5.12. Standard di comunicazione

Infatti, anni addietro, la ditta americana Bell System ha utilizzato, nelle sue apparecchiature di comunicazione, uno standard proprio che ha tentato di imporre sul mercato.

Altre ditte si sono comportate come la Bell e ciò ha portato alla incompatibilità tra modem che rispettano uno standard con quelli che rispettano un altro.

Sono apparsi anche i modem multistandard in grado di funzionare, opportunamente guidati, con più standard di comunicazioni.

Oggigiorno i costruttori tendono a produrre modem conformi agli standard emanati dalla ITU-T ; i modem con standard "proprietari" sono più efficienti ma sono destinati all'incompatibilità con altri modem a meno che non si comunichi con un altro modem similare.

In realtà, i modem con standard proprietario, sono multistandard per cui prevedono anche il funzionamento secondo molti altri standard riconosciuti.

Lo standard proprietario V.FC, funzionante a 28800bps, fu introdotto dalle ditte Hayes e Rockwell ; successivamente è stato approvato dall'ITU-T lo standard V.34 praticamente identico al V.FC.

Passiamo in rassegna alcuni standard di comunicazione interessanti soprattutto sotto l'aspetto didattico.

5.12.1. ITU-T V.21

E' usato solo nei vecchi modem e in quelli moderni multistandard che si devono adeguare alla velocità del modem più lento.

Quando si stabilisce la comunicazione uno dei due modem è primario e l'altro è secondario.

La frequenza portante del modem primario è 1080Hz : lo zero logico è rappresentato dalla frequenza di 1180Hz, l'uno logico è rappresentato dalla frequenza di 980Hz.

La frequenza portante del modem secondario è 1750Hz : lo zero logico è rappresentato dalla frequenza di 1850Hz, l'uno logico è rappresentato dalla frequenza di 1650Hz.

Come si può notare, per la rappresentazione dello zero e dell'uno si aumenta o si diminuisce la frequenza portante di 100Hz.

Il demodulatore deve poter tollerare degli scarti di frequenza di 12Hz poiché il modulatore del modem trasmettitore ha una stabilità in frequenza di 6Hz e la linea produce, al più, uno scarto di frequenza di 6Hz.

La soglia del rivelatore della portante in ricezione è di -43dBm.

Si riassumono in tabella 7 le frequenze caratteristiche dello standard V.21.

In alcuni modem V.21 la maggior parte delle funzioni sono realizzate da un unico circuito integrato di notevole complessità. I componenti esterni da utilizzare svolgono funzioni particolari, ad esempio : filtro passa-banda, amplificatori di uscita, ecc. realizzati su alcuni integrati. In fig.32 si riporta la struttura del modem FSK MC145545 della Motorola funzionante a 300bps.
 

5.12.2. ITU-T V.23

E' previsto, però, un canale supervisore alla bassa velocità di 75bps che consente un full-duplex asimmetrico permettendo al modem ricevitore la trasmissione di informazioni di controllo simultaneamente ma a velocità più bassa.

Nella tabella 8 si mostrano i valori di frequenza della portante e dei livelli logici 0 e 1 nella trasmissione a 600bps, a 1200bps e del canale supervisore a 75bps.

La stabilità in frequenza del modulatore è di 10Hz e il massimo scarto in frequenza dovuto alla linea è di 6Hz. Il demodulatore, perciò, deve poter tollerare degli scarti di frequenza di 16Hz.

La soglia del rivelatore di portante, anche per questo modem, è di -43dBm.

5.12.3. ITU-T V.26

La sequenza di dati da trasmettere è suddivisa in coppie di bit (dibit) codificate con un salto di fase rispetto a quella della coppia di bit immediatamente precedente.

La rapidità di modulazione è di 1200baud per cui la velocità di trasmissione è 1200*2 = 2400 bps.

Nella tabella 9 si forniscono i valori delle coppie di bit e i relativi salti di fase rispetto a quelle della coppia di bit precedente.

