Тестирование внешних модемов
В тестовой лаборатории журнала КомпьютерПресс проведено тестирование двенадцати внешних аналоговых модемов различных производителей. Тестировались: Acorp 56EMS, AVAKS Silver Jaguar 5614RE+, A-Link Porsche 5614 STE USB, CNet 5614 XE/E210, D-Link DFM-560E, D-Link DU-560M (USB), INPRO IDC-5614BXL/VR+, SmartLink 56TS, ZyXEL Omni 56K, ZyXEL Omni 56K Plus, 3Com U.S. Robotics 56K Faxmodem, 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything. Для тестирования были выбраны модемы, поддерживающие как минимум протокол V.34. Поддержка протокола V.90 и голосовые функции считались преимуществом.
Тестирование внешних модемов
Тестирование на устойчивость к затуханию
Тестирование на устойчивость к шуму
Тестирование на устойчивость к сдвигу несущей частоты
Тестирование на устойчивость к джиттеру
Тестирование на устойчивость к переприемам по тональной частоте (ТЧ)
Комплексное тестирование модемов на линиях различного качества
Испытание модемов на «идеальной» реальной линии
3Com U.S. Robotics 56K Faxmodem
3Com U.S. Robotics Courier V.Everything
Трудно представить себе современный компьютер, не оснащенный модемом. Для отечественного пользователя модем позволяет прорубить «окно в Европу», приобщая его к информационно и технологически развитому миру. Ведь именно модемы позволяют людям, находящимся на различных континентах, легко общаться друг с другом, предоставляют уникальную возможность быстрого поиска необходимой информации в недрах Всемирной сети Интернет. Эти обстоятельства позволяют рассматривать модем как неотъемлемую часть современного компьютера. Однако для российского пользователя открытие неограниченных возможностей сети Интернет может стать достаточно проблематичным из-за подчас крайне неудовлетворительного состояния линий связи. Решение этой проблемы во многом зависит от правильного выбора модема, который был бы хорошо адаптирован к российским телефонным линиям.
Прежде чем переходить к рассмотрению методики тестирования модемов, остановимся на основных понятиях и определениях теории передачи данных.
 |
|
Основные понятия
Для передачи данных необходима прежде всего линия или канал связи.
Линия связи в общем случае состоит из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.
Аппаратура передачи данных (DCE — Data Communication Equipment) непосредственно связывает компьютер пользователя с линией связи. Обычно DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности. Примером DCE являются модемы, линии связи, аппаратура АТС и т.п. Аппаратура пользователя, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, называется оконечным оборудованием данных (DTE — Data Terminal Equipment). Примером DTE являются компьютеры.
Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Промежуточная аппаратура прозрачна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своей работе. Для него важны только качество полученного сигнала, влияющее на скорость передачи дискретных данных. В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях связи промежуточная аппаратура предназначена для усиления и передачи аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных сетях для связи АТС между собой. При аналоговом подходе обычно используется техника частотного уплотнения (Frequency Division Multiplexing, FDM).
При передаче дискретной информации по телефонным линиям информацию первоначально кодируют, представляя ее в аналоговом виде. Но возникает вопрос: для чего нужно представлять информацию в аналоговом виде и почему ее нельзя передавать по телефонным коммутируемым линиям в естественном для компьютера цифровом коде, как это делается в локальных сетях?
Представим себе вначале дискретный сигнал, состоящий из последовательности «0» и «1». Такой сигнал можно непосредственно передавать по телефонной линии связи, если сопоставить двоичному нулю низкий уровень напряжения (или отрицательное напряжение), а двоичной единице — высокий. Этот способ представления информации называется потенциальным кодированием. Однако при передаче такой последовательности импульсов прямоугольной формы на значительное расстояние с более-менее приличной скоростью сигнал будет претерпевать значительные искажения, обусловленные частотными характеристиками линии. Положение усугубляется тем, что телефонные каналы связи или каналы тональной частоты первоначально были предназначены для передачи голосовых сообщений в частотном диапазоне от 300 до 3400 Гц. Несмотря на то что человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 до 22 000 Гц, диапазона от 300 до 3400 Гц вполне достаточно для воспроизведения человеческого голоса. Таким образом, канал тональной частоты (ТЧ) имеет полосу пропускания всего 3100 Гц. Такое строгое ограничение на частоты передаваемых сигналов связано прежде всего с использованием аппаратуры уплотнения и коммутации каналов в телефонных сетях.
Оказывается, что каким бы хитроумным не было цифровое кодирование исходного сигнала, его спектр нельзя уложить в ширину полосы пропускания канала ТЧ. По этой причине цифровое кодирование не используется при передаче сигналов по коммутируемым каналам связи.
