Что такое модем и как он работает. Назначение, разновидности и принципы работы модемов. Что представляет собой голосовой модем

31.10.2021

Модем - это устройство, которое позволяет обменеваться данными по телефонной линии.

Модем - это устройство, которое позволяет обменеваться данными по телефонной линии.

Если компьютеры расположенны слишком далеко и их нельзя соеденить стандартным сетевым кабелем, связь между ними осуществляется с помощью модема. В сетевой среде модемы служат для соеденения отдельных сетей между собой или между ЛВС и остальным миром. Осуществлять связь напрямую через телефонную линию компьютеры не могут, так как обмениваются данными с помощью цифровых электронных импульсов, а по телефонной линии можно передавать только аналоговые сигналы (звуки).

Цифровой сигнал может принимать лишь два значения - 0 или 1. Аналоговый сигнал- это плавная кривая, которая может иметь бесконечное множество значений. Модем на передающей стороне преобразует цифровые сигналы в аналоговые и передаёт их по телефонной линии. Модем на принимающей стороне преобразует приходящие аналоговые сигналы в цифровые для компьютера - получателя. Другими словами передающий модем модулирует цифровой сигнал в аналоговый, а принимающий модем демодулирует аналоговыйсигнал в цифровой.

Аппаратное обеспечение модемов

Модемы имеют два стандартных физических интерфейса:

Последовательный интерфейс передачи данных (RS-232)

Интерфейс с телефонной линией RG-11(четырёхконтактный телефонный разъём)

Существуют внутренние и внешние модемы. Внутренние модемы устанавливаются в слоты расширения на материнской плате подобно другим платам.

Внешний модем представляет собой коробочку, подключаемую к компьютеру с помощью последовательного (RS-232) кабеля. Этот кабель соеденяет последовательный порт компьютера с тем разъёмом модема, который предназначен для связи с компьютером. Для подключения модема к телефонной линии используется кабель с разъёмом RG-11.

Стандарты модемов

Промышленные стандарты существуют практически для каждой области сетевых технологий и модемы не являются исключением. Стандарты обеспечивают взаимодействие модемов от разных производителей. Спецификации, известные как V-серии, включают номер стандарта. Иногда включается так же слово "bis". Оно указывает, что данный стандарт- пересмооьренная версия более раннего стандарта. Если в названии присутствует слово "terbo" это означает, что второй-"bis" стандарт так же был модифицирован.

Производительность модема

Изначально скорость модемов измерялась в битах в секунду или в единицах, называемых "бод".Многии путали их, считая что они обозначают одно и то же. На самом деле бод относится к частоте осцилляций звуковой волны, переносящих биты данных по телефонной линии. В начале 1980-х годов скорость в бодов равнялась скорости передачи модемов. Затем инженеры разработали методы сжатия и кодирования информации. В результате каждая модуляция звука могла переносить больше одного бита информации, следовательно скороость передачи в битах в секунду может быть больше, чем скорость в бодах, поэтому необходимо сначало обратить внимание на скорость в битах в секунду, а затем в бодах. Например модем на скорости 28800бод в действительности может передавать данные со скоростью 115200 бит/c. Cовременные модемы имеют такие индустриальные стандарты сжатия данных как V.42bis/MNP5, и имеют скорость передачи данных 57600 бит/c, а некоторые-76800 бит/c.

Типы модемов

Существуют разные типы модемов, так как существуют разные среды передачи, для которых требуется разные методы передачи. Эти типы можно грубо разделить, взяв за основу критерий синхронизации связи. Связь бывает асинхронная и синхронная. Тип модема будет зависить от среды и от назначения сети.