La codifica B è quella più utilizzata poiché assicura un salto di fase per qualunque combinazione dibit.

La codifica A viene impiegata quando il modem V.26 si collega ad un modem V.27 bis poiché quest'ultimo, quando opera a 2400bps, utilizza la codifica A.

5.12.4. ITU-T V.29

La frequenza portante è 1700Hz 1Hz e la rapidità di modulazione è di 2400baud.

Alla velocità di trasmissione di 9600bps il modem utilizza la modulazione mista di fase e ampiezza a 16 livelli per cui il modulatore agisce su un gruppo di 4 bit : Q2 Q3 Q4 per generare 8 salti di fase e Q1 per l'attribuzione dell'ampiezza in funzione della fase secondo i due prospetti illustrati nella tabella 10.

In fig.33 si mostra il diagramma spaziale.

Il modem utilizza un equalizzatore automatico adattativo e può includere un multiplexer in modo da potersi comportare da modem multiporta. In tal caso il modem multiporta può collegarsi fino a 4 modem selezionando la velocità di trasmissione a 7200, 4800 e 2400bps. Ad esempio, può collegarsi a 4 modem a 2400bps (2400*4=9600), a tre modem di cui uno funzionante a 4800bps e gli altri due a 2400bps, a due modem a 4800bps ciascuno o uno a 7200bps e l'altro a 2400bps. Si noti che sommando le velocità dei modem collegati si ottiene sempre 9600bps.

5.12.5. ITU-T V.32 e V.32bis

Le velocità permesse sono 9600, 4800 e 2400bps.

Alla velocità di 9600bps vengono generati gruppi di 4 bit, poiché la rapidità di modulazione è di 2400baud, con una tecnica analoga a quella vista per il modem V.29.

In fig.34 a) si riporta il diagramma spaziale in cui ogni punto è individuato da 4 bit : i primi due individuano il quadrante di appartenenza e gli altri due la combinazione di fase e ampiezza.

In fig.34 b) i punti sono 32 e ciascuno è individuato da un gruppo di 5 bit anziché 4. Il bit supplementare, di ridondanza è impiegato per la correzione di errori ed è ottenuto da un codificatore di convoluzione.

Il codice così ottenuto è noto come codice Trellis.

a)

b) Fig. 34 Diagramma spaziale del modem V.32 a) con codifica non ridondante ; b) con codifica Trellis.

Il modem V.32 bis (febbraio 1991) è sostanzialmente identico al precedente con la differenza che la modulazione QAM è a 128 livelli (7 bit : 6 di dati più uno di ridondanza per la correzione automatica di errore col codice Trellis).

Poiché la rapidità di modulazione è 2400 baud, la velocità di trasmissione è : 2400*6=14400 bps.

Viene utilizzata la tecnica della cancellazione di eco per consentire il full-duplex su due fili con stessa portante per i due modem.

Consente la negoziazione che permette ai modem di cambiare automaticamente la velocità in qualsiasi istante e rapidamente.

5.12.6. ITU-T V.34 (ottobre 1994)

Utilizza la modulazione QAM con codice Trellis per la correzione automatica di errore e la tecnica della cancellazione di eco per consentire il full-duplex con stessa portante.

Supporta le velocità di 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16800, 19200, 24000, 26400 e 28800 bps con stessa velocità usata in entrambe le direzioni simultaneamente.

Il modem saggia le caratteristiche della linea (training), all'inizio della trasmissione, inviando all'altro un segnale predefinito : in base alla risposta ottenuta, tara l'equalizzatore adattativo per compensare le distorsioni.

