Komunikasi modem

Modem, (dari "modulator / demodulator"), mana-mana kelas peranti elektronik yang menukar isyarat data digital menjadi isyarat analog termodulasi yang sesuai untuk penghantaran melalui rangkaian telekomunikasi analog. Modem juga menerima isyarat termodulasi dan mendemodulasinya, memulihkan isyarat digital untuk digunakan oleh peralatan data. Oleh itu, modem memungkinkan media telekomunikasi yang mapan untuk menyokong pelbagai komunikasi data, seperti e-mel antara komputer peribadi, penghantaran faksimili antara mesin faks, atau memuat turun fail audio-video dari pelayan Web Wide Web ke rumah komputer.

Sebilangan besar modem adalah "voiceband"; iaitu, mereka membolehkan peralatan terminal digital untuk berkomunikasi melalui saluran telefon, yang dirancang mengikut keperluan lebar jalur sempit suara manusia. Modem kabel, sebaliknya, menyokong penghantaran data melalui saluran koaksial gentian hibrid, yang pada asalnya dirancang untuk menyediakan perkhidmatan televisyen lebar jalur tinggi. Kedua-dua modem pita suara dan kabel dipasarkan sebagai modul bebas berdiri, berukuran buku yang disambungkan ke saluran keluar telefon atau kabel dan port pada komputer peribadi. Sebagai tambahan, modem jalur suara dipasang sebagai papan litar terus ke komputer dan mesin faks. Mereka juga tersedia sebagai unit berukuran kad kecil yang dipasang ke komputer riba.

Parameter operasi

Modem beroperasi sebahagiannya dengan berkomunikasi antara satu sama lain, dan untuk melakukan ini, mereka mesti mengikuti protokol yang sesuai, atau standard operasi. Piawaian di seluruh dunia untuk modem jalur suara ditetapkan oleh siri-siri cadangan yang diterbitkan oleh sektor Standardisasi Telekomunikasi Kesatuan Telekomunikasi Antarabangsa (ITU). Di antara fungsi lain, piawaian ini menetapkan isyarat dengan mana modem memulakan dan menghentikan komunikasi, mewujudkan skema modulasi dan pengekodan yang serasi, dan sampai pada kecepatan transmisi yang sama. Modem memiliki kemampuan untuk “jatuh kembali” ke kecepatan yang lebih rendah untuk mengakomodasi modem yang lebih lambat. Piawaian "full-duplex" membolehkan penghantaran dan penerimaan serentak, yang diperlukan untuk komunikasi interaktif. Standard "Half-duplex" juga membenarkan komunikasi dua hala, tetapi tidak serentak; modem seperti itu mencukupi untuk penghantaran faksimili.

Isyarat data terdiri daripada bergantian antara dua nilai, yang diwakili oleh digit binari, atau bit, 0 dan 1. Isyarat analog, sebaliknya, terdiri daripada turun naik nilai yang berubah-ubah mengikut masa, seperti nada suara manusia. Untuk mewakili data binari, nilai gelombang analog yang berubah-ubah (iaitu, frekuensi, amplitud, dan fasa) mesti diubah, atau dimodulasi, sedemikian rupa untuk mewakili urutan bit yang membentuk isyarat data. Modem menggunakan beberapa kaedah untuk melakukan ini; mereka dinyatakan di bawah di bahagian Pembangunan modem jalur suara.

Setiap elemen gelombang pembawa yang dimodulasi (misalnya, pergeseran dari satu frekuensi ke frekuensi lain atau pergeseran antara dua fasa) dikenal sebagai baud. Pada modem jalur suara awal yang bermula pada awal 1960-an, satu baud mewakili satu bit, sehingga modem yang beroperasi, misalnya, pada 300 baud sesaat (atau, lebih sederhana, 300 baud) mengirimkan data pada 300 bit per saat. Dalam modem moden, baud dapat mewakili banyak bit, sehingga ukuran kadar penghantaran yang lebih tepat adalah bit atau kilobit (ribu bit) sesaat. Sepanjang perkembangannya, modem telah meningkat dari 300 bit sesaat (bps) menjadi 56 kilobit sesaat (Kbps) dan seterusnya. Modem kabel mencapai throughput beberapa megabit sesaat (Mbps; juta bit sesaat). Pada kadar bit tertinggi, skema pengekodan saluran mesti digunakan untuk mengurangkan kesalahan penghantaran. Selain itu, berbagai skema pengekodan sumber dapat digunakan untuk "memampatkan" data menjadi lebih sedikit, meningkatkan laju transmisi maklumat tanpa menaikkan laju bit.