Асинхронная связь

Асинхронная связь- самая распространённая форма передачи данных. Причина такой популярности заключается в использовании этим методом стандартных телефонных линий. При асинхронной передаче данные передаются последовательным потоком. Каждый символ- буква, число или знак раскладывается в последовательность битов. Каждая такая последовательность отделяется от другой стартовым и стоповым битом. Передающее и принимающее устройства должны согласовывать последовательность стартовых и стоповых битов. Связь этого типа не синхронизируется, передающий компьютер передаёт, а принимающий получает без координации взаимодействия устройств. Затем принимающий компьютер проверяет полученные данные на наличие ошибок и принимает следующий блок информации. 25% трафика уходит на передачу согласующей информации.

Контроль ошибок

Вероятность ошибок никогда не исключена, поэтому в асинхронной передаче используется специальный бит-бит чётности Схема проверки и коррекции ошибок, которая его применяет называется контролем чётности. При контроле чётности количество посланных и принятых единичных битов должно совпадать.

Стандарт модемов V.32 не предусматривал контроль ошибок. Чтобы решить эту проблему, компания Microcom создала собственный стандарт асинхронного контроля ошибок данных, который был назван Microcom Network Protocol (MNP). Этот метод оказался настолько удачным, что и другие компании заимствовали не только начальную версию его, но и другие версии, называемые классами. В настоящее время используется MNP классов 2,3, и 4.

В 1989 г. комитет CCITT опубликовал схему асинхронного контроля ошибок, названную V.42. Этот стандарт аппаратной коррекции ошибок включает в себя два протокола. Основная схема контроля ошибок- это Link Acces Procedure for Modem (LAPM), однако V.42 так же использует MNP4. Протокол LAPM используется для соеденения модемов по стандарту V.42, однако если один из модемов поддерживает только стандарт MNP4, будет использоватся MNP4.

Увеличение скорости передачи

Алгоритм коррекции/сжатия

При передаче информации с использованием протокола коррекции (MNP4, v.42) происходит обрезание 10 бит, полученных из компьютера, до 8-ми информационных (удаляются стартовый и стоповый биты) (10 бит = старт_бит + 8 информационных + стоп_бит - см. Асинхронный протокол RS232). И наоборот, при получении из линии 8-ми информационных бит модем их преобразует в 10 и передает в компьютер. Таким образом по линии идет информации меньше, чем модем получил из компьютера. Но это еще не все. При использовании протокола сжатия (MNP5, v.42bis) происходит еще и уменьшение объема полезной информации, так что от тех 10-ти бит, что модем получил от компьютера, в линию (и на удаленный модем) попадет от них только часть...

На производительность канала связи оказывают влияние два фактора:
Cкорость канала- характиризует, насколько быстро биты кодируются и передаються по каналу связи
Пропускная способность- характиризуют долю полезной информации, передаваемой по каналу
Скорость передачи и пропускная способность не одно и то же. За счёт сжатия данных можно увеличить пропускную способность- сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счёт удаления избыточных элементов и пустых участков). Один из распространёных протоколов сжатия данных является MNP5- время передачи может быть сокращенно наполовину

При использовании стандарта V.42bis можно добиться наибольшей производительности, так как он описывает аппаратную реализацию непрерывного сжатия информации. Пропускная способность на скорости 9600бит/с может достигать 38400бит/c.В настоящее используются такие высокоскоростные протоколы, как х2 и V.90.

Комбинирование стандартов

Для увеличения производительности используют комбинацию протоколов передачи данных и коррекции ошибок. Например при асинхронной передаче хорошие результаты даюёт комбинация:
V.32bis- передача
V.42-коррекция ошибок
V.42bis-cжатие

Cинхронная связь

Синхронная связь основанна на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. Её цель- выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называются кадрами. Для установления синхронизации и проверки правильности её работы используются специальные символы. Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинаются в начале другого. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. В случае ошибки синхронная схема распознования и коррекции ошибок повторяет передачу кадра.

Синхронные протоколы выполняют следующие действия, не предусмотренные асинхронными протоколами:

Разбивают данные на блоки
Добавляют управляющую информацию
Проверяет данные на наличие ошибок

Основные протоколы синхронной передачи:

SDLC-протокол синхронного управления каналом
HDLC-протокол высококровнего управления каналом
BISYNC-протокол двоичной синхронизированной связи

Синхронная связь используется, в основном, на выделенных цифровых линиях, и в домашних условиях, как правило, не применяется.

