Si analizamos los sonidos desde el punto de vista de la frecuencia, comprobamos que las frecuencias audibles están comprendidas entre los 20Hz y 20. 000 Hz. Esto significa que una canal transmisor de sonidos, para que sea considerado de alta fidelidad, debe tener un ancho de banda que permita que se transmitan todas las frecuencias contenidas, sin recortar ninguna y sin perder calidad. Sin embargo el canal telefónico solo deja pasar frecuencias entre 300 y 3400 Hz. De esta manera se explica porque un concierto no suena bien por teléfono dado que el canal recorta los componentes de frecuencias inferiores a 300 Hz y superiores a 3400 Hz. Según esto podemos calcular el ancho de banda del canal telefónico, aproximadamente unos 3000 Hz.
Aqui radica el aspecto mas importante de la comunicación de datos por línea telefónica. La información digital, con la que trabajan los ordenadores, (entendida como una onda cuadrada representando los ceros y los unos a base de dos niveles de tensión, normalmente 0 y 5 voltios), tiene unos componentes en frecuencia que no solo se salen del ancho de banda del canal telefónico sino que los incumplen infinitamente. Es decir hay frecuencias con tantos ceros que llenarían ellos solos este articulo. Esta es la razón de que se utilice la técnica de la modulación, (luego se vera este tema mas a fondo) consistente en transformar una señal digital en otra analógica y que cumpla estas dos condiciones: que incluya en su forma la misma información que la digital y que la nueva forma con que se presenta la información, tenga componentes de frecuencia que no se salgan de los márgenes del ancho de banda del canal telefónico.
Indudablemente, cuanto mayor es la velocidad con que se transmiten los datos, mayor es la dificultad para conseguir modular las ondas en una línea telefónica. Las distintas normas que ha ido definiendo el CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía) no son sino descripciones de sistemas de modulación que van consiguiendo, para velocidades cada vez mayores, un funcionamiento correcto en canales telefónicos. La clave está en entender que un modem es un equipo que debe adaptar información digital mediante un proceso de modulación, a un medio que no esta preparado para ello.
ALGUNOS CONCEPTOS BASICOS
La velocidad de trasmisión de datos es una fuente de confusiones, incluso entre aquellos que tienen conocimientos sobre el tema. La raíz del problema esta en que los términos bits por segundo (bps) y baudios son usados indistintamente e indiscriminadamente. Me imagino que esto es debido a que es mas fácil decir baudios que bits por segundo, además la falta de información también tiene mucho que ver en esto.
Los bps, son la medida del numero de bits (0’s y 1’s) transmitidos durante cada segundo en un canal de comunicaciones. Tambien se lo conoce como bit rate. Los caracteres individuales (letras, números, ...), también llamados bytes, están compuestos de varios bits, en nuestro caso, concretamente de 8.
El baudio es la medida del numero de veces que una señal cambia en un segundo o pasa de un estado a otro en un canal de comunicaciones. Un baudio es sencillamente un cambio de estado (con estados me refiero a frecuencias, niveles de voltaje o fases de ángulos). En un modem de 300 baudios la señal trasmitida cambia 300 veces en un segundo mientras que un modem de 600 baudios cambia 600 veces en el mismo tiempo. Esto no quiere decir necesariamente que un modem de 300 baud y otro de 600 baud trasmitan 300 y 600 bps respectivamente. Dependiendo de la técnica de modulación empleada, como veremos mas adelante, un modem puede transmitir 1 bit o mas en cada baudio o cambio de estado. Como dije antes, el numero de bits que un modem transmite en un segundo esta estrechamente relacionado con el numero de baudios, pero no son necesariamente el mismo. Para verlo mas claro pongamos un ejemplo, supongamos un modem de 300 baudios que emplea una técnica de modulación en la que en cada cambio de señal trasmite un solo bit: 300 bauds/segundo * 1 bit/baud = 300 bps.En este caso coinciden los baudios con los bps. Sin embargo los modems que funcionan a 2400 bps lo hacen a 600 baudios, ¿Como se puede explicar esto?, muy sencillo, en este caso se emplea una técnica de modulación que permite trasmitir 4 bits en cada cambio de estado: 600 bauds/segundo * 4 bits/baud = 2400 bps.