Применение аналоговой модуляции, при которой синусоидальный сигнал кодируется изменением амплитуды, частоты и фазы, приводит к спектру гораздо меньшей ширины при равной скорости передачи информации. Кроме того, спектр сигнала становится симметричен относительно некоторой несущей частоты. Эти обстоятельства позволяют с успехом использовать аналоговую модуляцию для передачи сигналов по каналам связи с ограниченной полосой пропускания. Однако для модуляции синусоидального сигнала требуется более сложная и дорогая аппаратура, чем для генерации прямоугольных импульсов. Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, называется модемом.
Скорость передачи данных ограничивается прежде всего шириной полосы пропускания канала связи. Это связано с тем, что с увеличением скорости модуляции сигнала возрастает и ширина спектра этого сигнала. Ограничение, накладываемое на скорость модуляции шириной канала ТЧ, можно частично скомпенсировать, если за одно дискретное состояние сигнала передавать несколько информационных бит. Например, в известном методе квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) используется амплитудная модуляции с четырьмя уровнями амплитуды и фазовая модуляция с восемью значениями величин сдвига фазы. Это позволяет в одном дискретном состоянии сигнала закодировать 32 информационных бита. Теоретически скорость передачи данных при этом должна возрасти в 32 раза, но из возможных 32 комбинаций сигнала используются далеко не все. Например, могут использоваться только 6, 7 или 8 комбинаций для представления исходных данных, а остальные комбинации являются запрещенными. Такая избыточность кодирования требуется для распознания модемом ошибочных сигналов, являющихся следствием искажений.
Скорость передачи информации можно измерять количеством дискретных состояний за 1 секунду. Такая единица измерения скорости передачи получила название бод, в честь одного из изобретателей телеграфа в его современном виде — француза Бодо. В случае двухуровневого кодирования скорость, измеряемая в бодах, совпадает со скоростью, измеряемой в бит/с, то есть 1 бод = 1 бит/с. При использовании четырехуровневого кодирования боды и бит/с не совпадают. Причем 1 бод = 2 бит/с, то есть за одно дискретное состояние передается 2 бита информации. Аналогичная ситуация возникает и при использовании остальных методов модуляции.
Вообще можно сказать, что скорость в битах равна скорости в бодах, умноженной на число бит в одном боде. Но увеличение количества дискретных различимых состояний сигнала налагает особые требования к отношению сигнал/шум. Кроме того, повышение скорости передачи данных ограничено шириной полосы пропускания канала ТЧ, так как увеличение скорости сопровождается уширением спектра передаваемого сигнала. Можно доказать, что независимо от способа модуляции сигнала максимальная скорость передачи информации ограничивается шириной полосы пропускания канала связи и отношением сигнал/шум и равна
.
Данное выражение носит название формулы Шеннона. В этой формуле S (Signal) — уровень сигнала, N (Noise) — уровень шума, F — ширина полосы пропускания канала связи, выражаемая в герцах.
Из этой формулы непосредственно следует, что для передачи на скорости 33 600 бит/с необходимо, чтобы уровень сигнала был больше уровня шума почти в 1820 раз.
В общем случае скорость передачи данных зависит не только от отношения сигнал/шум, но и от затухания сигнала. Впрочем, это и понятно, ведь с увеличением уровня затухания сигнала будет уменьшаться отношение сигнал/шум.
В теории связи отношение сигнала к шуму (Signal to Noise Ratio, SNR) принято выражать в децибелах и определять по формуле:
Для хорошей линии связи отношение сигнал/шум может составлять, например, 40 дБ. Это означает, что уровень сигнала больше уровня шума в 10 000 раз.
Скорость передачи данных принято измерять как в бит/с, так и в символах в секунду (Character per second, CPS). Скорость, измеряемая в CPS, полностью аналогична скорости, измеряемой в байт/с, так как символ эквивалентен байту.
При тестировании модемов производилось определение зависимости скорости передачи данных от различных дестабилизирующих факторов, среди которых наиболее важным является отношение сигнал/шум и затухание в канале связи. Это позволило вычислить такую важную характеристику модема, как чувствительность.
|
|
|
Методика тестирования
сновная трудность тестирования модемов по сравнению с другими компьютерными компонентами состоит в том, что их работа зависит не столько от содержимого компьютера (процессорной подсистемы, дисковой подсистемы и т.д.), сколько от характеристик канала связи между двумя модемами. Кроме того, при каждом новом соединении характеристики канала связи могут непредсказуемо изменяться.
Проведение испытаний на реальной телефонной линии бессмысленно в силу неконтролируемости процесса установления связи. Поэтому модемы испытывают, как правило, с помощью имитаторов телефонных каналов. Это устройство, передающее сигнал от одного модема к другому, с внесением в него искажений и помех, характерных для реальных линий. Параметры дестабилизирующих воздействий можно задавать, имитируя линии связи различного качества. Такой подход позволяет сравнивать модемы между собой по устойчивости к различного рода помехам.