С них началась новая эра, коммуникаций и сыграли основную роль в развитии Интернета. Речь пойдет о модемах .

Модем (modem) - (сокр. от модулятор-демодулятор) - устройство, которое за счет модуляции и демодуляции сигналов передает цифровые данные через аналоговые каналы - в основном телефонные провода.

Таким образом, модем преобразует один типа сигнала в другой. При помощи модуляции осуществляется изменение одной или нескольких характеристики аналогового сигнала: амплитуда, частота, фаза. Демодулятор осуществляет обратную функцию. В настоящее время модемы ассоциируются с сетью Интернет. Они используются для связи с провайдером по различным каналам (телефонные линии, линии Кабельного ТВ, базовые станции мобильных операторов). Т.е. модем выступает в роли своеобразного моста, т.к. в телефонных линиях возможен только аналоговый сигнал, а компьютер воспринимает только цифровой сигнал.

История модемов.

Первые цифровые модемы начали разрабатываться еще в 50-х годах в Северной Америке с целью преобразования сигналов для ПВО. Модемы использовались для передачи данных по обычным телефонным сетям. В 1962 году первый коммерческий модем , был создан фирмой AT&T. Это была модель Bell Dataphone 103 . Скорость передачи данных по телефонной линии составляла 300 бит/с.

Впоследствии скорость модемов прошла через такие величины, как 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с. Скорость модемов увеличилась до 14,4 кб/сек только к 1991 году. В 1994 году она достигла 28,8 кб/сек. Следующий порог скорости - 33,6 кб/сек., что стало пределом для телефонной сети. В 1996 году появляется 56K модем, изобретенный компанией Dr. Brent Townshend , что дало дальнейшее развитие модемам . Однкако, вернемся в 70-е гг. В 1977 году был изобретен первый модем для персонального компьютера - 80-103A . Это был настоящий успех. Позднее был ряд других моделей, это была компания Hayes Microcomputer Products.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем ставший легендарным - Smartmodem 300 б/сек. Для него была разработана специальная система команд, которая используется сейчас. Затем разворачивается настоящая гонка за скоростями и ценами модемов . Лидирующее место занимает компания U.S. Robotics . Она выпускает целую серию модемов Courier : начиная в 1986 г с модели Courier HST - 9600 б/сек.

**Типы и виды модемов .**

По конструктивному исполнению модемы бывают:

внутренние модемы – находится внутри устройства, у них отсутствует свой блок питания.
внешние модемы – имеют собственный корпус и блок питания, подключаются к компьютеру через кабель, имеют свои индикаторы;


Внутрениие модемы

По принципу работы :

аппаратные - все операции преобразования сигнала осуществляет сам модем ;
программные - все операции преобразования сигнала реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера;

По виду соединения :

аналоговый модемы– работают через обычную телефонную сеть;
кабельные модемы – используют для подключения к Интернету обычный телевизионный кабель, либо коаксиальный кабель;

радио-модемы позволяют пользователю работать с сетью через радио-эфир;
сотовые модемы - работают по протоколам сотовой связи - GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелока;
ADSL модемы – новое поколение модемов, также работают с телефонной сетью, однако, в отличие от аналоговых, используют свой диапазон.

Трудно себе представить персональный компьютер без возможности доступа в интернет. Интернет является средой, где аккумулируется большой обьем информации, полноценный доступ к которой доступен только при использовании модема. Модем это устройство, которое является мостом между компьютером и этой информацией. Модем - это устройство для передачи данных по обычным телефонным линиям, служащее для связи двух компьютеров. Само слово "модем" является сокращением oт "модулятор-демодулятор". Все телефонные линии, как правило, работают с аналоговые сигналом, а компьютер, - с цифровым. Поэтому основной функцией модема можно считать преобразование цифрового сигнала компьютера в аналоговый телефонной линии и наоборот.

