EL MÓDEMGonzalo Muñoz Bombillar

Orígenes:

La red telefónica básica se creó para permitir las comunicaciones de voz a distancia. En un primer momento, los enlaces entre los usuarios eran punto a punto, por medio de un par de cobre entre cada pareja de usuarios. Esto dio lugar a una tipología de red telefónica completamente mallada.

Si se hacen las cuentas, se ve que es inviable. Si se quiere dar servicio a una población de B usuarios con este modelo completamente mallado, harían falta Nx (N-1)/2 enlaces. Por esa razón se evolucionó hacia el modelo en el que cada usuario, por medio de un par de cobre, se conecta a un punto de interconexión (central local) que le permite la comunicación con el resto.

El bucle de abonado es el par de cobre que conecta el terminal telefónico del usuario con la central local de la que depende. El bucle de abonado proporciona el medio físico por medio del cuál el usuario accede a la red telefónica y por tanto recibe el servicio telefónico.

Las comunicaciones de voz se caracterizan porque necesitan un ancho de banda muy pequeño, limitado a la banda de los 300 a los 3400Hz

Bucle de abonado:

La red de acceso está formada por los bucles de abonado que unen los domicilios de los usuarios con su correspondiente central (central local). Hasta hace bien poco se ha considerado que sobre este bucle sólo se podían transmitir canales de hasta 64kbps en la banda de frecuencias que va desde los 0Hz hasta los 4KHz. Es decir, que el bucle sólo servía para las comunicaciones de voz y transmisión de datos en banda vocal mediante módem (desde los V.32 a 9.6Kbps hasta los V.90 a 56Kbps), y nada más. Por tanto la red de acceso era el obstáculo que impedía a la red telefónica en su conjunto la evolución hacia servicios de banda ancha, como son los servicios multimedia: videoconferencia, distribución de vídeo, vídeo bajo demanda, transmisión de datos a gran velocidad, etc.

De acuerdo con esta creencia generalizada, para ofrecer los servicios de banda ancha antes citados, se hacía necesario el despliegue de nuevas redes de comunicación basadas en el cable coaxial y en la fibra óptica. Y precisamente este era uno de los principales motivos por los que las comunicaciones de banda ancha no han progresado todo lo rápido que se esperaba: ya que , desplegar nuevas redes partiendo de cero resultaría muy caro, tanto por el equipamiento como por las inversiones en obra. Todo resto porque el par de cobre no tiene la suficiente capacidad, pero no es así. Todo esto porque el par de cobre en un aceptable estado de conservación tiene una respuesta en frecuencias que permite la transmisión de señales en una banda que puede superar el MHz (es decir, unas 250 veces más de lo que hasta ahora se ha estado empleando). Para aprovechar este potencial sólo haría falta equipos capaces de sacar partido a este potencial.

Funcionamiento del módem:

Un módem es un dispositivo que acepta datos digitales de una computadora o terminal digital y los convierte en analógicos, más adecuados para la transmisión por las líneas telefónicas. Cuando estas señales se reciben en el receptor son convertidas a su formato digital original.

Partes de un módem:o Circuito de transmisión. Son los encargados de

proporcionar la señal analógica modulada que se entregará a la línea.

o Circuito de recepción. Son los encargados de recuperar la señal analógica de la señal digital original.

o Unidad de control. La misión de dicha unidad es la de generar las señales de control necesarias para el proceso de modulación-demodulación, así como de controlar el diálogo entre los interfaces y el propio módem.

Tipos de modulación: Existen tres técnicas básicas de modulación lineal que

consisten en modular alguno de los tres parámetros básicos de la señal portadora (amplitud, frecuencia o fase), originando las modulaciones AM, FM y PM. Cuando las señales de entrada son una representación de datos digitales y binarios, estos tres tipos de modulación se llaman respectivamente ASK, FSK y PSK.o La modulación ASK suele utilizarse en enlaces por

fibra óptica.o La modulación FSK se emplea normalmente en

enlaces asíncronos. En el sistema ideal para operar a baja velocidad. Sin embargo tiene una desventaja, el gran ancho de banda que consume.

o La modulación PSK es el método más eficiente para transmitir datos binarios en presencia de ruido. La desventaja es que el diseño del emisor y del receptor se complica extremadamente. Es ideal para comunicaciones síncronas.

Modulación ASK:o La técnica de modulación en amplitud utiliza variaciones de la

amplitud de la onda portadora para que haciéndolo según la cadencia de la señal digital, posibilite la transmisión de información.

o En la modulación en amplitud un 1 binario se representa por una onda sinusoidal de amplitud A dada, mientras que un 0 binario está representado por una señal con amplitud menor que A. Nótese que el resto de los parámetros que definen la onda sinusoidal -frecuencia y fase- permanecen inalterados en el proceso de modulación.

o La modulación en amplitud no suele emplearse aisladamente, pues presenta serios problemas de distorsión y de potencia. Normalmente, se utiliza en conjunción con la modulación de fase, aumentando así la eficacia del proceso.

Modulación FSK:o La técnica de modulación en frecuencia modifica la frecuencia de la

señal portadora, según la señal digital que se transmite.o En su forma más intuitiva, la frecuencia alta representará uno de los

estados binarios posibles de la señal digital, generalmente el 1, representándose por una señal de frecuencia diferente el estado binario 0.