Для тестирования использовался имитатор телефонных каналов Canal-5, рекомендуемый ЦНИИ связи для проведения сертификационных испытаний модемов. Имитатор был любезно предоставлен фирмой, которая его разработала и производит, — ООО «Аналитик Телеком Системы». (Россия 123424 г. Москва, Волоколамское ш.,73, офис 321, http://www.analytic.ru, info@analytic.ru Тел.: (095) 490-0713, 490-0799, тел/факс: (095) 490-6314).
Имитатор телефонных каналов AnCom Canal-5 предназначен для проведения испытаний телекоммуникационного оборудования путем воспроизведения электрических характеристик выделенного канала тональной частоты (ТЧ) в четырех- и двухпроводном окончании, а также канала коммутируемой телефонной сети.
Имитатор AnCom Canal-5 представляет собой интеллектуальное имитационно-измерительное устройство, управляемое персональным компьютером, и объединяет в себе электрическую модель телефонного канала и анализатор телефонных каналов AnCom TDA-5.
Представление мнемосхем и параметров настройки блоков имитатора, управление имитатором и его конфигурирование, а также управление проведением контрольных измерений установленных значений имитируемых параметров и параметров тестируемого оборудования обеспечивается внешним управляющим компьютером и программным обеспечением.
Управление имитатором осуществляется посредством специального программного обеспечения, которое позволяет выбрать одну из пяти схем включения имитационных блоков, а именно: режим имитации канала ТЧ в четырехпроводном окончании; режим имитации канала ТЧ в двухпроводном окончании; режим имитации канала ТЧ в четырехпроводном окончании, с одной стороны, и в двухпроводном окончании — с другой; режим имитации канала коммутируемой телефонной сети и режим четырехпроводной неискажающей линии.
В имитаторе предусмотрена возможность подключения встроенного анализатора телефонных каналов AnCom TDA-5 к контрольным точкам имитатора, отображаемым на мнемосхемах, что позволяет контролировать как произведенные настройки параметров блоков имитатора, так и параметры испытываемого оборудования.
Блок имитатора канала ТЧ выполняет имитацию следующих искажений передаваемого сигнала: искажения частотных характеристик затухания и группового времени прохождения, нелинейное искажение, задержка распространения, остаточное затухание, изменение частоты, дрожание фазы, скачки фазы. Кроме того, имитатор канала ТЧ обеспечивает генерацию равномерного шума, импульсной и гармонической помехи (от внешнего генератора).
Фактически имитатор позволяет «на столе» воспроизвести все то оборудование, с присущими ему искажениями и помехами, по которому сигнал проходит в реальной жизни от абонента до провайдера.
Тестирование модемов заключалось в исследовании их способности противостоять всевозможным дестабилизирующим факторам как по отдельности, так и в комплексе. Для проведения тестирования собиралась установка, состоящая из мастер-модема, имитатора телефонных каналов и испытуемого модема. В качестве мастер-модема был использован модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything версии US/Canada. Выбор пал именно на эту модель, так как многие провайдеры используют многоцелевые устройства доступа U.S. Robotics 3Com Total Control с установленными в них аналогичными модемами. Мастер-модем настраивался один раз, и его настройки больше не изменялись в ходе всего тестирования. Собственно настройки мастер-модема заключались в запрещении аппаратного сжатия. Попытка запретить адаптивную подстройку уровня мощности передаваемого сигнала с помощью команды ATS56.2 = 1 закончилась неудачно. Уровень передаваемого сигнала изменялся в зависимости от состояния линии связи в диапазоне от –12 дБм до –10 дБм, что регистрировалось с помощью анализатора телефонных каналов. В ходе тестирования испытуемый модем «дозванивался» до мастер-модема, и между ними устанавливалось соединение. Для этого была использована терминальная программа Zoc 3.11Professional. После установления соединения в направлении от мастер-модема к испытуемому модему копировался файл заданного размера. Зная размер копируемого файла и время копирования, можно легко вычислить скорость передачи:
.
В ходе тестирования исследовалось влияние на работу модемов пяти дестабилизирующих факторов, таких как затухание, шум, сдвиг несущей частоты, дрожание фазы и количество переприемов по ТЧ.
Кроме того, проводилось комплексное тестирование модемов на линиях различного качества. Учитывая, что стендовые испытания позволяют имитировать работу модемов только по протоколу V.34, каждый модем дополнительно испытывался на реальной линии связи, обеспечивающей его взаимодействие с провайдером по протоколу V.90.
Основные технические характеристики модемов приведены в табл. 1.