Los caracteres por segundo, cps, son el número de caracteres (letras, números, espacios y símbolos) trasmitidos en un canal de comunicaciones en un segundo. Los cps son un sistema mas conveniente para tratar la velocidad de transmisión que los baudios o los bps. Calcular el número de caracteres por segundo es sencillo, tan sólo hay que dividir los bits por segundo entre el número de bits por carácter. De todos modos hay que tener en cuenta que los bits que forman un carácter no son los únicos que se transmiten. De hecho, se pueden mandar hasta 10 bits por cada carácter durante un transferencia, dependiendo de si se usan datos de 7 u 8 bits. Esto es debido a la existencia de los bits de inicio y de final (start y stop bits), que son añadidos a los caracteres por el sistema emisor para permitir al sistema receptor determinar que grupos de bits forman un carácter. Así que en la comunicación asíncrona el número de bits por carácter es usualmente 10 (bien 8 bits de datos mas 1 bit de inicio y otro de final o 7 bits de datos mas 1 bit de paridad mas uno de inicio y otro de final).
Al principio del articulo hacíamos referencia a la modulación, como sistema para convertir información analógica en información digital, ahora es el momento de profundizar un poco mas en el tema. Una onda podemos caracterizarla en un instante dado, por su frecuencia, amplitud y fase. Por este motivo, son estos parámetros los únicos que podemos variar para que incorporen la información que debe transmitir la onda: los datos. La utilización de cada uno de estos parámetros establece una primera clasificación de los métodos de modulación en función de que propiedad de la onda se altera para transportar las propiedades binarias del mensaje: Modulación en Amplitud, este tipo de modulación no se usa por si misma en comunicación de datos, debido a que es muy sensible al ruido eléctrico y daría rendimientos muy malos en la transmisión de la información.
Modulación en Frecuencia, en este metodo se adecua la frecuencia de la transmisión a la trama de bits. Recibe la denominación FSK (Frecuency Shift Keying, modulación por desplazamiento de frecuencia). El sistema básicamente cambia la frecuencia de la transmisión cuando haya un 0 o cuando hay un 1. Así, los ceros se transmiten a 90 Hz y los unos a 1180 Hz. La modulación en frecuencia requiere bastante ancho de banda. El concepto de ancho de banda (ya comentado anteriormente) es el más importante en la comunicación de datos. Para entenderlo, pensemos que cualquier onda de cualquier forma puede conseguirse sumando ondas senoidales de diversas frecuencias, cada una con un peso especifico en la suma. Cuanto más diferente a una senoide es la forma de la onda, esta descomposición requiere mas frecuencias. El ancho de banda es la diferencia entre la frecuencia mas alta y la mas baja (despreciando las que tienen un peso específico muy pequeño) que requiere esta descomposición. En el caso de la modulación FSK, se requieren frecuencias en torno a la que representa el uno y a la que representa el cero. Cuantos más cambios se produzcan, más ancho es el sector de frecuencias en torno a estas centrales. Es decir, cuanto mayor es la velocidad de los datos más separados tienen que estar las distancias que representan al cero y al uno. Si transmitimos a alta velocidad, estas frecuencias se salen del ancho de banda telefónico.
Modulación en Fase, mediante esta técnica, los modems interrumpen la continuidad de la onda, no dejando que complete un ciclo, de tal forma que cambian la fase de la señal. Normalmente se compara la fase del ciclo en un periodo con la fase del ciclo en el periodo siguiente, con lo que obtenemos un método de modulación con desplazamiento de fase diferencial (DPSK, Diferencial Phase Shift Keying). En la modulación en frecuencia, cada ciclo, representa un bit, 0 ó 1, dado que en un ciclo transmite a una frecuencia u otra. Sin embargo, en la modulación en fase, cada ciclo puede tener cuatro estados (0 grados, 90, 180 ó 270) por lo que representa dos bits (00, 01, 10, 11) llamados dibitios. No hay que extrañarse de que un modem con DPSK trabaje a 600 baudios (o lo que es mas importante, ocupe un ancho de banda correspondiente a 600 cambios por segundo) y sin embargo, funcione a 1200 bps, como hemos visto antes. Al utilizar menos ancho de banda trabaja mejor en peores condiciones de línea telefónica y con eficacia doble en cuanto a la velocidad.
Modulación de Amplitud en Cuadratura, antes se comento que la modulación en amplitud por sí misma no se usa en transmisión de datos, sin embargo si se utiliza una combinación de modulación en amplitud y fase, lo que permite codificar más de dos bits por ciclo. Las distintas combinaciones (variar mucho las fases por ciclo y poco la amplitud o al contrario) determinan distintos patrones, algunos de los cuales operan mejor que otros. La modulación de amplitud en cuadratura es conocida por las siglas QUAM (QUadrature Amplitude Modulation), y normalmente se configura para un rendimiento de 4 bits por baudio (cuadribitios).
