Modem (Modem)
Hulk arvuteid, mis asuvad üksteisest kaugel, saavad olla omavahel ühenduses
telefoniliinide kaudu juhul, kui nad on modemi abil ühendatud arvutivõrguga. Modem
on arvutit telefoniliiiga ühendav seade, mis saatja poolel muudab arvuti poolt
saadetud digitaalsignaalid tavalises telefoniliinis edastatavateks helisignaalideks ja
vastuvõtja poolel muudab need helisignaalid uuesti digitaalseteks. Esimest tegevust
nimetatakse moduleerimiseks, teist aga demoduleerimiseks. Nende sõnade
esitähtedest ongi modem oma nime saanud. Algupäraselt mõistetigi modemi all
seadet, mis moduleerib digitaalset infot, et seda oleks võimalik üle kanda mõne
analoogkanali kaudu. Selleks kanaliks sobib mitut tüüpi kaabeldus, telefonivõrk või
raadiolained. Loodud on isegi seadmed, mis võimaldavad digitaalsidet läbi tavalise
elektrivõrgu. Kitsamas mõttes räägitakse modemitest, kui seadmetest, mis
võimaldavad infoefastust telefonivõrgu kaudu. Tänapäeval ei ole aga seade, mida
kõnekeeles nimetatakse modemiks, enam lihtsalt modulaator/demodulaator. Nendes
seadmetes on tavaliselt lisaks modulaator/ demodulaatoritele ka mitmesugust
lisaaparatuuri - telefonivõrgu kutsungsignaali detektorid, toon ja pulssvalimise
seadmed, käsukeel arvuti ja modemi vaheliseks suhtlemiseks, mälu
konfiguratsiooniparameetrite säilitamiseks ja muud. Modemi erikujuks on akkustiline
sidesti (acoustic coupler), mille abil digitaalsignaalid muundatakse akustiliste helide
jadaks, mis võetakse vastu telefoniaparaadi mikrofoniga ja vastuvõtuploolel
muundatakse kuularikapsli kaudu uuesti digitaalseteks.
Kui akustilist sidestit kasutatakse tänapäeval ainult erijuhtudel (näiteks siis, kui
telefenijuhe on jäigalt kinnitatud seina külge või välitingimustes), siis modemite
kasutusvaldkond on ainult laienenud seoses arvutivõrkukde (sealhulgas Interneti)
massilise levikuga.
Sõltuval adnmesideviisidest võib modemis jaotada asünkroonseteks ja
sünkroonseteks. Klassikalised modemitüübid töötavad enamasti asünkroonselt,
kusjuures andmebittide arv varieerub sõltuvalt valitud tööviisiisist 5-st kuni 8-ni.
Peale selle lisatakse tavaliselt igale sõnale veel üks bitt paarsuskontrolliks. Kui
kasutatakse paarisarvulisuskontrolli (even parity check), siis see bitt asetatakse ühte,
kui on vaja teha 8-bitises koodisõnas ühtede arv paarisarvuks. Kui aga kasutatakse
paarituarvulisuskontrolli (odd parity check), siis see bitt viiakse ühte juhul, kui ühtede
koguarv ülejäänud koodisõnas pole paaritu arv. Paarsuskontroll on siiski kõige
elementaarsem veaavastamismeetod ja uuemates modemites kasutatakse palju
keerukamaid veaavastus- ja korrigeerimisalgoritme.
Asünkroonsete modemite puhul puudub edastatavates andmeüksustes eriline
37
takteeriv (sünkroniseeriv) signaal, mis määraks iga biti täpset ajalist paiknemist.
Sünkroniseerimiseks kasutatakse stardibitti, mis vastuvõtjas käivitab taktgeneraatori,
mille ajastus on aga sõltumatu saabuvate andmebittide tegelikust kordumissagedusest.
Stardibiti järgsete andmebittide lugemine toimub kokkulepitud edastussageduse taktis
andmebiti impulsside oletatava keskpaiga läheduses. Tegelikkuses võivad saatja ja
vastuvõtja takteerimissagedused märgatavalt erineda ja tulemuseks on vigade teke
lugemisel.
