MODEM

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MODEM

Modem

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

Le modem (mot-valise, pour modulateur-dĂ©modulateur), est un pĂ©riphĂ©rique servant Ă  communiquer avec des utilisateurs distants par l'intermĂ©diaire d'une ligne tĂ©lĂ©phonique. Il permet par exemple d’échanger (envoi/rĂ©ception) des fichiers, des fax, de se connecter Ă  Internet, d’échanger des courriels, de tĂ©lĂ©phoner ou de recevoir la tĂ©lĂ©vision.

Il peut Ă©galement ĂȘtre dĂ©fini comme un acronyme.

Techniquement, l’appareil sert Ă  convertir les donnĂ©es numĂ©riques de l’ordinateur en donnĂ©es analogiques transmissibles par une ligne de tĂ©lĂ©phone classique et rĂ©ciproquement. Aujourd’hui dans le monde de la voix sur IP ces donnĂ©es analogiques peuvent ĂȘtre Ă©galement transmise dans une communication voix encodĂ©e sans aucun type de compression.

Pile de modems externes

Sommaire

Technologie

Modem acoustique (le combinĂ© du tĂ©lĂ©phone devait ĂȘtre posĂ© sur les supports).

C’est un dispositif Ă©lectronique, en boĂźtier indĂ©pendant ou en carte Ă  insĂ©rer dans un ordinateur, qui permet de faire circuler (rĂ©ception et envoi) des donnĂ©es numĂ©riques sur un canal analogique. Il effectue la modulation : codage des donnĂ©es numĂ©riques, synthĂšse d’un signal analogique qui est en gĂ©nĂ©ral une frĂ©quence porteuse modulĂ©e. L’opĂ©ration de dĂ©modulation effectue l’opĂ©ration inverse et permet au rĂ©cepteur d’obtenir l’information numĂ©rique.

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

Toutes ces catĂ©gories de modem servent bien souvent Ă  accĂ©der Ă  Internet (ou Ă  envoyer ou recevoir des tĂ©lĂ©copies, Ă  se connecter Ă  des services Minitel
), ou mĂȘme Ă  faire de la tĂ©lĂ©phonie numĂ©rique.

Depuis la fin des annĂ©es 1990, de nombreuses normes de tĂ©lĂ©communications sont apparues et, donc autant de nouveaux types de modems : RNIS (ou ISDN), ADSL, GSM, GPRS, Wi-Fi, Wimax


Histoire

Modem parallĂšle

Les modems ont Ă©tĂ© utilisĂ©s pour la premiĂšre fois dans le systĂšme de dĂ©fense aĂ©rien SAGE Ă  la fin des annĂ©es 1950. Le but Ă©tait de connecter des terminaux situĂ©s sur des bases aĂ©riennes, des sites de radars et les centres de commande et de contrĂŽle aux centraux SAGE Ă©parpillĂ©s aux É.-U. et au Canada. SAGE utilisait un systĂšme de lignes dĂ©diĂ©es mais les Ă©quipements Ă  leur extrĂ©mitĂ©s Ă©taient similaires aux modems modernes.

IBM Ă©tait le principal fournisseur de SAGE pour les ordinateurs et les modems. Quelques annĂ©es plus tard, une rencontre entre le CEO d’American Airlines et un manager rĂ©gional d’IBM permit de donner naissance Ă  un mini-SAGE utilisĂ© comme systĂšme automatique de billetterie, pour lequel les terminaux placĂ©s dans les agences vendant les billets, Ă©taient reliĂ©s Ă  un ordinateur central chargĂ© de gĂ©rer les disponibilitĂ©s et le calendrier. Le systĂšme, connu sous le nom de « Sabre Â» Ă©tait un parent Ă©loignĂ© du systĂšme moderne Sabre.

Durant des annĂ©es le dĂ©veloppement de nouvelles technologies de communication a permis une large multiplication des modems de maniĂšre indirecte. La France fut par exemple durant prĂšs d’une dĂ©cennie le pays disposant du nombre de modems par habitant le plus important, cela par l’intermĂ©diaire de la quasi-omniprĂ©sence du Minitel. Le fax a lui aussi jouĂ© dans cette Ă©volution.

Caractéristiques

La principale caractĂ©ristique d’un modem, c’est sa vitesse de transmission. Celle-ci est exprimĂ©e 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 utilisĂ© en informatique pour reprĂ©senter 1 024 (210).
  • ne pas confondre bps (bits par seconde) et Bps (bytes par seconde, c’est-Ă -dire octets par seconde)

Il a existĂ© des modems travaillant Ă  150, 300, 600, 1 200 bit/s, 4,8, 9,6, 14,4, 28,8, et 33,6 kbit/s. Depuis plusieurs annĂ©es, la norme 56 kbit/s constitue le standard. À cette vitesse, on arrive prĂšs des limites thĂ©oriques de dĂ©bit d’information pour une ligne tĂ©lĂ©phonique utilisant une seule frĂ©quence porteuse. Pour des dĂ©bits plus Ă©levĂ©s, des systĂšmes utilisant des porteuses multiples ont Ă©tĂ© mis au point, tels l’ADSL. Ces techniques nĂ©cessitent bien Ă©videmment l’utilisation de modems spĂ©cifiques.

