Short-range модемы или модемы "последней мили" - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных, на сравнительно коротких расстояниях. Например: внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Но в последнее время в связи с вытеснением межстанционных медных магистралей ИКМ-трактами, возможность провести прямую линию абоненту в разных районах города (разные АТС) становиться проблемой. Иногда это решается проведением магистралей между распределительными шкафами, а иногда ни каких вариантов кроме ввода в ИКМ-тракт нет. Это наталкивает операторов связи на внедрение современных технологий цифровых сетей.

Электронные АТС.

В представлении абонента электронные или цифровые АТС - это что-то такое ультрасовременное и недоступное. Хотя в Томске уже более 100000 абонентов обслуживаются именно электронными АТС. Ключевое отличие электронных станций от механических в методе и среде коммутации абонентов.

Механические АТС коммутируют аналоговые линии контактными площадками, управляемыми электромагнитным приводом, в то время как электронные коммутируют пространственно-временными манипуляциями цифровых потоков.

Как видно из рисунка аналоговый сигнал от абонента приходит в абонентский комплект, где объединяется с входным потоком и после эхокомпенсации преобразуется с помощью АЦП в цифровой поток 64 кбит/с. Входной поток аналогично преобразовывается и поступает абоненту (см. рис.).

Важно заметить, что при коммутации теперь происходит не механическое соединение-разъединение, а манипуляция цифровым потоком во внутриканальном пространстве и распределение этого потока в выделенные интервалы передачи. За счет этого электронные АТС имеют идеальное качество «контакта» и благодаря использованию цифровых технологий «шум станции» на линию не проходит. Однако есть и обратная сторона медали: «шум квантования».

Шум вызван квантованием аналоговых сигналов, необходимый для преобразования аналогового сигнала в цифру перед отправкой по телефонной сети. Входящий аналоговый сигнал изменяется 8000 раз в секунду, и каждый раз его амплитуда записывается как Пульсовый Код Модуляции (Pulse Code Modulation - PCM). Cэмплирующая система использует 256 дискретных 8-битных PCM кодов. Так как аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой код - дискретен, цифровой поток, передаваемый по телефонной сети, воссоздаются на другом конце в приблизительно соответствующий им аналоговый исходный сигнал. Разница между оригинальным сигналом и воссозданным - есть шум квантования, который ограничивает скорость модемов. Шум квантования ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c (по теореме Шенона). Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом.

Подводя итог вышесказанному можно сделать вывод: любое абонентское соединение (телефонный разговор) после входа на станцию межстанционные магистрали нагружаются на 64кбит/с, и если учесть, что максимальная скорость соединения модемов через коммутируемую линию равна 33,6 кбит/с, то КПД такого соединения равно 52%. Причем реально на такой скорости обмена не происходит, это только скорость соединения.

Проблема «последней мили»

Эта проблема была всегда, но на разных этапах развития Телефонных сетей общего пользования (ТСОП) она встает по-разному. Вообще понятие «последняя миля» - включает в себя все технологии, кабельные системы и строительные сооружения, с помощью которых ТСОП «дотягивается» до абонента от своего станционного оборудования (АТС, Выносной модуль, Кросс). В данном случае на фоне реорганизованных межстанционных магистралей и высококачественных электронных АТС, проблема «последней мили» делится на 2 части. Во-первых, низкокачественная абонентская проводка, и многопарные магистрали распределительных шкафов, подверженные перекрестным помехам и воздействиям окружающей среды. Во-вторых, использование в абонентской проводке аналоговых сигналов, а во внутристанционном оборудовании цифровых, усложняет схемы абонентских комплектов и понижает эффективность соединения. В последнем случае эффективность 52% мала, но на механических АТС, с применением ИКМ-трактов, она еще ниже.

Эффективность соединений повысится да же если решить только часть проблемы, допустим проводкой оптических линий в каждый дом или применение уже имеющихся высокочастотных СКС (Структурированных Кабельных Систем) кабельного телевидения. Но это доступно не для всех районов, а проводка новых требует больших затрат, и при тяжелом экономическом положении в нашей стране, недоступно абоненту. Решений второй части проблемы может быть несколько.

Стандарт V90 или скорости более 33,6 кбит/с.

Как уже упоминалось «шум квантования» ограничивает скорость приблизительно до 35кбит/c (теорема Шенона). Но шум проявляется только при аналого-цифровом преобразовании, а не при цифро-аналоговом. Это и есть основная идея технологии V90, если не существует аналого-цифровых преобразований между серверным модемом и телефонной сетью, и, если подключенный по цифровому каналу передатчик, использует только 255 дискретных уровней сигнала, тогда эта цифровая информация достигает клиентского модема без искажений и потерь данных.

Основные принципы функционирования соединения V90:

1. Сервер соединяется в большинстве случаев по цифровому каналу к телефонной линии.

2. Сервер использует только 256 PCM коды. Иными словами, нет шума квантования, вызванного аналого-цифровыми преобразованиями.

3. Эти PCM коды преобразовываются в соответствующий дискретный аналоговый сигнал и посылаются клиентскому модему по аналоговой линии. Потерь информации нет.

4. Клиентский приемник воссоздает дискретный PCM код из аналогового принятого сигнала.

Асимметричные V90 соединения используют один двунаправленный канал, восходящий и нисходящий. Нисходящий канал (принимающий на клиентской стороне) способен развивать большие скорости, так как не происходит потери информации при цифро-аналоговом преобразовании. Восходящий же канал претерпевает аналогово-цифровое преобразование, которое и ограничивает скорость к провайдеру скоростями протокола V.34.

Как уже было отмечено, данные от цифрового V.90 модема посылаются по телефонной сети в виде двоичных кодов. Но, чтобы удовлетворить условию 2 (см. выше) цифровой V.90 модем передает данные (8 бит каждый раз) клиентскому аналого-цифровому конвертору с той же частотой, что и телефонная сеть (8000Гц).

Это означает, что символьная скорость модема (Symbol Rate) должна быть равна частоте телефонной сети. Соединение V.90 В процессе установления соединения, V.90 модемы испытывают телефонную линию на предмет нахождения нисходящих аналого-цифровых преобразователей. Если модем находит их, он дальше проводит соединение на протоколе V.34. Аналогичная ситуация происходит в том случае, если модем на другом конце линии не является V.90 модемом. Задача клиентского модема заключается в опознании 256 потенциальных сигналов и восстановление 8000 PCM кодов в секунду. Если бы ему это удалось, скорость от сервера к клиенту составляла бы 64кбит/c (8000х8 бит в каждом коде). Но, как выяснилось, несколько проблем мешают использованию такой скорости.