Bas débit

Bas débit

Modem

Page d'aide sur l'homonymie Pour le MoDem, voir Mouvement démocrate (France).

Le modem (mot-valise, pour modulateur-démodulateur), est un périphérique servant à communiquer avec des utilisateurs distants par l'intermédiaire d'une ligne téléphonique. Il permet par exemple déchanger (envoi/réception) des fichiers, des fax, de se connecter à Internet, déchanger des courriels, de téléphoner ou de recevoir la télévision.

Il peut également être défini comme un acronyme.

Techniquement, lappareil sert à convertir les données numériques de lordinateur en données analogiques transmissibles par une ligne de téléphone classique et réciproquement. Aujourdhui dans le monde de la voix sur IP ces données analogiques peuvent être également transmise dans une communication voix encodée sans aucun type de compression.

Pile de modems externes

Sommaire

Technologie

Modem acoustique (le combiné du téléphone devait être posé sur les supports).

Cest un dispositif électronique, en boîtier indépendant ou en carte à insérer dans un ordinateur, qui permet de faire circuler (réception et envoi) des données numériques sur un canal analogique. Il effectue la modulation : codage des données numériques, synthèse dun signal analogique qui est en général une fréquence porteuse modulée. Lopération de démodulation effectue lopération inverse et permet au récepteur dobtenir linformation numérique.

On parle de modem pour désigner les appareils destinés à faire communiquer des machines numériques (ordinateurs, systèmes embarqués) à travers un réseau analogique (réseau téléphonique commuté, réseau électrique, réseaux radios …).

Toutes ces catégories de modem servent bien souvent à accéder à Internet (ou à envoyer ou recevoir des télécopies, à se connecter à des services Minitel…), ou même à faire de la téléphonie numérique.

Depuis la fin des années 1990, de nombreuses normes de télécommunications sont apparues et, donc autant de nouveaux types de modems : RNIS (ou ISDN), ADSL, GSM, GPRS, Wi-Fi, Wimax

Histoire

Modem parallèle

Les modems ont été utilisés pour la première fois dans le système de défense aérien SAGE à la fin des années 1950. Le but était de connecter des terminaux situés sur des bases aériennes, des sites de radars et les centres de commande et de contrôle aux centraux SAGE éparpillés aux É.-U. et au Canada. SAGE utilisait un système de lignes dédiées mais les équipements à leur extrémités étaient similaires aux modems modernes.

IBM était le principal fournisseur de SAGE pour les ordinateurs et les modems. Quelques années plus tard, une rencontre entre le CEO dAmerican Airlines et un manager régional dIBM permit de donner naissance à un mini-SAGE utilisé comme système automatique de billetterie, pour lequel les terminaux placés dans les agences vendant les billets, étaient reliés à un ordinateur central chargé de gérer les disponibilités et le calendrier. Le système, connu sous le nom de « Sabre » était un parent éloigné du système moderne Sabre.

Durant des années le développement de nouvelles technologies de communication a permis une large multiplication des modems de manière indirecte. La France fut par exemple durant près dune décennie le pays disposant du nombre de modems par habitant le plus important, cela par lintermédiaire de la quasi-omniprésence du Minitel. Le fax a lui aussi joué dans cette évolution.

Caractéristiques

La principale caractéristique dun modem, cest sa vitesse de transmission. Celle-ci est exprimée en bits par seconde (bit/s ou bps) ou en kilobits par seconde (kbit/s ou kbps). Quand il se connecte le modem fait un bruit reconnaissable[1].

Remarques :

  • on trouve dans certains documents Kbit/s au lieu de kbit/s ; le symbole correct est k ; en effet, K est utilisé en informatique pour représenter 1 024 (210).
  • ne pas confondre bps (bits par seconde) et Bps (bytes par seconde, cest-à-dire octets par seconde)

Il a existé des modems travaillant à 150, 300, 600, 1 200 bit/s, 4,8, 9,6, 14,4, 28,8, et 33,6 kbit/s. Depuis plusieurs années, la norme 56 kbit/s constitue le standard. À cette vitesse, on arrive près des limites théoriques de débit dinformation pour une ligne téléphonique utilisant une seule fréquence porteuse. Pour des débits plus élevés, des systèmes utilisant des porteuses multiples ont été mis au point, tels lADSL. Ces techniques nécessitent bien évidemment lutilisation de modems spécifiques.