Successivamente sono stati introdotti i protocolli:

• V34bis da 33600 bps.
• V90 da 56000 bps in ricezione e 33600 bps in trasmissione
• V92 da 56000 bps in ricezione e 33600 bps in trasmissione con possibilità di avviso durante la navigazione Internet nel caso si riceva una telefonata. E' possibile, quindi, rispondere alla alla chiamata fonica e successivamente tornare alla navigazione Internet senza dover rifare il numero.  
• ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line). Consiste nella possibilità di far viaggiare dati digitali anche sulla linea telefonica analogica con velocità tipica di 640 Kbps in ricezione e 128 Kbps in trasmissione, da cui il termine "Linea Digitale Asimmetrica". La linea fonica è separata da quella digitale per cui è possibile inoltrare e ricevere telefonate contemporaneamente alla navigazione in Internet. I fornitori d'accesso ad Internet propongono svariate soluzioni rivolte all'utente privato e alle aziende con reti locali con prezzi diversificati in funzione delle prestazioni offerte. Nella maggior parte dei casi la spesa per la connessione ADSL è limitata al sono canone mensile per cui è possibile disporre di una connettività 24ore su 24 senza ulteriori spese.  Per la connessione ADSL è necessario un particolare adattatore (spesso erroneamente denominato modem) e dei filtri per poter separare la linea fonica da quella digitale. L'adattatore ed il filtro sono forniti dal gestore di telefonia dal quale ci siamo serviti. 

Gli standard V90, V92 e, soprattutto, l'ADSL nelle zone coperte da tale servizio, hanno reso meno conveniente il collegamento numerico ISDN che obbliga l'utente al pagamento di due canoni poiché costituito da due canali telefonici.

Si riassumono nella tabella 11 le caratteristiche salienti dei modem fonici e in banda base.

Le raccomandazioni M.1020 e M.1025 forniscono le maschere relative alla distorsione di ampiezza, al ritardo di gruppo e rumore impulsivo delle linee di qualità speciale impiegate per la trasmissione dati.
 

5.13. Caratteristiche tecniche di un modem fonico commerciale

La comunicazione tra i due DCE è di 56000 bps mentre quella tra DCE e DTE può portarsi fino a 230400. Infatti il modem trasmettitore riceve i dati dal DTE con una velocità massima teorica di 115200 bps e li comprime con un algoritmo avente massima efficienza di compressione 4 :1.

I dati compressi elaborati dallo scrambler e modulati viaggiano nella linea telefonica a 56000 bps. Il modem ricevitore esegue il processo inverso: demodula il segnale, sottopone i bit generati al descrambler e li decomprime per inviarli alla massima velocità di 230400 bps al DTE ricevitore.

Ovviamente, queste caratteristiche sono garantite a patto che entrambi i modem consentano le stesse prestazioni, che i file siano comprimibili, che la linea telefonica non sia disturbata e che il flusso di dati sia continuo (si veda la gestione del traffico di dati nella rete Internet).

Negli ultimi anni tutte queste condizioni si sono rese facilmente realizzabili. Quasi tutti i modem moderni sono dotati di una sezione che li fa funzionare da fax. Il costruttore fornisce in dotazione il software che facilita l'uso del modem e del fax anche all'utente non tecnico evitando lo studio dei comandi AT.

Si riportano, a titolo d'esempio, le caratteristiche tecniche di un modem-fax esterno commerciale a 28800 bps.

-Compatibilita' :STANDARD ITU V21, V22, V22bis, V23, V27ter, V29, V17, V32, V32bis, V34;

-Protocolli di correzione/compressione :MNP 2-4,V42,MNP5,V42bis,MNP10
-Modalita' di trasmissione :FULL DUPLEX
-Set di comandi :HAYES ESTESO
-Velocita' di trasmissione :300-28.800 BPS
-Velocita' DTE :300-115.200 BPS
-Seriali gestite :COM1,COM2,COM3,COM4
-Modalita' operative :ORIGINATE, AUTOANSWER
-Soglia di ricezione :-46dBm
-Interfaccia di comunicazione :RS-232
-Indicatori sul frontale :HS,AA,CD,OH,RD,SD,TR,MR
-Alimentazione :Tramite Alimentatore 12 VAC
-Assorbimento :< 5 W
-Connettori :TELEFONO, LINEA, SERIALE, ALIMENTAZIONE
-Funzione voce :NO
-Protocolli fax :ITU V27ter,V29,V17,G3 CLASSE 1 E 2
-Gestione fax :TRAMITE SOFTWARE IN TX E RX
-Velocita' modo fax :4.800-14.400 BPS
-Dimensioni :3.5 x 14 x 17.5 cm
GARANZIA: 1 anno

