Historisch
Telefonie
Modem
We konden ons historiek van de telefonie niet afsluiten zonder de verschillende modems te bespreken. De vorige pagina handelde over het multiplexen van telefoongesprekken.
-

-

1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz
697Hz123A
770Hz456B
852Hz789C
941Hz*0#D


Frequency Shift Keying


Quadrature Phase Shift Keying


Een voorbeeld van Hayes kodes is de volgende sequentie: ATDT0W024567890.
AT: Attention: vormt het begin van een commando.
DT: Dial met toon
0W024567890: Vorm een 0, wacht op de tweede kiestoon (we werken hier met een binnencentrale en de "0" wordt gebruikt om en buitenlijn te bekomen) en vorm dan het telefoonnummer.


Quadrature Amplitude Modulation


16-QAM

Voorbeelden:
1111 wordt gekodeerd met een lage amplitude (0.3V) en een fase van 45°
0000 wordt gekodeerd met een hoge amplitude (1.0V) en een fase van 225°

Bepaalde combinaties hebben geen fase van 45, 135, 225 of 315°. Dit is gedaan om een zo groot mogelijke afstand tussen de punten te bereiken, en dus een zo goed mogelijke signaal-ruisafstand.


Foutspectrum
Fout veroorzaakt door amplitudeverschillen (rood) en faseverschillen (blauw). Zolang de storing niet te sterk is, kan het symbool nog gelezen worden.

In de praktijk zal men een fout hebben op zowel de amplitude als de fase en is het datapunt een min of meer ronde wolk geworden.

Hoe meer punten men voorzien (hoe meer bits per baud en dus een hoger debiet), hoe beter de lijnkwaliteit moet zijn om de punten te onderscheiden.

De mogelijkheden van een modem worden op een volgende pagina besproken:
Bulletin boads systems, Fidonet en internet

DTMF

Eigenlijk hadden de telefoontoestellen met toetsen reeds een modem aan boord, namelijk een systeem om de tonen voor het kiezen van een telefoonnummer op te wekken. In de centrale zelf werden die tonen omgezet in kiesopdrachten.

Het systeem werd al vroeger toegepast door de operatoren in de telefooncentrales om een nummer door te schakelen. Het bleek een heel betrouwbaar systeem, en het werd daarom ook voorzien in de telefoontoestellen zelf, in plaats van het pulskiezen dat tot nu toe van toepassing was.

De gebruikte frekwenties zijn zo gekozen dat ze geen veelvoud van elkaar zijn (zodat de harmonischen geen geldige frekwentie zou zijn), maar de frekwenties mochten ook niet overeenkomen met de reeds gebruikte frekwenties die intern gebruikt werden door telefooncentrales.

Het systeem voorziet in 16 toetsen, waarbij de kodes A, B, C en D niet voorzien worden op een telefoontoestel. Ze werden wel gebruikt op het telefoonnetwerk van het leger om de prioriteit van de communicatie te definiëren.

Het voordeel van dit systeem is dat het een in-band signaling is. De kodes kunnen dus getransporteerd worden over het volledig netwerk, wat niet het geval is bij pulskiezen.

Het systeem is zo ingeburgerd geraakt dat er verschillende diensten deze tonen gebruiken (bedrijfcentrales met spraakberichten "druk 1 voor..."), zelfs nu dat de vaste telefoonlijn nauwelijks nog gebruikt wordt. De gsm kan die kodes ook genereren (zij op een indirecte manier, de gedrukte toets wordt doorgestuurd als een "event"), terwijl het toonkiezen niet meer gebruikt wordt in het gsm netwerk.

De eerste accoustische modems

Maar het gebruik van de modem werd lange tijd gehinderd door de telecomoperatoren. Vreemde toestellen mochten niet op de lijn aangesloten worden, maar de telecomoperatoren hadden geen modems te koop. Waarschijnlijk wist de baliemedewerker van de RTT zelfs niet wat een modem was.

De enige oplossing, als je binnen de wet wou blijven, was een accoustische modem gebruiken. Het was een toestel waarop je de hoorn van de telefoo plaatste, nadat je het nummer van de correspondent gedraaid had.