Подключение модема

Модемы к компьютеру могут подключаться через последовательный интерфейс RS-232, параллельный интерфейс и USB интерфейс. Подключение к телефонной линии производится посредством кабеля RJ11. На практике подключение чаще осуществляется через последовательный интерфейс порт COM2 т. к. СОМ1 чаще всего бывает, занят другими устройствами, например "мышкой".

Конфигурация портов:

СОМ 1 привязан к IRQ 4 (3F8-3FF).

СОМ 2 привязан к IRQ 3 (2F8-2FF).

СОМ 3 привязан к IRQ 4 (3E8-3FF).

СОМ 4 привязан к IRQ 3 (2E8-2EF).

Подключив модем к СОМ-поргу и назначив IRQ, обязательно нужно проверить другие устройства на предмет наличия у них тех же последовательных портов и прерываний.

Настройка модема на тот или иной порт и прерывание (IRQ), обычно осуществляется с помощью джамперов, переключателей или программным путем. Общие сведения

Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом протоколом и направляются в телефонную линию. Модем-приемник провайдера, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким образом, для обеспечения устойчивой связи необходимо, чтобы ваш модем поддерживал общий протокол, был подключен непосредственно к компьютеру, а линия связи по своим параметрам могла пропускать модулированные сигналы.

Физически в модемах все это реализовано достаточно просто сигнал представляет собой несущую (синусоиду опр. частоты), дискретно промоделированную по фазе и амплитуде, т. е. друг за другом идут фрагменты этой синусоиды с разными амплитудами (возможно несколько фиксированных значений) и сдвигом фазы относительно предыдущего фрагмента (рис. 1).

Стандарты модуляции

Для передачи данных с помощью модемов используется модуляция. Чтобы передающее и принимающее устройства "понимали" друг друга, они должны использовать один и тот же метод модуляции. Как правило, при различных скоростях передачи данных используются разные методы модуляции, но иногда передача данных с одной и той, же скоростью тоже может осуществляться с помощью различных методов модуляции.

При передаче данных отправляющий модем преобразует цифровые данные в аналоговый сигнал, который передается по телефонной линии. Принимающий модем выполняет обратное преобразование - из аналоговой формы в цифровую

Виды модуляции

Частотная модуляция. Когда нули передаются сигналом одной частоты, а единицы - другой, мы имеем дело с частотной модуляцией (ЧМ). Частотная модуляция реализуется наиболее просто и работает весьма надежно, однако имеет естественный предел, связанный с тем, что полоса пропускания телефонного канала очень мала. Теоретически она составляет всего 4 кГц, но из-за того, что в начале и конце полосы пропускания велики нелинейные искажения, реально доступен диапазон от 300 Гц до 3400 Гц. А это означает, что даже если весь период сигнала отдать одному биту, то скорость передачи не может превысить половины полосы пропускания. Поэтому если бы в моде мах использовалась только частотная модуляция, то они и по сей день работали бы со скоростью 1200-1500 бит в секунду. Зато на малых скоростях частотная модуляция работает весьма надежно. Этот вид модуляции был закреплен стандартом V.21 и применялся в ранних модемах, хотя не забыт и сегодня. Именно в таком режиме современные модемы начинают свою работу. Выходя на связь, модем еще "не знает", какими свойствами обладает его партнер, и двум модемам нужен какой-то переговорный процесс для согласования параметров дальнейшей работы. Поэтому в первый момент модемы обмениваются посылками нанизкой скорости, модулированными по частоте.

Амплитудная модуляция. Если нули передаются сигналами одной громкости, а единицы - другой, то это амплитудная модуляция (AM). Технически создать амплитудную модуляцию еще проще, чем частотную, но надежность передачи при этом мала, поэтому амплитудную модуляцию используют весьма ограниченно. В современных модемах ее сочетают с фазовой модуляцией для того, чтобы передать больше информации (более одного бита данных) в одном периоде сигнала.