Modulación PSK:o La técnica de modulación en fase utiliza las variaciones de fase de la

onda portadora, según la señal digital. Por ejemplo, el bit 1 con fase M y el bit 0 con fase O.

Modulación ADSL:

Técnica de modulación para la transmisión de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. La primera diferencia entre esta técnica de modulación y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90) es que éstos últimos sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300Hz a 3400Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24KHz hasta los 1104KHz aproximadamente.

Otra diferencia entre el ADSL y otros módems es que el ADSL puede coexistir en un mismo bucle de abonado con el servicio telefónico, cosa que no es posible con un módem convencional, pues opera en banda vocal, la misma que la telefonía.

Como se observa a continuación, el módem del usuario y el de la central son diferentes, uno actúa de demodulador y el otro de modulador y viceversa. También se puede observar un enlace entre el usuario y una central local de la que depende. El módem situado en casa se denomina ATU-R y el de la central ATU-C, delante de cada uno de ellos se deberá de colocar un splitter. Este dispositivo no es más que un conjunto de dos filtros (uno paso alto y otro paso bajo). La finalidad de estos filtros es la de separar las señales de baja frecuencia (telefonía) de las de alta frecuencia (ADSL).

En una primera etapa coexistieron dos técnicas de modulación para el ADSL: CAPT y DMT. Finalmente los organismos de estandarización (ANSI, ETSI e ITU) se han decantado por la solución DMT. Básicamente consiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, que es lo que se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que se va a transmitir ocupa cada subportadora modulada es de 4KHz.

El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación es la relación Señal/Ruido se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida. La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C, la única diferencia estiba en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. La modulación resulta bastante complicada, pero el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT en el demodulador situado al otro lado del bucle. Estas operaciones se pueden efectuar fácilmente si el núcleo del módem se desarrolla sobre un DSP.

Como se puede comprobar, la modulación DMT empleada parece y realmente es bastante complicada, pero el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT (transformada rápida de Fourier inversa) en el modulador, y en una FFT (transformada rápida de Fourier) en el demodulador situado al otro lado del bucle. Estas operaciones se pueden efectuar fácilmente si el núcleo del módem se desarrolla sobre un DSP.

o El modulador del ATU-C, hace una IFFT de 512 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido downstream.

o El modulador del ATU-R, hace una IFFT de 64 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido upstream.

o El demodulador del ATU-C, hace una FFT de 64 muestras tomadas de la señal upstream que recibe.

o El demodulador del ATU-R, hace una FFT, sobre 512 muestras de la señal downstream recibida.

En las dos figuras anteriores se han presentado las dos modalidades dentro del ADSL con modulación DMT: FDM y cancelación de ecos. En la primera, los espectros de las señales ascendente y descendente no se solapan, lo que simplifica el diseño de los módems, aunque reduce la capacidad de transmisión en sentido descendente. La segunda modalidad, basada en cancelación de ecos para la separación de las señales correspondientes a los dos sentidos de transmisión, permite mayores caudales a costa de una mayor complejidad en el diseño.

DSLAM: El ADSL necesita una pareja de módems por cada usuario: uno en el

domicilio del usuario (ATU-R) y otro en la central local (ATU-C) a la que llega el bucle de abonado de este usuario.

Esto complica el despliegue de esta tecnología de acceso en las centrales. Para solucionar esto surgió el DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), un chasis que agrupa gran número de tarjetas, cada una de las cuales consta de varios módems ATU-C, y que además concentran el tráfico de todos los enlaces ADSL hacia una red WAN.

Bloques de un módem:

El UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) es un chip de ciertos sistemas digitales cuyo principal objetivo es convertir los datos recibidos en forma paralela a forma serial, con el fin de comunicarse con otro sistema externo. También es capaz de realizar el proceso inverso.

Tipo de transmisión:

Transmisión asíncrona. En estos sistemas cada dato se envía secuencialmente, precedido por un bit de arranque y después los bits de datos, control de paridad (errores) y finalizando con un bit de stop. El bit de arranque tiene por misión activar en el equipo receptor la lectura de los datos enviados. El bit de stop deja al receptor en un estado de espera.

Transmisión síncrona. La diferencia del anterior radica en que tanto el ordenador emisor como el receptor quedan sincronizados, sus ciclos de lectura/escritura de datos (bits) son coincidentes. Además los bits son transmitidos en grupos llamados tramas.

Modo de transmisión:

Simplex. Las unidades de transmisión o módems simplex han sido diseñados para ofrecer comunicación digital de datos en sentido unidireccional.

Semi Dúplex o Half Dúplex. En este tipo la comunicación puede ser bidireccional aunque no simultánea. Cuando el emisor emite el receptor necesariamente recibe, posteriormente el receptor puede ejercer como emisor si el antiguo emisor se convierte en receptor.

Full Dúplex. En este tipo la comunicación es bidireccional y, además, simultánea. Ambos ETD actúan como emisor y receptor indistintamente.

Serie V:

Norma Velocidad Transmisión

V.21 300 bps Dúplex/asíncrono

V.22 2400 bps Dúplex

V.26 2400 bps Módem estándar (RTB)

V.32 9600 bps Dúplex

V.90 5600 bps dowstream33600 bps upstream

Módem digital (RTB/asíncrono)

V.92 56000 bps dowstream48000 bps upstream

Dúplex/síncrono