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MODEM

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El sistema telef nico an logo sigue siendo la principal facilidad ... KADISK, Jules E.; EAST, Thomas W.R. 'Satellite Communications Fundamentals'. Artech House. ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: MODEM


1
MODEM
  • Modulator/Demodulator

2
El por qué de los MODEMS
  • El sistema telefónico análogo sigue siendo la
    principal facilidad utilizada para comunicación
    de datos.
  • Los computadores producen pulsos digitales, en
    tanto que el sistema telefónico está diseñado
    para transmitir señales análogas que están dentro
    del espectro auditivo de los seres humanos.
  • Se requiere de un dispositivo que convierta
    pulsos de datos digitales generados por los
    computadores a tonos análogos que pueden ser
    transportados por el sistema telefónico.
  • Este dispositivo se llama modem (su nombre viene
    de la contracción de las dos principales
    funciones del equipo modulación y demodulación).
    Algunos lo llaman también Data set.

3
Conversión de señal realizada por los modems
MODEM
MODEM
Señal Digital
Señal Digital
Señal Análoga
4
Partes de un MODEM
  • Una fuente de potencia
  • Proporciona el voltaje necesario para operar los
    circuitos que conforman el modem.
  • Un transmisor
  • Convierte los pulsos digitales a una señal
    análoga que puede ser enviada por el sistema
    telefónico.
  • Un receptor
  • Invierte el proceso de de convertir al convertir
    la señal análoga a señal digital.

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Componentes básicos de un Módem
Request to send
Transmisor
Datos trasmitidos
Codificador de Datos
Scrambler
Modulador y Amplificador
Filtro
Línea telefónica
Reloj Trasmitido.
Reloj para el transmisor
Circuitos de control de Transmisión
Clear to Send
Datos recibidos
Receptor
Decodificador de Datos
Descrambler
Demodulador
Ecualizador
Filtro y Amplificador
Reloj Recibido.
Línea telefónica
Reloj
Detección de Portadora
Sólo Módems Sincrónicos
Data Carrier Detect
6
Tipos de MODEMS
  • Modo de Trans. simplex, half y full duplex.
  • Técnica de trans. asincrónico y sincrónico
  • Uso de la línea sub-banda de voz (narrowband),
    voice-grade, wideband y para líneas dedicadas.
  • Por su inteligencia (recibe comandos)
  • Método de fabricación standalone (externos),
    tarjeta de expansión (interno) y para rack.
  • Ecualización Manual y automática
  • Capacidad Multipuerto (con Time Division
    Multiplexer)
  • Capacidad de seguridad Ninguna, con password,
    lista de números para llamar, lista de números a
    responder (callback security).
  • Selección de múltiples velocidades
  • Capacidad de voz/datos simultáneos

7
Operación de los MODEM
  • Ténicas de modulación y ejemplos

8
Proceso de modulación
  • El proceso de modulación altera las
    características de la señal de la portadora. Pero
    cuando la portadora se modifica mediante un
    proceso de modulación se está colocando
    información sobre la señal. Para señales
    análogas, la portadora es una sinusoidal,
    representada por
  • a A sen(2pft f)
  • Donde a es el valor instantáneo del voltaje en el
    tiempo t, A la amplitud máxima, f la frecuencia y
    f la fase.
  • Las características de la portadora que pueden
    ser alteradas son la amplitud (AM), la frecuencia
    (FM) y el ángulo de fase (fM).

9
Frecuency Shift Keying (Bell System 103/113 e
ITU V.21, 300 bps)
  • Los modems que operan a 300 bps utilizan FSK. En
    esta técnica la frecuencia de la portadora es
    alternada a una de dos frecuencias, una
    frecuencia representando el espacio (cero lógico)
    y la otra representando una marca (uno lógico).

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Frecuency Shift Keying (Bell System 103/113 e
ITU V.21, 300 bps)
11
Phase Shift Keying
  • PSK
  • Si se quisiera representar un bit (un 1 ó un 0)
    con PSK, quien transmite sólo debe cambiar la
    fase de la señal para representar cada bit que
    entra en el modem. Por ejemplo con un
    deslazamiento de fase de 0o podría representa un
    espacio (cero lógico) y con 180o representaría
    una marca (uno lógico). Esto se llama modulación
    de dos fases

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Bps vs. Baudios
  • Cuando se quieren representar más de dos bits con
    PSK (multiples bits con PSK) se debe entender la
    diferencia entre la tasa de transferencia de
    datos y la velocidad con que cambia la señal.
  • Bits por segundo es el número de dígitos binarios
    transferidos por segundo.
  • Baudio es la rata o tasa de señalización -cambio
    de estado de la señal por segundo (cuantas veces
    cambia la señal en un segundo)-
    (Jean-Maurice-Emile Baudot).
  • Por ejemplo, un módem se puede construir para que
    un cambio de señal sea utilizado para representar
    dos bits la rata de baudios es la mitad de los
    bits por segundo (codificación dibit un baudio
    representa dos bits). Cuando un baudio se utilza
    para representar tres bits se denomina
    codificación tribit). La codificación dibit y
    tribit son técnicas de codificación multinivel y
    se implementan utilizando modulación de la fase.