Frequency Shift Keying

De gebruikte codering was FSK (frequency shift keying), het digitaal equivalent van frekwentiemodulatie (FM) zoals bij de radio gebruikt. Een nul werd gekodeerd door bijvoorbeeld een frekwentie van 1070Hz en een één door een frekwentie van 1270Hz. De tegenpartij gebruikte frekwenties van 2025 en 2225Hz, waardoor er full duplex mogelijk was. De baudrate was 300. Er waren een paar fabrikanten, maar de gebruikte frekwenties waren niet compatibel.

Baudrate: aantal signaalwisselingen per seconde, niet te verwarren met bitrate: aantal bits per seconde verstuurd. Bij de eerste protocollen was baud = bits/seconde, maar later is men meer bits in één signaalwisseling gaan plaatsen, zodat de dataoverdracht sneller gebeurde, zonder dat de beschikbare bandbreedte overschreden werd.

Amplitudemodulatie alléén is nooit praktisch gebruikt geweest, omdat de storingen op de lijn (die toen veel frekwenter waren) beter onderdrukt konden worden door frekwentiemodulatie. Het werd pas later gebruikt, samen met kwadratuurmodulatie (blijkbaar was de lijnkwaliteit toen voldoende geacht).

Phase Shift Keying

Met PSK (phase shift keying) kon men tot 1200 bits/seconde doorsturen (en later ook 2400b/s). Bij deze modulatiemethode worden de bits gekodeerd door een faseverschuiving van een vaste frekwentie. Een voordeel van deze methode is dat men meer bits kan doorsturen per faseverschuiving: de baudrate (aantal toestandveranderingen) veranderd niet, maar de bitrate wordt minstens verdubbeld.

In het roze de draaggolf met vaste frekwentie en amplitude. Bij het moduleren ontstaan er faseverschuivingen, bij 45° (bitcombinatie 00) loopt de gemoduleerde draaggolf 45° vòòr op de vaste draaggolf. De referentie draaggolg moet opgewekt worden in de ontvanger om demodulatie mogelijk te maken.

Later werd het mogelijk gecertifieerde modens op het telefoonnetwerk aan te sluiten, maar de procedure was zo complex dat slechts een beperkt aantal fabrikanten modems op de markt bracht.

Hayes modem kodes

Wat een grote rol gespeeld heeft, is de Hayes modem. Het was geen supermodem, de modem gebruikte zelfs een verouderde modulatietechniek, maar de modem had een microcontroller aan boord, die de datastream onderzocht op bepaalde kodes. Deze kodes werden dan gebruikt om de modem te sturen. Het werd dus mogelijk om op een gestandardiseerde manier opdrachten aan de modem te geven via de RS232 poort, die standaard was op iedere computer.

Het was dus niet meer nodig manueel een nummer te kiezen (of een aparte dialer te gebruiken die een extra RS232 poort nodig had), de software kon automatisch de modem een nummer laten kiezen, de verbinding tot stand brengen en achteraf de lijn vrijgeven.

Tot nu toe gebruikten de modems verschillende frekwentiebanden in het zenden en het ontvangen zodat echo geen rol speelt. Maar dit heeft als nadeel dat slechts de helft van de beschikbare bandbreedte gebruikt kan worden. Modernere modems analyseren de lijneigenschappen, waarbij oa. de echo gemeten wordt (amplitude en delay). Als de modem dan begint te zenden, wordt het signaal op de lijn gezet, maar ook in een delay line geplaatst. Het echo dat ontvangen wordt, wordt afgetrokken van het signaal dat uit de delay line komt, en beide signalen heffen elkaar op.

Quadrature Amplitude Modulation

Met de overstap naar QAM (Quadrature Amplitude Modulation) kon men datasnelheden van 9600 bits/seconde bereiken. Bij deze modulatie wordt de date gekodeerd door zowel een faseverschuiving als een amplitudemodulatie, zodat men 4 bits kan versturen per signaalovergang. Met 2400 baud haalt men 9600 b/s.

Quadrature Amplitude Modulation werd ook gebruikt bij analoge toepassingen: het kleursignaal bij televisie (PAL en NTSC) heeft de kleurintensiteit als amplitude en de kleurtint als fase. QAM werd ook gebruikt bij stereo uitzendingen op de middengolf.

