Analisar o som de um modem dial-up

Olá, Habr.

De alguma forma, lembrando-me acidentalmente da Internet do modem e do som "igual" da conexão, pensei no que havia lá dentro.



Encontrei o som de um modem no WAV e no Signals Analyzer na rede. Vamos tentar descobrir isso.

Obviamente, não sou o primeiro a refletir sobre esse assunto há muitos anos. Como uma pesquisa do Google mostrou, um engenheiro finlandês descreveu as fases de uma conexão de modem em 2012 . Mas para quem não lê regularmente blogs em finlandês, provavelmente não é pecado descrevê-lo novamente, tendo estudado o espectro em mais detalhes.

Introdução

Uma pequena digressão para a "próxima geração", que não encontrou esses tempos: o modem era uma caixa mágica que conecta, se a memória não muda, à porta COM (ainda não havia USB) e transfere dados por uma linha telefônica comum na faixa de "voz" . Consequentemente, a conexão com a Internet (e ainda antes era FIDO ou BBS) foi precedida por um grito tão engraçado que todo o processo pode ser visto, por exemplo, aqui .

Os modems evoluíram desde os mais antigos, passando pelo aparelho a uma velocidade de 300bps, até os mais sofisticados, dando teoricamente até 56Kbps, o canal da linha telefônica não é mais permitido.

Algumas fotos sob o spoiler

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56:

Outro ponto interessante - a julgar pela Amazon, os modems US Robotics Courier 56K Business são vendidos agora e são muito caros. Por que eu não sei, provavelmente existem lugares onde ainda não há outro tipo de conexão.

Terminaremos isso com a introdução e seguiremos para o sinal.

Conectar

O primeiro ponto interessante é quando ouvimos (ou melhor, ouvimos) o som do modem; de fato, ouvimos não um modem, mas dois ao mesmo tempo - nosso modem e o modem do provedor. Os sinais do modem de chamada estão circulados em vermelho na figura:



Agora vamos ver que tipos de modulação podemos encontrar nesse sinal.

1. Discagem por tom (DTMF)

Na parte mais à esquerda da imagem, não há nada incomum aqui, a discagem por tom habitual, que também era usada em telefones comuns (alguém provavelmente se lembra do botão de alternância de tom e pulso no corpo dos telefones com fio).



A propósito, eu tinha um PBX ainda mais antigo com discagem por pulso, portanto não havia sons assim como uma conexão de 56K.

2. Conexão

O modem do provedor, depois de receber uma chamada, "atende o telefone" e envia alguns tons para a linha, "nosso" modem responde com um tom de frequência diferente e envia informações sobre os protocolos disponíveis para a linha:



Como você pode ver, o FSK é usado aqui - modulação de frequência, na qual o código binário é transmitido a partir da linha usando dois tons alternados. A taxa de transferência é de apenas 300 bits / s.

O modem do provedor responde no mesmo modo, confirmando a recepção.

A conexão é concluída transmitindo um tom suficientemente longo com modulação de amplitude de baixa frequência.



É interessante que, se você olhar com mais detalhes, poderá ver que nos locais das “articulações” a fase do tom também muda:



Por que isso é feito, é difícil dizer.

3. Troque "configurações avançadas"

Coloquei o nome entre aspas, porque Não sei ao certo, mas só posso adivinhar. Aqui, os modems trocam várias informações sobre os protocolos disponíveis:



À esquerda, o sinal modulado em amplitude já descrito acima, depois o sinal já familiar para nós do FSK. Mas com a borda à direita - outro tipo de modulação. A imagem mostra que não é a frequência e a amplitude que estão mudando, mas a fase do sinal (PSK, Phase Shift Keying):



O comprimento do sinal é de apenas 0,15s.

4. Verificação de linha

Aqui, os dois modems enviam um sinal de banda larga (para todos os sinais disponíveis de 3,7KHz :) com uma duração de ~ 0,4s, o resultado é enviado para outro modem.



No final, o modem transmite um sinal separado para ajustar o equalizador e suprimir o eco na linha.

Em seguida, o alto-falante é desligado e são executados procedimentos de nível superior - verificando o login / senha e, se estiver tudo bem, o usuário se conectará à rede.

Conclusão

Como você pode ver, quase tudo está incorporado ao som do modem e, ao analisar a questão, surgiu, mas, de fato, por que é tão complicado? Por que alternar entre diferentes tipos de modulação para apenas trocar dados?

A resposta é provavelmente simples - legada. Cada novo modem não deve apenas funcionar o mais rápido possível e suportar os protocolos mais recentes, mas também conectar-se a modelos mais antigos. Portanto, no início, os modems são conectados a uma velocidade mínima de 300 bauds e trocam informações de protocolo, "configurações avançadas" são transmitidas por outro tipo de modulação, que o modem antigo ignorará e os novos modems podem usar.

Claro, eu não me propus a analisar cada bit no sinal, o acima é apenas uma informação geral. Aqueles que desejam estudar o tópico com mais detalhes podem ser enviados para o artigo de 2012(em inglês) ou para a descrição dos padrões da ITU , mas, para o primeiro conhecido, acho que há informações suficientes.

PS: Sob o spoiler, o som de um modem com um layout de tempo:

Vídeo

Source: https://habr.com/ru/post/undefined/