Historia y composicion del modem (página 2)

5. Modulación y estándares

El módem modula una señal sinusoidal de frecuencia fija, llamada portadora a fin de poder transmitir los datos digitales. Toda señal sinusoidal puede ser modulada a través de alteraciones en su frecuencia, fase o amplitud, o combinaciones de las mismas. Como dijimos anteriormente, la red telefónica limita el rango de frecuencias permitidas para la transmisión a aquellas comprendidas por la banda vocal. Una de las primeras soluciones al problema fue la asignación de una frecuencia portadora de transmisión y otra de recepción. Dichas portadoras eran moduladas en frecuencia por la señal digital. Esto quiere decir que al transmitir un 1 se emitía una frecuencia y al transmitir un 0 otra. A esta técnica se la conoció como FSK (frecuency-shift Keying, codificación por cambio de frecuencia). Esta técnica se estandarizó bajo las normas v.21 de la CCITT y Belll03 de AT&T, las cuales transportaban 300 bits por segundo. Otra norma similar a la V.21 es la V.23. Una característica distintiva de esta norma es que es asimétrica, es decir, las velocidades de transmisión y recepción son distintas (1.200 y 75 bps respectivamente). Esto se hizo pensando en ampliaciones de terminales remotas donde la velocidad de tipeo en la terminal es mucho menor que la necesaria para llenar de datos una pantalla. Las terminales de videotexto francés, Minitel, utilizan esta norma. El problema de FSK era que, al ser muy baja la frecuencia superior de la banda vocal, las velocidades que se obtenían eran escasas, no más de 300 bps. La solución, elevar la frecuencia de las portadoras, no era posible por las limitaciones de la red telefónica. En su reemplazo surgió otra tecnología: PSK (phase-shift Keying, codificación por cambio de fase). Esta técnica se basa en la transmisión de información a través de cambios en la fase de una señal portadora. Otra técnica es la DPSK (diferencial PSK o PSK diferencial). En los modems modernos el DSP es el encargado de sintetizar tanto la señal transmitida como sus cambios de fase. También se encarga de la demodulación. El DSPK es utilizado por las normas V.22 (CCITT) y Bell212 (AT&T). En estas normas, las portadoras de transmisión y recepción se modulan a 600 cambios por segundo con 4 valores posibles, (2 bits), de donde se obtiene una velocidad de transmisión de 1.200 bps. Si además de la fase, también variamos la amplitud de la señal, podremos obtener mas posibilidades de codificación (es decir mas bits por evento). Esta técnica se conoció como QAM (modulación por amplitud y cuadratura) y se utilizo en la norma V.22bis del CCITT. V22 bis especificaba 16 puntos, por lo que por cada evento podíamos transmitir 4 bits. Si las portadoras se modulaban a 600 cambios por segundo se obtenían 2.400 bps. El problema ahora residía en que con frecuencias portadoras utilizadas, no se podían superar los 600 cambios por segundo. Para ello era necesario elevar la frecuencia de dichas portadoras, con el consiguiente problema de que se iban a ubicar en frecuencias muy próximas. El CCITT resolvió el problema en la norma V.32 unificando las dos portadoras en una sola y elevando lo más posible su frecuencia. El problema ahora era que al tener una sola portadora y transmisión simultanea (también llamada full duplex), ambos modems la iban a modular al mismo tiempo, volviéndola inutilizable. Para resolver este problema se incorporo el mecanismo de cancelación de eco, es decir un módem suprime de la señal recibida la señal del otro módem. Este ultimo aspecto, dada la complejidad de las funciones a aplicar sobre las señales, fue el que genero la adopción de los DSP como única alternativa viable para modems de alta velocidad. Para V.32 entonces, se definió una constelación de 32 puntos (5 bits). Para una comunicación más confiable, se codificaron los bits de forma tal que de los cinco solo cuarto son de datos, Si la portadora se modula a 2.400 cambios, se obtiene un total de 9.600 bps. Posteriores refinamientos a la norma dieron como resultado las normas V.32bis que utiliza QAM y codificación Trellis (TCQAM) para obtener seis bits de datos, dando una velocidad de transmisión de 14.400 bps. Existe un estándar de mercado no ratificado por el CCITT llamado V.32terbo, dando una velocidad de 19.200 bps, pero no tuvo mucho impacto. Finalmente, hace dos años, el ITU-T (nueva denominación del CCITT, Unión Internacional de Telecomunicaciones) estandarizo la norma V.34, que permite la transmisión de 28.800 y 33.600 bps. Esta norma ha desplazado la V.32bis volviéndose la más popular de la actualidad. En la tabla siguiente se resumen las distintas normas de modems del CCITT/ITU-T, agregando para su referencia las que comprenden a los fax. Como se observa en esta tabla, existen varias normas y velocidades de conexión, Los modems más modernos suelen ser compatibles con la gran mayoría de ella, aun las de fax. A las normas de modulación se agregar normas de compresión de datos y de corrección de errores. La compresión de datos nos permite transferir aun más información para una misma velocidad de transmisión y la corrección de errores nos brinda una transferencia de datos libre de error. Las primeras normas de este estilo fueron diseñadas por la firma Microcom y se las conoce como normas MNP (Protocolo Microcom de Redes). Sobre las normas MNP4 (corrección de errores) y MNP5 (compresión de datos) la CCITT elaboro las normas V.42, que define el protocolo de transmisión LAPM (Procedimiento de Acceso al Vinculo para Modems) para corrección de errores; y V.42bis para compresión de datos.