Door de modulatietechnieken verder te optimaliseren kon men tot 33kb/s gaan, het theoretisch maximum dat haalbaar was op een normale telefoonlijn. Men gebruikt hier verschillende faseverschillen en amplitudes: ieder punt op het diagram vertegenwoordigd een mogelijke bitcombinatie. De punten worden zo ver mogelijk van elkaar geplaatst om fouten bij het decoderen te beperken. Er waren verschillende "rasters" met verschillende vormen, maar de limiet van 33kb/s kon niet verbroken worden.

Maar de telefoonlijn heeft een bandbreedte die hoger ligt dan de vastgelegde bandbreedte van 3000Hz. Deze bandbreedte is vastgelegd om lange afstand communicatie mogelijk te maken tussen verschillende telefooncentrales, waarbij de verschillende telefoongesprekken over één enkele lijn gemultiplext worden. Bij het multiplexen is de bandbreedte effektief beperkt zodat er meer gesprekken gevoerd kunnen worden over één fysieke lijn.

Maar de communicatie binnen een telefoonzone kan gerust gebeuren met een hogere bandbreedte. We hebben trouwens de komst van ISDN, waarbij een datakanaal 64kb/s kan vervoeren. Bij analoge modems is de maximale snelheid beperkt tot 56k. Deze snelheid was lange tijd een vaste grens, zoals de snelheiden van 300 (accoustisch), 1200/2400 (PSK) en 9600 (QAM) ook vaste grenzen waren die een aantal jaren gehandhaafd werden. De snelheid van 56k kon enkel gehaald worden bij lokale verbindingen.

ADSL en kabel

Later is ADSL (via Belgacom) beschikbaar gekomen, eerst voor de Skynet klanten, veel later ook voor andere providers. Bij ADSL heb je een permanente verbinding het het internet, je moet niet meer inbellen. De snelheid die je kan halen hangt af van de afstand tot de telefooncentrale. ADSL gebruikt frekwentiebanden boven de band die voor spraak voorzien is. Een ADSL signaal bestaat dan ook enkel van de gebruiker tot aan de telefooncentrale, want het multiplexen zoals een gewoon telefoongesprek is niet mogelijk.

ADSL werkt onafhankelijk van de telefonie (zonder de lijn op te nemen zoals bij een gewoon telefoongesprek). Er moeten splitters gebruikt worden zodat de hoogfrekwente signalen niet doordringen in analoge toestellen (telefoon en fax). De kwaliteit van de verbinding hangt eigenlijk ook af van de kwaliteit van de splitsing, die zo vroeg mogelijk moet gebeuren (ideaal van zodra de telefoonlijn in huis komt).

Downloadsnelheden van 10Mbits zijn haalbaar, wat een verhoging van de snelheid met een faktor 200 is ten opzichte van dial up (in optimale omstandigheden). Hetzelfde bestand dat 10 minuten nodig had om binnengehaald te worden, kon nu gedownload worden in 3 seconden.

ADSL is asymmetrisch met een lagere uploadsnelheid, maar dat is niet belangrijk, omdat het internet vooral gebruikt werd om zaken binnen te halen (download). De asymmetrie is technisch onvermijdelijk: er is meer ruis en overspraak aanwezig in de telefooncentrale, waar alle kabels samenkomen. Door een lagere bandbreedte te voorzien voor de uplink kan men de storingen (die eerder in de contrale aanwezig zijn) beter onderdrukken. De downlink wordt natuurlijk ook gestoord, maar het signaal afkomstig van de centrale modem is hier sterker en onderdrukt de aanwezige storingen. Zo maakt men eigenlijk een deugd van een beperking.

Hetzelfde assymetrisch karakter komt voor bij internet via de kabel. De kabel was oorspronkelijk enkel voorzien voor televisie (éénrichtingsverkeer), maar door het vervangen van alle lijnversterkers kon men de kabel in twee richtingen laten werken. Zo konden de providers extra services aanbieden (tegen betaling, uiteraard) zoals delayed viewing ("net gemist"), pay per view enz.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's