Types de modulation

Différents types de modulation sont utilisés dans les modems :

  • la modulation damplitude (AM, Amplitude Modulation) ; celle-ci sera par exemple réalisée à laide dun multiplicateur analogique recevant sur une entrée la porteuse, sur lautre le signal numérique à transporter ;
  • la modulation de fréquence (FSK, Frequency Shift Keying) ; les diverses fréquences peuvent être obtenues à laide dun VCO (Voltage-Controlled Oscillator, peu précis) ou par traitement numérique dun signal produit par une horloge à quartz (division de fréquence, synthèse numérique…) ;
  • la modulation de phase différentielle (DPSK, Differential Phase Shift Keying: à la fin de chaque cycle de la porteuse, un changement de phase de 180° représente un bit 0, pas de changement de phase un bit 1 ; ceci peut être obtenu en plaçant à la sortie de loscillateur générant la porteuse un inverseur et un commutateur qui sélectionne, à chaque passage par 0 de la porteuse, soit la sortie directe, soit la sortie inversée ;
  • modulation damplitude et de phase combinées (QAM, Quadrature Amplitude Modulation: on crée deux sinusoïdes de même fréquence mais déphasées de 90° ; les deux signaux sont combinés en leur donnant des amplitudes adéquates ; une des normes précise seize combinaisons possibles (trois niveaux damplitude, douze déphasages) ; lensemble des combinaisons constituent ce que lon appelle une constellation ; une constellation de 16 points permet de transmettre létat de 4 bits simultanément, cest ce qui permet une cadence plus élevée que les autres systèmes décrits ci-dessus, qui ne transmettent quun bit à la fois ;
  • une variante de la QAM est le codage en treillis ; on utilise ici une constellation de 32 états, ce qui devrait permettre la transmission simultanée de 5 bits ; mais le 5e bit est un bit de vérification, qui assure une protection renforcée contre les erreurs de transmission ; on transmet donc, comme en QAM, létat de 4 bits.
  • les modems 56 kbit/s sont conçus pour travailler dans lenvironnement des réseaux numériques ; ils utilisent la modulation par impulsions codées (PCM, Pulse Code Modulation) pour convertir le signal analogique en séquence numérique : lamplitude est mesurée 8 000 fois par seconde, avec une résolution de 8 bits ; le débit théorique devrait atteindre 64 kbit/s, mais le débit réel se situe généralement entre 40 et 56 kbit/s, selon létat de la ligne de transmission.

Structure dun modem

Structure d'un modem

Un modem comporte les blocs suivants :

  • un modulateur, pour moduler une porteuse qui est transmise par la ligne téléphonique ;
  • un démodulateur, pour démoduler le signal reçu et récupérer les informations sous forme numérique ;
  • un circuit de conversion 2 fils / 4 fils : le signal du modulateur est envoyé vers la ligne téléphonique alors que le signal arrivant par la ligne téléphonique est aiguillé vers le démodulateur ; cest grâce à ces circuits, disposés de part et dautre de la ligne téléphonique, que les transmissions peuvent se faire en duplex intégral (full duplex, cest-à-dire dans les deux sens à la fois) ;
  • un circuit dinterface à la ligne téléphonique (DAA, Data Access Arrangement) constitué essentiellement dun transformateur disolement et de limiteurs de surtensions.

Ces circuits seraient suffisants pour transmettre des informations en mode manuel ; toutes les opérations telles que décrochage de la ligne, composition du numérosont alors effectuées par lutilisateur. Afin de permettre un fonctionnement automatisé, toutes les tâches sont effectuées sous le contrôle dun logiciel de communication, les modems comportent généralement quelques circuits auxiliaires :

  • un circuit de composition du numéro de téléphone ; on peut généralement spécifier composition par impulsions ou par tonalités (DTMF, Dual Tone Multiple Frequency) ;
  • un circuit de détection de sonnerie ; ce circuit prévient lordinateur lorsque le modem est appelé par un ordinateur distant ;
  • un détecteur de tonalités, qui détecte les différentes tonalités indiquant que la ligne est libre, occupée, en dérangement

