR. Explique
porque!
12) Faça um fluxograma que mostra o seu procedimento na captura de um defeito da
recepção de dados da interface digital do modem remoto. Considere que você
possui dois computadores nas pontas e um auxiliar técnico no lado do modem
remoto.
36

capítulo 9 modens analógicos

Transcrição

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