ACCESSORI PRESENTI NELLA CONFEZIONE: -Nr. 1 modem tavolo -Nr. 1 alimentatore 220 Vac / 12 Vac -Nr. 1 cavetto linea telefonica -Nr. 1 manuale modem -Software TRIO DATAFAX Lite e TRIO DATACOMM Lite (DOS e WINDOWS) 

5.14. Modem a larga banda

Lo standard V.35 consente velocità di 48Kbps.

Il modem è dotato di uno scrambler e descrambler e, opzionalmente, di un canale fonico compreso nella banda 104-108KHz.

Lo standard V.36 ha le stesse caratteristiche dello standard V.35 ma consente velocità di 48, 56, 64 e 72 Kbps.

Infine lo standard V.37, anch'esso con le stesse caratteristiche del V.35, è il più veloce potendo operare a 96, 112, 128 e 144 Kbps.

5.15. Modem in banda base

Il collegamento può essere sincrono o asincrono e le velocità consentite sono 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 e 19200 bps. I modem in banda base più recenti consentono velocità fino a 96000 bps.

Il segnale digitale non viene modulato da una portante analogica ma subisce una conversione di codice. L'informazione numerica così ottenuta è trasmessa in linea.

La conversione di codice consente di evitare il trasferimento nella rete telefonica di eventuali lunghe sequenze di zeri o di uni. Se così fosse si avrebbe difficoltà nell'estrarre il clock dal segnale e nella distinzione dei due livelli logici per la presenza di eventuali circuiti traslatori sulla linea che eliminano la componente continua.

Tra le codifiche più utilizzate ricordiamo quella bifase, nota come codice Manchester, il codice bifase differenziale e il codice di Miller, noto come codice a modulazione di ritardo.

Il codice Manchester fornisce in uscita il NOR esclusivo (circuito di coincidenza) tra il clock ricevuto dal modem sulla linea C114 e il dato trasmesso dal DTE sulla linea C103. In presenza di lunghe sequenze di bit identici, l'uscita del codificatore bifase coincide col clock o con il suo negato e quindi varia nel tempo.

Il codice bifase differenziale produce una variazione di fase di 180° rispetto al periodo di clock precedente se il bit di ingresso vale 1, viceversa non produce alcuna variazione di fase. In un periodo, l'uscita del codice bifase differenziale coincide col clock o col suo negato. E' impiegato nei modem in banda base.

Il codice di Miller determina in uscita una transizione al "centro" del simbolo zero e nel passaggio tra i simboli uno adiacenti.

In fig.35 si mostra la tempificazione dei tre tipi di codici esaminati. La prima forma d'onda è il clock, la seconda è il dato ricevuto dal modem e le ultime tre rappresentano il segnale codificato da trasmettere in linea. Le linee sono rappresentate in forma bipolare e in logica negativa come previsto dallo standard RS-232C.

La relativa elevata velocità che questo tipo di modem consente nella tratta utente-utente, dipende dal fatto che il segnale non incontra apparecchiature di multiplazione in cui avviene la limitazione di banda nella fascia 300-3400Hz.

Le attenuazioni e le distorsioni del doppino telefonico limitano la distanza di esercizio.

L'impiego di equalizzatori ed amplificatori nel modem consentono di aumentare le distanze raggiungibili.

5.16. Misure numeriche sui modem

5.16.1. Tasso d'errore

La raccomandazione V.52 dell'ITU-T, a tale proposito, impone l'inoltro in linea di una sequenza ripetitiva di 511 bit pseudocasuali tra i due DTE.