Фазовая и фазоразностная модуляция Метод фазовой модуляции (ФМ) основан на том, что если два гармонических (синусоидальных) сигнала имеют сдвиг по фазе, то его можно обнаружить, замерить и использовать для передачи данных (рис. 2).

Рис. 2. Сдвиг по фазе двух сигналов на 90°

Хотя в телефонных сетях есть устройства, способные исказить фазу сигнала, тем не менее, этот метод модуляции позволяет более уверенно выделять полезные данные на фоне шума, чем амплитудная и частотная модуляция. Разумеется, этот вывод относится только к тому диапазон у звуковых частот, который характерен для телефонных сетей.

С помощью фазовой модуляции можно закодировать в одном периоде сигнала несколько бит информации. Например, сдвигу в 0° можно присвоить двухбитное значение 00, сдвигу в 90° - значение 01, сдвигу в 180° - значение 10, а сдвигу в 270° - значение 11.

Обратите внимание на то, что сдвиг по фазе для одного сигнала не имеет смысла - обязательно нужна пара сигналов, чтобы было, что сравнивать. В модемах замеряется сдвиг по фазе очередного сигнала относительно предыдущего. Таким образом, играет роль не то, какая у данного сигнала фаза, а какой переход произошел в фазе при приеме очередного сигнала. Если предыдущий сигнал имел фазу 0°, а последующий - фазу 90°, то это то же самое, что переход от 180° к 270° и, соответственно, то же, что переход от 270° к 0°. Поэтому фазовую модуляцию еще очень часто называют фазоразностной модуляцией. Этим подчеркивают, что измеряют не фазу, а разность фаз между двумя последовательными сигналами и по ней определяют, какие были переданы данные.

Основные характеристики модема

Любое компьютерное устройство, имеет свои характеристики. К основным характеристикам модема (рис. 3) относятся:

Максимальная скорость передачи данных, измеряемая в Кбит /сек или бод;

Поддерживаемые протоколы работы;

Возможность работы модема как факса;

Протоколы передачи данных

Скорость передачи модема также зависит от протоколов, с которыми он умеет работать. Протокол передачи данных - это определенный стандарт, по которому модемы взаимодействуют друг с другом. Каждый протокол выполняет определенное действие. Например, один отвечает за коррекцию ошибок во время обмена данными, другой - за метод сжатия данных (позволяет при передаче данных производить их сжатие, что уменьшает время передачи) и т. д. Все протоколы можно разбить на четыре группы:

протоколы взаимодействия и модуляции;
протоколы сжатия данных;
протоколы коррекции ошибок.

В протоколах взаимодействия описан порядок взаимодействия модемов между собой. Е них указывается, что должен сообщить о себе вызывающий модем, и что должен ответить вызываемый модем. Согласно протоколу взаимодействия оба модема вступают в диалог и обмениваются параметрами, необходимыми для создания надежного и максимально производительного соединения.

Модем (акроним, составленный из слов мод улятор- дем одулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию, то есть изменяет характеристики несущего сигнала в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Типы модемов:

По исполнению:

Внешние — подключаются к COM или USB порту, обычно имеют внешний блок питания (существуют USB-модемы, питающиеся от USB и LPT-модемы).

Внутренние — устанавливаются внутрь компьютера в слот ISA, PCI, PCMCIA, AMR, CNR

Встроенные — являются внутренней частью устройства, например ноутбука или док-станции.

По принципу работы:

Аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

Винмодемы — аппаратные модемы, лишённые ПЗУ с микропрограммой. Микропрограмма такого модема хранится в памяти компьютера, к которому подключён модем. Работоспособен только при наличии драйверов, которые обычно писались исключительно под операционные системы семейства MS Windows.

Полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

Программные (Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB).

По типу:

Аналоговые — наиболее распространённый тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий

ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Основная статья: Беспроводной модем

Спутниковые

PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Наиболее распространены в настоящее время:

Внутренний программный модем

Встроенные в ноутбуки модемы.

