5.11 Comandi del modem

5.12. Standard di comunicazione

5.16. Misure numeriche sui modem

5.11. Comandi del modem

I modem che possono attivare diverse modalità di funzionamento, attraverso dei comandi noti come comandi AT (attention), si dicono Hayes compatibili dal nome della ditta americana Hayes Microcomputer Product che per prima ha utilizzato tali comandi.

Esistono numerosi software di comunicazione che consentono l’uso dei comandi AT.

In origine per impartire un comando AT era sufficiente una lettera dell’alfabeto: il set di comandi, quindi, era limitato a 26. Successivamente, data la complessità e la molteplicità operativa dei modem, sono stati introdotti i comandi estesi che si riconoscono dal fatto che sono preceduti dai simboli &, %,\.

I comandi estesi consentono di personalizzare il funzionamento del modem. In tal caso vengono utilizzati delle locazioni di memoria, noti come registri S, contenuti in una memoria non volatile riprogrammabile di tipo NOVRAM o EEPROM, in modo da conservare la configurazione assegnata al modem alla successiva accensione.

Il modem è preconfigurato in fabbrica secondo criteri razionali. Nel caso si desideri tornare alla configurazione di base è sufficiente impartire il seguente comando AT esteso: AT&F.

All’accensione il modem si predispone nel modo comando in attesa di eseguire un comando AT e rimane in tale stato fino al collegamento con un modem remoto. I comandi sono, solitamente, inviati al modem da un computer che utilizza un programma di comunicazione con una velocità scelta fra quelle consentite dal modem.

Tutti i comandi iniziano con il prefisso AT seguito da una serie di caratteri; i comandi si confermano digitando il tasto INVIO.

La stringa di comando può contenere una serie di comandi digitati con o senza spazi. L’inserimento degli spazi tra un comando e l’altro migliora la leggibilità.

Il carattere può essere indifferentemente maiuscolo o minuscolo ma non una loro combinazione.

5.11.1. Comandi AT standard

In tabella 4 si mostrano i comandi AT standard utilizzati dalla maggior parte dei modem. In neretto si indicano le impostazioni standard per un tipico modem V.34.

Tab. 4. - Comandi AT standard

5.11.2. Comandi AT estesi

In tabella 5 si mostrano alcuni comandi AT estesi utilizzati dalla maggior parte dei modem. In neretto si indicano le impostazioni standard per un tipico modem V.34.

Tab. 5 - Comandi AT estesi

5.12. Standard di comunicazione

Il collegamento tra DTE viene realizzato rispettando quanto stabilito da organismi internazionali riconosciuti.

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.

Storicamente parlando, i primi modem (V.21) utilizzano la modulazione di frequenza FSK e possono trasmettere a 300bps in full-duplex con modalità asincrona.

Nella trasmissione uno dei modem assume il ruolo di modem primario e l’altro secondario.

La frequenza portante del modem primario è 1080Hz: il bit 0 è rappresentato dalla frequenza di 1180Hz, il bit 1 è rappresentato dalla frequenza di 980Hz.

La frequenza portante del modem secondario è 1750Hz: in bit 0 è rappresentato dalla frequenza di 1850Hz, il bit 1 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.

Successivamente sono stati immessi sul mercato modem che seguono lo standard V.26 che  utilizzano la modulazione di fase differenziale DPSK, con portante a 1800Hz ± 1Hz, e trasmettono a 2400bps in full-duplex sincrona su rete dedicata a 4 fili.

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 1200 baud per cui la velocità di trasmissione è:

1200 · 2 = 2400 bps.

I modem che seguono lo standard V.29 utilizzano la modulazione QAM e consentono velocità di trasmissione di 9600bps, 7200bps e 4800bps in full-duplex o half-duplex con modalità sincrona su rete dedicata a quattro fili.

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

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 6.

Tab. 6

In fig.26 si mostra il diagramma spaziale.

Fig. 26. - Diagramma spaziale della modulazione QAM a 16 livelli per lo standard V.29.

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 si può collegare fino a 4 modem selezionando la velocità di trasmissione a 7200, 4800 e 2400bps.

In fig.27 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.27 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.

Fig. 27. -  Diagramma spaziale del modem V.32: a) con codifica non ridondante;  b)  con codifica Trellis.

Il modem V.32 bis (febbraio 1991) utilizza la stessa tecnica di modulazione 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.

Il modem V.34 (ottobre 1994) funziona alla massima velocità di 28800bps, 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.

Gli ultimi modem analogici possono funzionare fino alla velocità di 57600 bps e seguono lo standard V.90 e V.92.

5.13. Caratteristiche tecniche di un modem fonico commerciale

I modem attualmente disponibili in commercio presentano una massima velocità di trasmissione di 57600 bps, tecniche sofisticate per la correzione degli errori e tecniche per la compressione dei dati che consentono di portare la velocità di funzionamento a 115200 bps (alcuni modem fino a 230400 bps).