Pembangunan modem jalur suara

Generasi pertama

Walaupun tidak berkaitan erat dengan komunikasi data digital, pekerjaan awal mesin telephotografi (pendahulu mesin faks moden) oleh Sistem Bell pada tahun 1930-an membawa kepada kaedah untuk mengatasi gangguan isyarat tertentu yang terdapat dalam rangkaian telefon. Di antara perkembangan ini ialah kaedah penyamaan untuk mengatasi kesan isyarat faks serta kaedah untuk menerjemahkan isyarat faks ke isyarat pembawa 1.800-hertz yang dapat dihantar melalui saluran telefon.

Usaha pengembangan pertama pada modem digital tampaknya berasal dari keperluan untuk mengirimkan data untuk pertahanan udara Amerika Utara selama tahun 1950-an. Menjelang akhir dekad itu, data dihantar pada 750 bit sesaat melalui rangkaian telefon konvensional. Modem pertama yang disediakan secara komersial di Amerika Syarikat ialah modem Bell 103, yang diperkenalkan pada tahun 1962 oleh American Telephone & Telegraph Company (AT&T). Bell 103 membenarkan penghantaran data dupleks penuh melalui litar telefon konvensional pada kadar data hingga 300 bit sesaat. Untuk menghantar dan menerima data binari melalui litar telefon, dua pasang frekuensi (satu pasangan untuk setiap arah) digunakan. Binari 1 ditandakan oleh pergeseran ke satu frekuensi pasangan, sementara perduaan 0 diberi isyarat oleh pergeseran ke frekuensi pasangan yang lain. Jenis modulasi digital ini dikenali sebagai kegeseran frekuensi, atau FSK. Modem lain, yang dikenali sebagai Bell 212, diperkenalkan tidak lama selepas Bell 103. Memancarkan data pada kadar 1,200 bit, atau 1,2 kilobit, sesaat melalui litar telefon dupleks penuh, Bell 212 memanfaatkan pemindaian fasa, atau PSK, untuk memodulasi isyarat pembawa 1.800-hertz. Di PSK, data ditunjukkan sebagai pergeseran fasa isyarat pembawa tunggal. Oleh itu, binari 1 mungkin dihantar sebagai peralihan fasa sifar darjah, sementara perduaan 0 mungkin dihantar sebagai peralihan fasa 180 darjah.

Antara tahun 1965 dan 1980, usaha yang signifikan dilakukan untuk mengembangkan modem yang mampu meningkatkan kadar transmisi yang lebih tinggi. Usaha ini difokuskan untuk mengatasi pelbagai gangguan saluran telefon yang secara langsung membatasi penghantaran data. Pada tahun 1965 Robert Lucky di Bell Laboratories mengembangkan penyamaan adaptif automatik untuk mengimbangi pelekapan simbol data menjadi satu sama lain kerana penghantaran yang tidak sempurna melalui rangkaian telefon. Walaupun konsep penyamaan sudah terkenal dan telah diterapkan pada saluran telefon dan kabel selama bertahun-tahun, penyamaan yang lebih tua tetap dan sering disesuaikan secara manual. Munculnya penyamaan automatik membenarkan penghantaran data pada kadar tinggi melalui rangkaian telefon awam (PSTN) tanpa campur tangan manusia. Lebih-lebih lagi, sementara kaedah penyamaan adaptif mengimbangi ketidaksempurnaan dalam jalur lebar tiga kilohertz nominal litar suara, kaedah modulasi lanjutan membenarkan penghantaran pada kadar data yang lebih tinggi sepanjang lebar jalur ini. Salah satu kaedah modulasi penting adalah modulasi amplitudo kuadratur, atau QAM. Dalam QAM, digit binari disampaikan sebagai amplitud diskrit dalam dua fasa gelombang elektromagnetik, masing-masing fasa dialihkan sebanyak 90 darjah sehubungan dengan yang lain. Kekerapan isyarat pembawa berada dalam lingkungan 1,800 hingga 2,400 hertz. QAM dan penyamaan adaptif membenarkan penghantaran data sebanyak 9.6 kilobit sesaat melalui litar empat wayar. Peningkatan lebih lanjut dalam teknologi modem diikuti, sehingga pada tahun 1980 ada modem generasi pertama yang tersedia secara komersial yang dapat memancarkan pada 14.4 kilobit sesaat melalui saluran sewa empat wayar.