Внешний аппаратный модем

Основные элементы модема

Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

Контроллер управляет обменом с компьютером.

Микросхемы памяти: ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Модемы с дополнительными возможностями

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Это позволяет осуществить:

Использование такого модема в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.

История

Компания AT&T Dataphone Modems в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы) в 50-х годах. Она cоединяла терминалы на различных воздушных базах, радарах и контрольных центрах с командными центрами SAGE, разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала выделенные линии связи, но устройства на каждом из концов этих линий были такими же по принципу как современные модемы.

Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство компании Hayes Microcomputer Products, которая в 1979 году выпустила Micromodem II для персонального компьютера Apple II. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 б/сек.

В 1981 году фирма Hayes выпустила модем Smartmodem 300 б/сек, система команд которого стала стандартом де-факто.

К четвертому поколению сетей мобильной связи относятся стандарты беспроводной передачи данных со скоростью свыше 100 Мбит/с . На данный момент официально признанными являются 2 технологии: LTE-A и WiMAX 2, признанные в конце 2012 года Международным союзом электросвязи в Женеве. В настоящее время операторы «большой тройки»: Мегафон, Билайн и МТС предоставляют услуги высокоскоростного 4G интернета для мобильных устройств, а также предлагают свои 4G модемы. Из рекламных буклетов на неподготовленного пользователя часто обрушивается вал различной, и зачастую противоречивой информации о преимуществах новой технологии. В основном используется LTE. Целью этой статьи является объяснение для читателя принципов работы сетей 4G в России и специфики их работы.

История появления

Прежде чем переходить к описанию стандартов 4G, стоит вкратце рассмотреть историю предыдущего поколения беспроводных сетей, а также их параметры, т. к. корни появления сетей 4G находятся именно там.

Расцвет 3G / UMTS. Предпосылки возникновения 4G

Следует понимать, что аббревиатура 3G (на самом деле 3GSM) – это не более, чем набор требований к системе сотовой связи. Эти требования были сформулированы Международным союзом электросвязи (МСЭ). Некоторые из них перечислены ниже:

Качество речи, не уступающее проводной связи.
Защита передаваемой информации на уровне ISDN.
Сочетания коммутации каналов и пакетов данных.
«Мягкий» hand-over.
Открытость сетевой архитектуры.
Скорость обмена данными не ниже 144 кбит/с для высокомобильных абонентов, передвигающихся со скоростью до 120 км/ч, и не ниже 2048 кбит/с для стационарных устройств.

Как видно из списка, скорость передачи данных являлась важным, но далеко не единственным параметром. Тем не менее появлению сетей 3G способствовал рост объемов мобильного трафика и потребностей населения. Широкое использование USB модемов тому пример. На данный момент в тех местах, где отсутствует проводной доступ в интернет, UMTS модем является единственным вариантом, обеспечивающим приемлемую скорость обмена данными.

Использование протокола HSDPA на первом этапе позволило достичь скорости обмена 3,6 Мбит/с от станции к абоненту. На втором этапе был внедрен протокол HSUPA, обеспечивающий передачу данных от абонента к станции со скоростью до 5,76 Мбит/с . Третьим этапом стало появление технологии HSPA, базирующейся на HSDPA и HSUPA. Здесь скорость передачи от сотовой станции к абоненту может достигать при скачивании 14,4 Мбит/с и 5,76 Мбит/с на отдачу. Оператор «Скай Линк» был первопроходцем в размещении 3G в России. Через 5 лет от Россвязи получили разрешение и 3 крупнейших оператора России: Мегафон, МТС и Билайн.

На практике же, при приобретении модем с интернет-пакетом от МТС или Билайн, реальная скорость составляет 1-10 Мбит/с . Аналогичным образом обстоят дела и у Мегафон. Цифры 7.2, 14.4 в обозначениях модема – это максимальные скорости обмена данными между модемом/телефоном и сотовой вышкой. Конечные величины скоростей ограничены пропускной способностью существующих каналов связи между шлюзом оператора и интернетом.