       La comunicazione tra i due DCE avviene alla massima velocità di 57600 bps mentre quella tra DCE e DTE può portarsi fino a 230400 bps. Infatti il modem trasmettitore riceve i dati dal DTE con una velocità massima teorica di 230400 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 57600 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 sempre più 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.

5.14. Modem a larga banda

Sono modem utilizzati per trasmissioni ad elevata velocità. Impiegano la modulazione di ampiezza a banda laterale unica SSB con portante a 100KHz ± 2Hz nel gruppo primario FDM che si estende da 60 a 108KHz (12 canali telefonici). Essi consentono trasmissioni full-duplex a 4 fili di tipo sincrono con velocità a partire da 48Kbps.

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

Sono modem che seguono lo standard V.54, utilizzati per collegamenti punto-punto o multipunto per distanze non superiori ad alcune decine di chilometro su linea telefonica dedicata a 2 fili in half-duplex o 4 fili in full-duplex.

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. Le prestazioni massime in termini di velocità che si possono raggiungere sono in funzione della distanza di collegamento e della sezione dei cavi di rame utilizzati fino ad un massimo di 19200 bps su tratte di 10Km., tipicamente.

La massima distanza consentita, nel caso di massima velocità di funzionamento, è intorno ai 2Km con cavo in rame  da 6/10 mm².

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 uno.

 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 la funzione logica 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. È  il codice più 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.28 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.

Fig. 28. - Tempificazione del dato 010100011 secondo il codice Manchester, bifase differenziale e di Miller.

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

Le misure numeriche da eseguire per verificare la corretta ricezione dei dati dopo il transito sulla linea telefonica mirano a valutare il tasso di errore e la distorsione.

5.16.1. Tasso d’errore

Per tasso d’errore si intende il rapporto tra il numero di bit ricevuti errati e il numero totale di bit trasmessi.

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 applicata la funzione logica OR esclusivo (circuito di anticoincidenza) tra l’uscita del quinto e nono bit del registro:

SI = Q5 Å Q9

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:

2ⁿ – 1

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. 29 si mostra lo schema logico di tale circuito.

Fig. 29. - Generatore di sequenze pseudocasuale di lunghezza 511.

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.30 si mostra il collegamento per la misura normalizzata del tasso d’errore.

Fig. 30. - Predisposizione per la misura normalizzata del tasso di errore.

Questo tipo di misura si 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

Per una corretta ricezione, le transizioni da un livello logico all’altro devono avvenire negli istanti nominali. Se questo non avviene si è in presenza di distorsione.

Si possono avere due tipi di distorsione:

·      distorsione isocrona;

·      distorsione di disimmetria.

Si definisce distorsione isocrona (o telegrafica) individuale, e si indica con Dt, la differenza temporale tra l’istante reale di transizione e quello nominale.

La distorsione è positiva quando la transizione reale è in ritardo rispetto a quella nominale, viceversa la distorsione è negativa.

Il massimo valore di distorsione isocrona individuale relativa percentuale ammessa non deve superare, tipicamente, il 30%.

Si definisce distorsione isocrona la somma, in valore assoluto, dei valori massimi della distorsione isocrona individuale positiva e negativa.

La misura si esegue con la sequenza di 511 bit PR per circa 20 secondi ed ha senso per le trasmissioni asincrone.

La distorsione di disimmetria è definita come la differenza della durata del bit 1 rispetto a quella del bit 0.

La grandezza, normalmente, viene riferita alla durata nominale del bit ed è espressa in percentuale :

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.31 si mostra la tempificazione di una sequenza di dati ideale, con distorsione isocrona e distorsione di disimmetria.

Fig. 31. - Distorsione isocrona e di disimmetria.

5.17. Loop di prova

La raccomandazione V.54 dell’ITU-T prevede metodi di esecuzione di loop sia sul DTE che sul modem.

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.32 per la comprensione del raggio d’azione del loop considerato.

Fig. 32. - Disposizione dei DTE e DCE per i loop di prova.

5.17.1. Loop 1

Il loop 1 consente di verificare la funzionalità del DTE. Esso prevede l’emissione di segnali dal DTE e la loro ricezione da parte dello stesso DTE. Il loop 1 si attiva col comando Hayes esteso AT&T3.

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

Il loop 2 consente di verificare la funzionalità del DCE 2 e della linea per trasmissioni full-duplex. Il loop 2 si attiva col comando Hayes esteso AT&T6.

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

Il loop 3 consente un controllo analogico del modem locale. I dati trasmessi dal DTE non sono inviati in linea ma vengono rinviati al DTE.

Il loop 3 si attiva col comando Hayes esteso AT&T1.

5.17.4. Loop 4

Il loop 4 è possibile solo su modem collegati a linee a 4 fili e consente la manutenzione analogica delle linee telefoniche.

5.11 Comandi del modem

5.12. Standard di comunicazione

5.16. Misure numeriche sui modem

a cura del prof. Giuseppe Spalierno, docente di Elettronica - ultima versione febbraio 2005