Modems de 56K Cuando los expertos pensaban que con los 33.6Kbps se había alcanzado el techo de velocidad de los módems que operaban sobre las líneas telefónicas convencionales, USRobotics, compañía que en la actualidad pertenece a 3Com, presentó en enero de 1997 una tecnología capaz de recibir información a 56Kbps. Dicha tecnología, denominada X2, encontraría poco después un rival en la K56Flex, fruto del esfuerzo conjunto de Lucent y Rockwell. La tecnología x2 fue desarrollada por US Robotics y permite realizar transferencias casi al doble de la velocidad de los estándares v34. Por su parte, K56Flex es el protocolo desarrollado en conjunto por Lucent Technologies y Rockwell para cerrar la brecha entre las actuales transmisiones análogas y la comunicación digital o la Red Digital de Servicios Integrados o Integrated Service Digital Network (ISDN). Ambas tecnologías permiten que archivos de sonido, video, gráficos y páginas web bajen rápidamente de Internet. Sin embargo, para disfrutar completamente los rendimientos en 56K es necesario que el ISP soporte tecnología x2 (para módems US Robotics) o K56Flex (para módems Hayes, Diamond, Zoom, etcétera). Ambos grupos comenzaron la comercialización de sus respectivos módems 56K sin esperar al establecimiento de un sistema común, lo que provocó indecisión en el mercado, que ni siquiera se animó ante la promesa de una actualización de los módems cuando el estándar apareciera. El pasado 6 de febrero, la Unión Internacional de las Telecomunicaciones(ITU) acordó que las especificaciones técnicas del estándar entraran en vigor inmediatamente y dejó pendiente la aprobación oficial de la norma V.90 para el próximo septiembre. El hecho de que estas especificaciones sean "firmes" permitirá a las compañías empezar la comercialización de módems con una norma 56K común en el primer trimestre de este año, sin esperar a que la ITU ratifique en septiembre la norma V.90.

Los modems de 56 Kbps poseen varias características que los diferencian de sus predecesores. En primer lugar, la velocidad de 56Kbps es lograda únicamente si uno de los modems se encuentra conectado a la red de telefonía digital (ISDN). Esto es así, ya que los modems de 56 Kbps no modulan una portadora sino que envían la información como niveles de tensión en la línea. En segundo lugar, la norma es asimétrica, pero a diferencia de otras normas asimétricas anteriores como la V.23, donde el rol del que transmitía más rápido era negociable, en los modems de 56Kbps, este rol es fijo y lo cumple el módem conectado a la red digital. El otro envía datos a 33.6 Kbps según la norma V.34. De hecho, si dos modems de 56 Kbps se comunican entre si sobre líneas telefónicas comunes, trabajaran como modems V.34.