La sequenza, detta anche pseudo-random (PR), è ottenuta dall'uscita seriale SO (Serial Output) di un generatore di sequenze realizzato da un registro a scorrimento a 9 bit al cui ingresso seriale SI (Serial Input) è applicato l'OR esclusivo tra l'uscita del quinto e nono bit del registro:

 

Come è noto dalla teoria sui generatori di sequenze pseudocasuali con registri a scorrimento e OR esclusivi, la lunghezza della sequenza ripetitiva prelevabile sull'uscita seriale del registro, ovvero sull'ultimo flip-flop, è :

    ove n rappresenta il numero di flip-flop del registro purché lo stato iniziale di quest'ultimo sia diverso dalla configurazione a tutti 0.

In fig. 36 si mostra lo schema elettrico di tale circuito.

Il ricevitore confronta i bit pervenuti con la stessa sequenza generata localmente.
I bit discordanti sono considerati errati e incrementano un contatore.
Un'altra misura realizzabile si riferisce agli interi blocchi di 511 bit.
Il tasso d'errore riferito ai blocchi è il rapporto tra il numero di blocchi ricevuti errati e il numero totale dei blocchi trasmessi. Dai due tassi di errore si possono ricavare informazioni sulla natura degli stessi errori.
Se il numero di bit errati è paragonabile al numero dei blocchi errati ci si trova, con tutta probabilità, davanti ad errori sistematici.
Se, invece, il numero di bit errati è concentrato in uno o pochi blocchi, gli errori sono accidentali.
Le due misure devono essere realizzate contemporaneamente e nelle ore di maggior traffico telefonico in modo da ritrovarsi nelle condizioni più critiche.
L'intervallo di tempo in cui effettuare le due misure non deve essere inferiore a 15 minuti. Il tasso d'errore percentuale non deve superare valori intorno a 0.01%. Gli strumenti che eseguono queste misure sono i "data tester".

In fig.37 si mostra il collegamento per la misura normalizzata del tasso d'errore.

Questo tipo di misura di effettua raramente poiché richiede la presenza di due operatori alle estremità A e B della linea.

Se la linea è a 4 fili è possibile controllare il tasso di errore nei due sensi di trasmissione.

5.16.2 Distorsione

• distorsione isocrona;
• distorsione di disimmetria.

ove:

T₁ è la durata del bit 1 ;
T₀ è la durata del bit 0 ;
T_n è la durata nominale del bit.

La misura è realizzata inviando un clock ad onda quadra, cioè una sequenza alternata di 0 e 1. In fig.38 si mostra la tempificazione di una sequenza di dati ideale, con distorsione isocrona e distorsione di disimmetria.

5.17. Loop di prova

I loop consentono l'esecuzione di misure analogiche e digitali sia sugli apparati locali che remoti al fine di una semplice manutenzione.

I loop previsti dalle normative vengono numerate da 1 a 4.

Si faccia riferimento alla fig.39 per la comprensione del raggio d'azione del loop considerato.

5.17.1. Loop 1

Le linee interessate sono :

• C103 (TxD) collegata internamente al DTE alla linea C104 (RxD) e verso il modem nello stato 1;
• C105 (RTS) nello stato OFF;
• C108 (DTR) nello stato in cui si trovava prima del loop.

5.17.2. Loop 2

Le linee interessate sono :

• C103 (TxD) e C104(RxD) collegate tra loro internamente nel DCE 2;
• C109 (DCD) e C105 (RTS) collegate tra loro internamente nel DCE 2;
• C115 (RC=clock di ricezione) e C113 (DA=clock di trasmissione dal DTE) collegate tra loro internamente nel DCE 2;
• C107 (DSR), C106 (CTS) e C109 (DCD) verso il DTE sono posti nello stato OFF;
• C114 (TC=clock di trasmissione dal modem) verso il DTE è posto ad 1.

5.17.3. Loop 3

5.17.4. Loop 4

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