Signaux de contrôle dun modem

Les différents signaux échangés entre un ordinateur (DTE, Data Terminal Equipment) et un modem (DCE, Data Communications Equipment) sont précisés dans la norme RS.232/V.24 :

  • les données à transmettre arrivent au DCE par la ligne Émission
  • les données reçues par le DCE apparaissent sur la ligne Réception
  • DSR (Data Set Ready, modem prêt) est au niveau actif quand le DCE est alimenté et raccordé à une ligne téléphonique
  • DTR (Data Terminal Ready, ordinateur prêt) est actif quand le DTE est prêt
  • RTS (Request To Send, demande démission) est activé par le DTE lorsquil veut envoyer des données
  • CTS (Clear To Send, prêt à émettre) est activé par le DCE lorsquil a établi la liaison et est prêt à recevoir les données à transmettre
  • CD (Carrier Detect, porteuse détectée) est activé par le DCE lorsquil reçoit une porteuse provenant dun autre DCE
  • RI (Ring Indicator, indicateur dappel) est activé par le DCE lorsquil reçoit un signal de sonnerie
  • la norme prévoit aussi deux connexions de masse, une pour le signal (obligatoire), lautre pour un blindage (facultatif).

Le connecteur prévu initialement était un connecteur 25 broches, le DB-25. Toutefois, comme de nombreuses broches étaient inutilisées, la tendance actuelle est dutiliser des connecteurs avec moins de broches, tels le DB-9 qui compte 9 broches[2].

Procédure typique démission

À titre dexemple, montrons comment ces différents signaux peuvent être utilisés :

  • avant de démarrer une transmission de données, lordinateur A vérifie que le modem A est sous tension en vérifiant le niveau de DSR
  • lordinateur A donne lordre au modem A de former le numéro de téléphone
  • le modem appelé, que nous nommerons B, détecte la sonnerie et prévient lordinateur B auquel il est raccordé en activant sa ligne RI
  • quand lordinateur B est prêt à recevoir les données, il active sa ligne RTS
  • le modem B active alors sa porteuse
  • le modem A détecte la porteuse et prévient lordinateur A en activant CD
  • lordinateur A active RTS pour demander sil peut commencer la transmission
  • le modem A répond en activant CTS, et la transmission des données peut commencer

Modem nul

Un adaptateur Null Modem

Nous avons expliqué ci-dessus la façon de transmettre des informations entre deux ordinateurs distants, reliés par une ligne téléphonique : lon raccorde à chaque ordinateur un modem, qui est relié à la ligne téléphonique.

Mais que faire pour transmettre des informations entre deux ordinateurs se trouvant dans la même pièce ? Et bien, il suffit de déconnecter les deux modems, et de placer entre les deux ordinateurs un boîtier muni de deux connecteurs DB-25 ou DB-9 ; ce boîtier, dont la fonction est de remplacer les deux modems, est appelé modem nul (Null Modem). À lintérieur du boîtier, les broches des deux connecteurs sont reliées de la façon suivante[2] :

  • la broche émission A est raccordée à la broche réception B
  • la broche émission B est raccordée à la broche réception A
  • les broches CTS et RTS sont court-circuitées de chaque côté
  • DTR A va vers DSR B
  • DTR B va vers DSR A
  • la masse signal A va vers la masse signal B
  • parfois RTS A va aussi vers CD B et RTS B vers CD A
  • parfois, DTR A va aussi vers RI B et DTR B vers RI A

Différents standards pour les modems

LUIT-T (Union Internationale des Télécommunications - standardisation des Télécommunications ; cet organisme était appelé jusquen 1992 CCITT, Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) a émis un certain nombre davis concernant le fonctionnement des modems. Ces avis spécifient les conditions de fonctionnement des appareils : vitesses de transmission autorisées, types de modulation, systèmes de compression et/ou de détection derreurs éventuels ; ils constituent en réalité des normes qui sont respectées par de nombreux constructeurs. Ci-après quelques normes importantes.