Paljudes uuemates modemites rakendatakse sünkroonedastust, mille puhul takteeriv
signaal saabub koos andmetega, et tagada saatja ja vastuvõtja töö täielikku
sünkroniseerimist. Puuduvad stardi- ja stopp-bitid, kuid selle asemel on igale
andmeblokile lisatud erikoodid sünkroniseerimise tagamiseks. Andmebloki pikkuse
määrab puhvermälu, kus seda hoitakse enne väljasaatmist (seda kasutatakse ka
vastuvõtupoolel). Asünkroonedastusel puhvrit ei vajata, sest iga koodisõna (märk)
saadetakse kohe arvutist edasi. Sünkroonedastusel salvestatakse puhvermällu hulk
koodisõnu, mis seejärel saadetakse välja pideva blokina konstantse kordussageduse
juures. Tavaliselt on andmebloki alguses mitu sünkroniseerivat koodisõna ja bloki
lõpus lõpukood. Sõnum võib sisaldada veel kontrollsummat, sihtaadressi koodi ja
muid täiendavaid bitte sõltuvalt ülekandeprotokolli iseloomust.
Vahel kasutatakse ka isokroonedastust, mis on segu mõlemast eelvaadeldud
edastusviisit. Üksikmärke (koodisõnu) eraldatakse nagu asünkroonedastusel stardi- ja
stopp-bittidega, kuid märkide vahekaugused oon rangelt ajastatud (sünkroniseeritud).
Veaparandusprotokollid
Modemside kasutamisel on alati probleeme tekitanud telefoniliinides tekkivad häired.
Näiteks terminaliprogrammide kasutamine võib mõnikord rohkete häirete tõttu
sootuks võimatuks osutuda. Probleemi aitavad lahendada sisseehitatud
veaparandusprotokollidega modemid, mis tagavad telefoniliinis häirete poolt rikutud
andmete tuvastamise ja uuestisaatmise. Kui modemi andmeedastuse jooksul
avastatakse viga, siis reeglina toimub selle edastustsükli kordamine niimitu korda,
kuni viga enam ei teki (või automaatne üleminek madalamale kiirusele). Veakontroll
toimub selliselt, et koos kasuliku infoga (mingist hulgast baitidest koosneva paketiga)
saadetakse kontrollsumma (selle paketi kõigi baitide summa 8 viimast bitti).
Sihtkohas arvutab teine modem kontrollsumma uuesti. Kui edastatud ja ise arvutatud
kontrollsumma on võrdsed, on info "eeldatavasti" veatult kohale jõudnud. Levinud on
kaks protokolli:
* MNP - (Microcom Networking Protocol) klassid 1 kuni 4, mis on välja töötatud
firma Microcom Systems poolt ja mida kasutatakse paljudes modemites.
* V.42 - ITU-T standard, mis kirjeldab LAP-M veaparandusprotokolli. Et tagada
ühilduvust MNP protokolle kasutavate modemitega, siis kirjeldab standard ka
alternatiivse veaparandusprotokolli, mis on sarnane MNP klassides 2 kuni 4
kirjeldatuga. Seega on V.42 modem võimeline töötama nii V.42 kui ka MNP
modemitega. Enamus uuemaid modemeid vastab sellele standardile.
Esimestel 300 ja 1200 boodistel modemitel veaparandust ei olnud. Enamikel 2400
boodistel oli see juba olemas, kõigi kiiremate (>9600) modemite puhul on
veaparandus lausa kohustuslik, sest nii suure kiirusega andmeid edastades, juhtub
vigu väga sageli.
Modulatsioon
38
Selleks et digitaalsignaale üle kanda analoogtelefonivõrgu suhteliselt kitsas
sagedusribas (300-3400 Hz), tuleb nad muundada (moduleerida) kujule, mis vastab
selle ülekanderiba parameeritele.
Definitsioon: modulatsioon on protsess ühe signaali (kahendsignaali) mõjutamiseks
teise (moduleeriva) signaaliga.
Digitaalandmete edastamiseks analoogtelefonikanalis tuleb seega 300-3400 Hz
sagedusribas olevat kandesagedust mõjutada digitaalandmetega (nulli ja ühe
väärtustega). Lihtsamalt öeldes- modemi ülesandeks on esitada bitijada sellisel kujul,
et saaks selle piiratud sagedusribaga helikanalist läbi suruda. Inimkõrv suudab
telefonikõnest raginad ja kahinad välja filtreerida, kuid bitid peavad olema kodeeritud
nii, et need ilma moonutamata sihtmärgini jõuaksid. Selleks tarvitatakse
mitmesuguseid kavalaid modulatsioonimeetodeid. Amplituudmodulatsioon (AM)
Amplituudmodulatsiooni korral muudetakse kandesageduse amplituudi vastavuses
moduleeriva signaaliga. Nagu näha jooniselt, varieerub sel juhul kandesageduse
amplituud nullist kuni maksimumväärtuseni.