Стоит также отметить и усовершенствованную технологию HSPA+. В ней используются сложные типы модуляций сигналов: 64 QAM и 16 QAM. Это позволило обеспечить скорость скачивания 43,2 Мбит/с . Первым оператором, предоставляющим свои модемы с поддержкой HSPA+, стал Мегафон в 2010 году. Через два года после этого аналогичную сеть запустила и компания МТС. Билайн присоединился позднее: в 2013 году.

Переход к 4G

В 2008 году МСЭ были сформулированы требования для стандарта беспроводной связи 4G. Среди них были новые требования к скорости передачи данных. Теперь для высокоподвижных абонентов должна была предоставляться скорость не менее 100 Мбит/с , а для неподвижных – 1 Гбит/с . Новые сети также должны были быть максимально объединены с IP сетями.
В 2012 МСЭ окончательно утвердил требования к сетям 4G. Основные из них перечислены ниже:

Использование IP протоколов для коммутации пакетов.
Динамическое разделение ресурсов для обеспечения большого числа подключений к одной соте. В данном случае – порядка 200 абонентов.
Максимальная скорость обмена данными от 100 до 1000 Мбит/с .
Поддержка большого количества услуг: видеоконференция, видеовызовы и т. п.

Такие требования были продиктованы резким увеличением объемов мобильного трафика начиная с 2005 года. Рост количества изображений и видео в сети, скачиваемых пользователями через коммуникаторы и планшеты привел к необходимости увеличения пропускной способности существующих сетей.

Например, в 2012 году количество смартфонов составляло уже 1 млрд. Кроме того, появление нового сегмента носимых устройств: умные часы, очки и датчики также увеличило объем передаваемой информации. Рост трафика с 2012 по 2013 год увеличился вдвое. Теоретически с помощью HSPA+ можно достигнуть скорости передачи 337 Мбит/с (используя HSDPA). Это указано в 11 выпуске стандартов 3GPP. На роль кандидата в сети 4G претендовала и HSPA+. Однако были и другие кандидаты: WiMAX, UMB и LTE.

Появление LTE

Технология Long-TermEvolution или LTE разрабатывалась 3GPP и на четвертое поколение первоначально не претендовала. Она должна была заменить собой существующие UMTS и CDMA сети и обеспечивать повышенную скорость обмена и новое ядро сети. Первоначальная верхняя граница нисходящей скорости составляла 326 Мбит/с, а восходящей – 172 Мбит/с. Важным улучшением стало и уменьшение времени отклика до 5 мс (так называемого ping) путем упрощения архитектуры IP сетей и переход к единой инфраструктуре.

Стоит отметить, что изначально коммутация пакетов поддерживалась только внутри all-IP сети. Поскольку в существующих GSM, UMTS сетях голосовые вызовы обеспечиваются коммутацией каналов, переход операторов на LTE требовал реструктурирования сетей. В настоящее время в России используется метод Circuit-switchedfallback . В этом случае LTE обеспечивает только передачу данных, а для совершения голосового вызова телефон переключается в обратно в режим GSM.

LTE для конечных пользователей. 4G модемы

В настоящее время LTE развернуто более, чем в 70 российских городов. Для голосовых вызовов используется режим CSFB: когда происходит вызов, смартфон переключается в GSM или UMTS режим, после чего производится обратный переход в LTE. Это означает, что преимущества высоких скоростей оценят именно пользователи мобильного интернета, хотя телефоны с поддержкой LTE уже давно поступили в продажу. В данном разделе описываются именно 4G модемы, предоставляемые тремя основными операторами: Мегафон, МТС, Билайн и специфика их услуг.

Параметры модемов

Для работы требуется специальная USIM карта, которая приобретается при подключении. В основном используется многодиапазонный LTE модем Huaiwei E3272 S, заблокированный на использование только одного оператора. Впрочем, в интернете достаточно информации по разблокировке, что не составит проблемы при смене оператора.