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Parámetros de un circuito de voz
  • El ancho de banda es un rango de frecuencias. Por
    ejemplo, un canal de voz está entre 300 Hz y 3300
    Hz, es decir tiene un ancho de banda de 3KHz
  • A medida que los datos entran al módem (bps)
    estos se convierten en señales análogas. La
    velocidad con que cambia las señal anánloga del
    modem se conoce como tasa de los baudios.
  • En 1928, Nyquist encontró la relación entre el
    ancho de banda y la tasa de los baudios B2W
    (donde B baudios/s, W ancho de banda en Hz).
  • En teoría, para un canal de voz la máxima
    cantidad de bits por segundo que se pueden
    transmitir es de 6000 bps. Cómo es que existen
    modems que transfieren 9600 bps , 14400 bps ,
    19200 bps, 28800 bps, 33600 bps y 56000 bps sobre
    un canal de voz? (la respuesta es que se utilizan
    ténicas de modulación combinadas... Una es PSK
    multinivel)

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PSK Multinivel
  • Para superar el límite impuesto por Nyquist se
    hace lo siguiente
  • Los modems primero agrupan una secuencia de bits,
    examinan la composición de los bits y luego
    implementan un desplazamiento de fase de acuerdo
    al valor de los bits agrupados.
  • Esta técnica recibe el nombre de multiple bit,
    Phase-Shift Keying ó multinivel, Phase-Shift
    Keying.
  • Códigos de dos bits se denominan dibits y son
    transmitidos en un solo desplazamiento de fase a
    partir de un conjunto de cuatro posibles estados
    de fase. Los códigos de tres bits reciben el
    nombre de tribits y se transmiten en un solo
    desplazamiento de fase de un conjunto de ocho
    posibles estados de fase

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Constelación para ITU V.26, 2400 bps
  • El estándar V.26 especifica las características
    para un modem sincrónico a 2400bps sobre una
    línea dedicada de cuatro hilos.
  • El dibujo muestra el patrón B

V.26 tiene dos patrones A y B Dibit Cambio de
fase A B 00 0o 45o 01 90o 135o 11 180o 225o 1
0 270o 315o
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Modulador de cuatro fases
Bits en puesto par
Driver
Señales en fase (I) (In-phase)
Separador de bits
Keyer 0o-180o
bits
Oscilador
S
Keyer 0o-180o
90o
Señales desplazadas (Q) (Quadrature)
Driver
Bits en puesto impar
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Constelación para ITU V.27, 4800 bps
  • Los modems ITU V.27 acomodan tres bits a la vez,
    codificándolos en uno de ocho posibles ángulos de
    fase

V.27 tribit Cambio de fase 001 0o 000 45o 010 90o
011 135o 111 180o 110 225o 100 270o 101 315o
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Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
  • QAM es una técnica que combina modulación de fase
    y de amplitud.
  • Con esta técnica se pueden colocar cuatro bits en
    cada cambio de señal, operando a 2400 baudios,
    logrando que se puedan transferir 9600 bits por
    segundo.
  • La gran mayoría de modems de 9600 bps se adhieren
    al estándar ITU V.29. Este estándar utiliza una
    portadora de 1700 Hz sobre la cual se varía tanto
    la amplitud como la fase, resultando 16 posibles
    combinaciones de ocho ángulos de fase y cuatro
    amplitudes.
  • En V.29 el primer bit, de acuerdo con el ángulo
    de fase, permite seleccionar la amplitud. Los
    otros tres bits utilizan el mismo desplazamiento
    de fase usado en V.27.

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Constelación para V.29, 9600 bps
V.29 (Amplitud relativa primer
bit) bit ángulo amplitud 1 0o, 90o, 180o,
270o 5 1 45o,135o, 225o, 315o 3 raiz de 2 0 0o,
90o, 180o, 270o 3 0 45o,135o, 225o, 315o raiz de
2
V.29 (cambio de fase de V.27) tribit Cambio de
fase 001 0o 000 45o 010 90o 011 135o 111 180o 110
225o 100 270o 101 315o
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Trellis Coded Modulation (TCM)
  • Originalmente los modems de 14400 bps utilizaban
    QAM (grupos de 6 bits 2400 veces por segundo).
    Pero los puntos que conforman la constelación
    para un modem de 14400 bps QAM están más
    amontonados que los de un modem de 9600 QAM.
    Esto se traduce en que un modem de 14400 QAM es
    más susceptible a fallas en la transmisión y,
    bajo ciertas circunstancias, puede tener un
    desempeño menor que un modem de 9600. Un modem de
    14400 bps sólo podía trabajar sobre circuitos de
    alta calidad.