  • Norme V.21 : débit de 300 bps en duplex intégral (full-duplex, les 2 sens simultanément) ; modulation FSK ; mode asynchrone ; fréquences utilisées : 980 et 1 180 Hz (pour le 0 et le 1) dans un sens, 1 650 et 1 850 Hz dans lautre sens
  • Norme V.22bis : débit de 2 400 bps en duplex intégral ; mode asynchrone ou synchrone ; fréquences porteuses de 1 200 Hz dans un sens, 2 400 Hz dans lautre ; modulation QAM avec une constellation de 16 points
  • Norme V.32 : débit de 9 600 bps en duplex intégral ; porteuse à 1 800 Hz à la fois pour lémission et la réception (donc nécessité de prévoir des suppresseurs déchos pour éviter une interférence entre les signaux se propageant dans les 2 sens) ; modulation à 2 400 bauds, avec une constellation de 32 points ; on transmet donc 5 bits par intervalle, mais le 5e bit étant redondant, la vitesse effective est 4 × 2 400, soit 9 600 bps.
  • Norme V.32bis : débit de 14,4 kbps ; modulation QAM ou treillis
  • Norme V.32terbo : débit 14,4, 16,8 ou 19,2 kbps ; modulation DPSK et treillis
  • Norme V.FAST : débit de 28,8 kbps
  • Norme V.34 : débit de 28,8 kbps
  • Norme V.90 : débit de 56 kbps pour la liaison descendante (downstream, vers lutilisateur), mais 33,6 kbps pour la liaison montante (upstream, vers le réseau) ; on a donc une liaison asymétrique, comme pour lADSL
  • Norme V.92 : débit descendant jusquà 56 kbps, et débit montant jusquà 48 kbps. V92 ajoute aussi quelques fonctions supplémentaires (exemple : V44 plus performante que V42, prise dappel téléphonique …).

Plus la vitesse de transmission est élevée, plus petit est lécart entre les différents états de la ligne. Le taux derreurs a donc tendance à augmenter, particulièrement lorsque la ligne de transmission est perturbée. Ceci a amené la mise au point de normes pour détecter et corriger les erreurs, telles que les normes V.42 et MNP 1 à MNP 4 (ces dernières normes ont été mises au point par la firme Microcom).

Par ailleurs, comme, avec la norme V.90, on arrive près de la vitesse de transfert théorique maximum dune ligne téléphonique standard, on a mis au point des techniques permettant daugmenter le débit en procédant, avant lenvoi, à une compression des données.

  • La norme V.42bis, qui utilise la technique de compression BTLZ, permet de multiplier par 4 la vitesse de transmission effective dune ligne
  • La norme MNP 5 permet de doubler le débit
  • La norme MNP 6 décrit la procédure détablissement de la vitesse de transmission ; chaque modems commence par se connecter à sa vitesse la plus basse (généralement 2 400 bps), puis augmente progressivement sa cadence jusquà ce que lautre modem ne suive plus
  • La norme MNP 7 est un protocole de compression dun facteur 3
  • La norme MNP 9 tente daccroître la bande passante en plaçant les ACK (accusés de réception) dans les paquets de données plutôt que séparés
  • La norme MNP 10 utilise une compression MNP 5 ou V.42bis, mais parvient à accroître encore le débit ; si, par suite de mauvaises conditions de transmission (bruit, parasites…), les modems ont réduit leur cadence, MNP 10 leur permet daccroître à nouveau la cadence si létat de la ligne saméliore

Commandes AT

Article détaillé : Commandes Hayes.

La firme Hayes, fabricant de modems, a développé un protocole pour la commande dun modem externe à partir dun ordinateur. Le protocole définit diverses commandes permettant par exemple :

  • de composer un numéro de téléphone
  • de commander le raccordement du modem à la ligne (léquivalent de décrocher le téléphone)
  • de connaître létat de la ligne : tonalité dinvitation à transmettre, ligne occupée
  • de spécifier le type de transmission et le protocole de liaison à utiliser
  • de régler le volume sonore du haut-parleur interne du modem
  • denvoyer les caractères transmis simultanément vers lécran
  • dafficher certains renseignements concernant le modem
  • de manipuler les registres internes du modem

Notes et références

  1. 56K Modem Emulator - Son caractéristique produit par un modem téléphonique lors de sa connexion
  2. a et b (en) Nullmodem.Com - Site d'information et de référence sur le brochage des connecteurs

Articles connexes

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