Resumiendo, los ciclos por segundo (baudios) no son lo mismo que bps, en modulación y en frecuencia coinciden, pero en el resto no. También, que debido al ancho de banda del canal telefónico (3000 Hz) el limite máximo de ciclos por segundo es de 2400, sin embargo gracias a las diferentes técnicas de modulación se pueden conseguir velocidades muy superiores.
UN POCO DE HISTORIA
Los modems de PRIMERA GENERACION eran básicamente eso, modems, y se limitaban a convertir las señales analógicas a digitales y viceversa. Este tipo no tenían ninguna clase de funciones añadidas además de la MOdulación y DEModulación, y era el usuario el que se tenia que ocupar de la selección de la velocidad, marcado del número telefónico, ..., además este tipo de modem no poseía ningún tipo de inteligencia y no podía tomar decisiones por si mismo. Los acopladores acústicos (como el que salía en la película «Juegos de Guerra») son un típico ejemplo del modem de primera generación. Normalmente no alcanzaban velocidades superiores a 600 bps, pues debido al acoplamiento acústico, eran muy sensibles al ruido y a las perdidas de señal.
Los modems de SEGUNDA GENERACION tienen funciones añadidas, estas funciones añadidas pueden ser de lo mas variado, desde el marcado automático, respuesta automática, negociación de la velocidad, hasta la desconexión automática por inactividad prolongada de datos. Este tipo de modem se ha dado en llamar automático o inteligente, y todos ellos tienen su pequeña ROM donde almacenan microprogramas de control, de interface con el usuario, e incluso de diagnósticos. Este, es el tipo de modem que se está utilizando actualmente en la mayoría de las aplicaciones en microinformática, prácticamente todos los modems que se usan en el mundo de los Pc son de este tipo. Las normas V.21, V.22 y V.22b, a las que pertenecen los modems de 1ª y 2ª generación, funcionan a 300, 1200 y 2400 bps respectivamente, modulandose a 300 (V.21) y 600 baudios (V.22 y V.22b) con las técnicas FSK, DPSK y QUAM.
He aqui algunas de las características que identifican a un modem de segunda generación: Conexión directa, los modems de segunda generación se conectan directamente a la línea evitando todas las interferencias y perdidas que se producían en los modems con acoplamiento acústico. Lenguaje de control, las acciones que en los modems de primera generación había que efectuar se efectúan ahora mediante mandatos enviados al modem a través de un lenguaje de control (p.e.: la simple acción de poner el modem en línea requería en los de primera generación el accionamiento de un interruptor externo). Parámetros programa-bles en un modem automático, que son muchos y susceptibles de ser alterados a fin de ajustarlo a nuestras necesidades particulares (p.e.: nos puede interesar regular el numero de veces que debe sonar el teléfono antes de que responda automáticamente, el tiempo que estará a la portadora del modem remoto antes de colgar, ...). Todos estos parámetros programables hacen aún más potente y flexible al modem que consecuentemente será mejor controlado por software.
Como ya he comentado anteriormente los modems de segunda generación son programables por software, esto quiere decir que mediante ordenes que le enviemos podremos controlar su funcionamiento sin ni siquiera tener que tocar el modem, mas que para encenderlo. Una empresa americana llamada Hayes Microcomputer Products, dedicada a equipos para microordenadores, elaboró un conjunto de mandatos para el control programado de sus modems. Dado que por aquel entonces no existía ningún lenguaje de control de este tipo reconocido, pronto todos los fabricantes empezaron a adoptarlo, y así fue como se convirtió en un estándar.
De todo lo anterior se deduce que el principal objetivo que persiguen los modems automáticos es entregarle al software el control del modem, a la vez que se hacen más inteligentes, en el sentido que pueden tomar decisiones por sí mismos aunque, eso si, siempre son decisiones condicionadas por la programación que se haya efectuado previamente sobre ellos. Todo esto redunda en un mayor control desde el software y una mayor facilidad de manejo de cara al usuario. Que fácil es decirle a nuestro programa de comunicaciones que nos conecte con XXXX, y esperar a que se establezca la comunicación sin tener que preocuparnos de nada más.
MANDATOS, CODIGOS, REGISTROS Y OTRAS MALAS HIERBAS
Para la realización de las diferentes tareas de control y programación del modem, existen una serie de mandatos, cada uno con una función especifica. Todos estos mandatos comienzan por las letras AT (que pretenden significar ATention modem), seguidas de la(s) letras del mandato correspondiente. En la Ilustración 2 se muestran los mandatos más usados, más que nada porque esto no pretende ser un compendio de comandos Hayes, para eso es mejor referirse al propio manual del modem, ya que en algunos casos se suelen incluir juegos de comandos específicos de cada modem.