6. Tipos de modems

Los modems pueden ser de dos tipos: Internos o Externos, Cable modems. Módem Externos Ventajas:

• No ocupan slots del gabinete.
• Tienen luces que indican el funcionamiento del módem.
• Son más fáciles de instalar y configurar.
• Se pueden utilizar en cualquier computadora.
• Se pueden transportar con facilidad.

Desventajas:

• Se encuentran mas expuestos a que se estropeen.
• Son mas caros.
• Necesitan de la UART de la PC( ver abajo).

La UART es un chip del puerto de comunicaciones de la computadora. Los modems externos utilizan la UART instalada en el controlador de puertos de la PC, mientras que los modems internos usan la propia. Las UART modernas poseen un buffer, que almacena los datos temporalmente hasta que la PC los lea. Como muchos controladores tienen UART viejas (sin buffer), al utilizarla con modems de altas velocidades es factible que se pierdan datos en las transferencias de información.

Leds de control Los más comunes son: MR -Indica que el módem se encuentra listo TR -Indica que el módem esta conectado a la computadora CD -Indica que el módem esta conectado con otro módem OH -Indica descolgado TX -Transmisión de datos RX -Recepción de datos

Módem Internos Ventajas:

• No ocupan lugar fuera del gabinete de la computadora.
• Tienen UART propia (ver abajo).
• Son más baratos.

Desventajas:

• Solo se puede utilizar en esa computadora.
• No se pueden transportar para utilizar en otra computadora.
• No tiene leds de control.

Componentes 1- Entrada/Salida línea telefónica 2- Conversor A/D, D/A. 3- Procesador. 4- PCI Bus.

Distintos tipos de Modems:

Cable módem Definición: Un "Cable Módem" es un dispositivo que permite tener acceso a datos a muy alta velocidad vía una red de Video Cable (CATV). Un Cable Módem típicamente tiene dos conexiones, una al cable coaxil de la empresa prestadora del servicio de Video Cable y la otra a la computadora (PC).

Velocidades: Las velocidades de un módem de cable pueden variar bastante. En la dirección hacia el abonado (desde la red hacia la computadora), la velocidad puede ser aproximadamente de ~36 Mbps. Pocas computadoras podrían ser capaces de conectarse a tales velocidades, un número más realista sería entre 3 y 10 Mbps. En la dirección contraria, es decir (de la computadora hacia la red), las velocidades pueden ser hasta 10 Mbps. Sin embargo la mayoría de los módem funcionarían en una velocidad más que optima entre 200 Kbps y 2 Mbps. Tengamos en cuenta que este modelo va a ser siempre asimétrico, es decir la información en sentido desde la red hasta la computadora siempre va a ser mayor. Actividades como navegar en WWW o lecturas en Newsgroup en donde se baja mucha información hacia la PC, necesita un mayor ancho de banda, en cambio en la dirección contraria, solo suben clicks del mouse (URL request) o mensajes de e-mail, los cuales no necesitan un gran ancho de banda.

Funcionamiento El echo que la palabra "módem" es usada para describir este dispositivo, es un poco engañoso, en el sentido que nos recuerda la imagen de un típico módem de teléfono. Es verdad, es un módem en el verdadero sentido de la palabra Modula y DEModula señales. Pero la semejanza final existe porque el módem de cable está prácticamente en un orden de magnitud más complicado que su par, el módem telefónico. Los módem de cable pueden ser parte módem, parte sintonizador, parte dispositivo encriptor/desencriptor, parte bridge, parte router, parte tarjeta NIC, parte agente SNMP, y parte ethernet hub. Típicamente un cable de módem envía y recibe datos en dos diferentes modos. En la dirección hacia el abonado la señal digital es modulada en un típico ancho de banda de algún canal de televisión de 6 Mhz, este canal podría estar entre 42 Mhz y 750 Mhz. Existen varios esquemas de modulación, pero los dos más populares son QPSK (hasta ~10 Mbps) y QAM64 (hasta ~36 Mbps). El canal de retorno del abonado es más delicado. Normalmente, en una red de cable, el camino de retorno del abonado conocido como canal de "reversa", es transmitido entre 5 y 40 Mhz. Esta frecuencia tiende a ser muy ruidosa, porque existen muchas interferencias de radios AM o CB y además interferencias de ruidos de los artefactos hogareños. Sumemos además la interferencia introducida en el propio hogar, la perdida en los conectores, o el cable en mal estado. Como las redes de cable están realizadas en forma de árbol y subredes en forma de ramas, todo este ruido se va sumando a través de su viaje en el canal de retorno, combinándose e incrementándose. Por esta causa, muchos fabricantes estarían usando QPSK o similares esquemas de modulación en el canal de retorno, porque QPSK es un esquema más robusto que otras técnicas de modulación en un ambiente de ruido. La desventaja es que QPSK es más lento que QAM.