Sagedusmodulatsioon (FM- Frequence Modulation)
Sagedusmodulatsiooni korral mõjutab moduleeriv signaal kandelaine sagedust.
Nagu näha jooniselt, kandesageduse nihe madalamale sagedusele vastab nullile ja
nihe kõrgemale sagedusele- ühele. Seda modulatsiooni nimetakse ka nihkesagedusega
moduleerimiseks (FSK- Frequence Shift Keying) asjaolu tõttu, et moduleeriv signaal
on digitaalne (diskreetsete väärtustega). FSK-modulatsiooni kasutati kõigis
varasemates modemites.
Faasimodulatsioon (PM-Phase Modulation)
Faasimodulatsiooni korral mõjutab moduleeriv signaal kandesageduse faasi. Faas on
teatavasti kahe võnkumise suhteline asupaik üksteise suhtes teatud kindlal ajahetkel.
Eelmisel joonisel on näha, kuidas faasi nihutatakse iga loogilise ühe korral, kuid
jäetakse muutmata loogiliste nullide korral. Kuna tegemist on digitaalse moduleeriva
signaaliga, siis on levinud nimetus hikefaasiga modulatsioon (PSK- Phase Shifted
Keying). Ülekandeliinile saadetud signaali faasi ei mõõdeta tavaliselt
absoluutväärtustes, vaid määratakse kindlaks selle suhteline asukoht eelmise biti faasi
suhtes.
Modemi teiseks põhifunktsiooniks on demoduleerimine, see tähendab
digitaalsignaali algkuju taastamine selle moduleeritud kujult. Selleks kasutatakse
vastavaid detekteerimis- ja filtreerimislülitusi, mis on tundlikud kandesignaali
amplituudi, sageduse või faasi muutustele.
Kaasaegsetes modemites kasutatakse peamiselt faasinihkega modulatsiooni või
seda kombineeritult koos amplituudmodulatsiooniga. Sellise sagamodulatsiooni korral
igale eri faasiga signaaliühikule vastab mitu eri suurusega amplituudi. Kui faasinihet
muuta näiteks 45 kraadi kaupa, siis saadakse 8 faasi suurust, mis koos kahe
amplituudiväärtusega annab 16 eri väärtust (nn. kvadratuurmodulatsioon). Kõige
uuemates modemites kasutatakse kvadratuudmodulatsiooni teisendeid, kus on tagatud
veaavastamine ja parandamine.
Pakkimine
Pakkimine vähendab telefoniliinide kaudu edastatavate andmete mahtu ja seetöttu
suurendab andmeedastuskiirust. Levinud on kaks protokolli:
MNP klass 5 - kasutatav koos MNP klass 4 veaparandusprotokolliga. Edastatavate
andmete maht võib väheneda kuni kaks korda.
V.42bis - kasutatav koos V.42 veaparandusprotokolliga. Edastatavate andmete maht
39
võib väheneda kuni neli korda. See protokoll on eelmisega võrreldes ka
intelligentsem, kuna ta suudab käigult määrata, kas pakkimisest saadav kasu on
piisav, et selle peale aega raisata. Kui näiteks nihutada modemiga *.ar faili, siis pole
täiendaval pakkimisel kindlasti mõtet. MNP5 protokoll on tunduvalt lollim, ta üritab
pakkida ka faile, mis on juba pakitud. See loomulikult ei õnnestu ning
lõppkokkuvõttes raiskab MNP5 modem hulk aega lootusetu tegevuse peale. Siit
soovitus: kui tirite pakitud faile, keelake modemil MNP5 kompressioon ära.
Pakkimise efektiivsus sõltub edastatavate andmete tüübist, olles suurim tekstifailide ja
andmebaaside puhul. Eelnevalt arvutis pakitud failide puhul modemisisene pakkimine
enam efekti ei oma ja MNP 5 puhul võib isegi suurendab edastatavate andmete mahtu.
MNP ehk pikemalt Microcom Networking Protocol on firma Microcom Systems
poolt välja töötatud kommunikatsiooniprotokoll, mis toetab nii interaktiivset, kui ka
failivahetussidet. MNP on välja töötatud vastavalt ISO (International Organization for
Standardization) standardile Open System Interconnection (OSI) Network Reference
Model.