Bajo ciertas condiciones, un modem de 9600 bps
QAM puede funcionar mejor que uno de 14400 bps
QAM.
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Trellis Coded Modulation (TCM)
  • Debido a la suceptibildad de los modems QAM
    convencionales, apareció una nueva generación de
    modems basados en TCM.
  • Estos modems toleran dos veces más potencia en
    ruido que los QAM convencionales, permitiendo
    obtener ratas de transmisión hasta de 33.6 Kbps
    sobre la red telefónica convencional.
  • Qué es lo que sucede para que los modems QAM
    convencionales de alta velocidad tengan que usar
    circuitos de alta calidad?
  • Las variaciones en el circuito de transmisión
    hacen que los puntos se desplacen de su ubicación
    correcta en la constelación de señales. El
    receptor selecciona el valor más cercano del
    sitio donde encontró el punto. Cuando hay mucho
    ruido es altamente factible que el receptor se
    equivoque y seleccione un punto equivocado.
  • Para reducir la posibilidad de este tipo de
    errores, TCM emplea un codificador que adiciona
    un bit redundante a cada grupo de bits.

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Trellis Coded Modulation (TCM)
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Codificador de convolución
  • Asumiendo que el código de convolución está
    compuesto por la suma módulo 2 de los dos bits de
    datos más recientes, entonces dos bits de salida
    se generarán por cada bit un bit de datos y uno
    de paridad.
  • Si se asume que el primer bit que genere el
    codifiacdor es el mismo bit de datos, el segundo
    será la suma módulo 2 del bit de datos actual y
    del anterior.

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Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el
codificador Primero entra el 0
Nota dentro del codificador hay dos ceros (00)
y la salida tiene dos ceros 00
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Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el
codificador Luego entra el 1
Nota dentro del codificador hay un uno y un cero
(10) y la salida tiene dos unos 11
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Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el
codificador Luego entra el 1
Nota dentro del codificador hay dos unos (11) y
la salida tiene un cero y un uno 01
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Codificador de convolución
Vamos a colocar los bits 0110 en el
codificador Finalmente entra el 0
Nota dentro del codificador hay un cero y un uno
(01) y la salida tiene un cero y un uno 01
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Rejilla (trellis)
Observe que si dibujamos un diagrama de estados
donde, cruzamos los bits que están esperando
dentro del codificador con los que se obtienen a
la salida de acuerdo con el bit que entra,
tenemos sólo ciertos posibles caminos para
pasar de un estado a otro.
29
Recorrido de codificación de 0110
Ahora dibujemos el camino seguido, en esta
rejilla, por 0110, Se obtiene como salida 01 01
11 00
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Codificador de convolución
  • En MODEMs TCM de 14400, el mapeador de puntos de
    señal utiliza tres bits de codificación para
    seleccionar uno de ocho subconjuntos compuestos
    por 16 puntos originados a partir de los cuatro
    bits de datos. Esto asegura que sólo ciertos
    puntos son válidos. Un MODEM TCM es dos veces
    inmune al ruido comparado con un MODEM QAM.
  • V32 es una especificación para modems de 9600 bps
    que utilizan modulación TCM.

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Operación y compatibilidad de los modems
  • 300 Bps (Bell system 103/113, ITU V.21)
  • 300 a 1800 bps (Bell system 212A, ITU V.22)
  • 1200 bps (ITU V.23)
  • 1200 bps - 1800 bps (Bell 202)
  • 2400 bps (Bell 201B/C, ITU V.26 y V.22 bis)
  • 4800 bps (Bell 208, ITU V.27)
  • 9600 bps (Bell 209, ITU V.29 y V.32)
  • 14400 bps (ITU V.32bis y V.33)
  • 19200 bps (ITU vFast, V.34, vFC y V.32 terbo)
  • 28800 bps (Rockwell v.FC, ITU v.Fast y V.34)
  • 33600 bps (revisión de ITU V.34)
  • 56000 bps (ITU V.90)

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Características de MODEMS Bell system
33
Características de MODEMS ITU
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Handshaking de los modems
  • Handshaking es el intercambio de señales de
    control para establecer la comunicación entre dos
    data sets (modems).
  • Estas señales son requeridas para iniciar y
    terminar las llamadas
  • El tipo de señalización utilizada es
    predeterminada a uno de tres estándares EIA
    RS-232, EIA RS-449 o el ITU V.24

35
Referencias
  • KADISK, Jules E. EAST, Thomas W.R. Satellite
    Communications Fundamentals. Artech House.
    Boston, London. 2000. Páginas 251-270
  • HELD, Gilbert. Data Communications Networkink
    Devices. John Whiley Sons. New York. 1999.
    Páginas 355-504
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