Conexión: Hay varios métodos para la conexión a una computadora, pero el método que parece emerger como el mejor es el Ethernet 10BaseT. Si bien esto es probablemente más barato de producir que el módem de cable como una tarjeta interna para la computadora, ésta podría requerir diferentes tarjetas o circuitos para diferentes tipos de computadoras.

Servicios: El servicio más popular, podría ser indudablemente el acceso a Internet a alta velocidad. Esto posibilitaría disponer de los servicios de Internet a velocidades de 100 o 1000 veces más rápido que un módem telefónico. Otros servicios pueden incluir acceso a canales de audio y video servers, información local y servicios locales, acceder a servers de CD-ROM, e incluso tener acceso a las transacciones comerciales a nivel local o larga distancia, y a una gran variedad de otros servicios. Nuevos servicios e ideas nacen día a día.

Fabricantes: Hay muchas empresas que están produciendo o tienen anunciado desarrollar módem de cable. Podríamos mencionar 3COM, AT&T, COM21, General Insturment, HP, Hughes, Hybrid, IBM, Intel, LANCity, MicroUnity, Motorola, Nortel, Panasonic, Scientific Atlanta, Terrayon, Toshiba, y Zenith.

7. Conclusión

En mi opinión, el módem sirvió para dar comienzo a la gran revolución de las comunicaciones digitales en el mundo, posibilitando transferir grandes cantidades de información en cortos períodos de tiempo. También permitió la rápida interconexión de computadoras en lugares remotos de la tierra, utilizando la red de telefonía que ya estaba instalando y estaba en plena expansión. Su explosión en el mercado se debió en gran parte a esto mismo, las instalaciones telefónicas ya estaban realizadas, solo era necesario conectar una placa que transformara las señales digitales de la computadora en análogas y viceversa. Esta nueva tecnología obligó a las empresas telefónicas a ir mejorando día a día la calidad de sus líneas, para permitir este tipo de comunicación, que necesitaba de una gran calidad de transmisión y una adecuada relación entre la señal y el ruido. En el día de hoy, pese a que el modem sigue siendo lo mas utilizado para las comunicaciones hogareñas y empresas y esta dando paso a nuevas tecnologías mucho mas veloces y confiables como ser el cablemódem o el Adsl. En mi opinión la vida del modem ya se esta acabando, las nuevas exigencias de comunicaciones del dia de hoy y mas las del futuro, necesitaran transferir grandes cantidades de datos en tiempos muy cortos, la información que se transmite hoy en día es cada vez de mayor tamaño. La revolución de las redes de comunicaciones globales también fueron obligadas a perfeccionarse debido la gran expansión de la red Internet, la cual tiene gran contenido multimedia, como videos, sonidos y gráficos. Los anchos de banda en las nuevas tecnologías han crecido entre 10, 100 y mas veces y las futuras aun lo harán mucho mas. Por ejemplo el Adsl esta preparado para poder transferir hasta 10 Mbytes/sec de datos. Y los costos de estas tecnologías irán descendiendo de a poco hasta alcanzar a todos los hogares del planeta donde se encuentre una computadora. Y siempre recordaremos nuestros comienzos, como en mi caso puedo recordar que utilizaba un modem Hayes de 2400 baudios para entrar en las BBS, comunicarme con otras personas de otras partes del mundo e intercambiar información y porque no, un poco conocimientos y hasta cultura.

Autor:

Britos Pablo