Types de modulation

DiffĂ©rents types de modulation sont utilisĂ©s dans les modems :

  • la modulation d’amplitude (AM, Amplitude Modulation) ; celle-ci sera par exemple rĂ©alisĂ©e Ă  l’aide d’un multiplicateur analogique recevant sur une entrĂ©e la porteuse, sur l’autre le signal numĂ©rique Ă  transporter ;
  • la modulation de frĂ©quence (FSK, Frequency Shift Keying) ; les diverses frĂ©quences peuvent ĂȘtre obtenues Ă  l’aide d’un VCO (Voltage-Controlled Oscillator, peu prĂ©cis) ou par traitement numĂ©rique d’un signal produit par une horloge Ă  quartz (division de frĂ©quence, synthĂšse numĂ©rique
) ;
  • la modulation de phase diffĂ©rentielle (DPSK, Differential Phase Shift Keying) : Ă  la fin de chaque cycle de la porteuse, un changement de phase de 180° reprĂ©sente un bit 0, pas de changement de phase un bit 1 ; ceci peut ĂȘtre obtenu en plaçant Ă  la sortie de l’oscillateur gĂ©nĂ©rant la porteuse un inverseur et un commutateur qui sĂ©lectionne, Ă  chaque passage par 0 de la porteuse, soit la sortie directe, soit la sortie inversĂ©e ;
  • modulation d’amplitude et de phase combinĂ©es (QAM, Quadrature Amplitude Modulation) : on crĂ©e deux sinusoĂŻdes de mĂȘme frĂ©quence mais dĂ©phasĂ©es de 90° ; les deux signaux sont combinĂ©s en leur donnant des amplitudes adĂ©quates ; une des normes prĂ©cise seize combinaisons possibles (trois niveaux d’amplitude, douze dĂ©phasages) ; l’ensemble des combinaisons constituent ce que l’on appelle une constellation ; une constellation de 16 points permet de transmettre l’état de 4 bits simultanĂ©ment, c’est ce qui permet une cadence plus Ă©levĂ©e que les autres systĂšmes dĂ©crits ci-dessus, qui ne transmettent qu’un bit Ă  la fois ;
  • une variante de la QAM est le codage en treillis ; on utilise ici une constellation de 32 Ă©tats, ce qui devrait permettre la transmission simultanĂ©e de 5 bits ; mais le 5e bit est un bit de vĂ©rification, qui assure une protection renforcĂ©e contre les erreurs de transmission ; on transmet donc, comme en QAM, l’état de 4 bits.
  • les modems 56 kbit/s sont conçus pour travailler dans l’environnement des rĂ©seaux numĂ©riques ; ils utilisent la modulation par impulsions codĂ©es (PCM, Pulse Code Modulation) pour convertir le signal analogique en sĂ©quence numĂ©rique : l’amplitude est mesurĂ©e 8 000 fois par seconde, avec une rĂ©solution de 8 bits ; le dĂ©bit thĂ©orique devrait atteindre 64 kbit/s, mais le dĂ©bit rĂ©el se situe gĂ©nĂ©ralement entre 40 et 56 kbit/s, selon l’état de la ligne de transmission.

Structure d’un modem

Structure d'un modem

Un modem comporte les blocs suivants :

  • un modulateur, pour moduler une porteuse qui est transmise par la ligne tĂ©lĂ©phonique ;
  • un dĂ©modulateur, pour dĂ©moduler le signal reçu et rĂ©cupĂ©rer les informations sous forme numĂ©rique ;
  • un circuit de conversion 2 fils / 4 fils : le signal du modulateur est envoyĂ© vers la ligne tĂ©lĂ©phonique alors que le signal arrivant par la ligne tĂ©lĂ©phonique est aiguillĂ© vers le dĂ©modulateur ; c’est grĂące Ă  ces circuits, disposĂ©s de part et d’autre de la ligne tĂ©lĂ©phonique, que les transmissions peuvent se faire en duplex intĂ©gral (full duplex, c’est-Ă -dire dans les deux sens Ă  la fois) ;
  • un circuit d’interface Ă  la ligne tĂ©lĂ©phonique (DAA, Data Access Arrangement) constituĂ© essentiellement d’un transformateur d’isolement et de limiteurs de surtensions.

Ces circuits seraient suffisants pour transmettre des informations en mode manuel ; toutes les opĂ©rations telles que dĂ©crochage de la ligne, composition du numĂ©ro
 sont alors effectuĂ©es par l’utilisateur. Afin de permettre un fonctionnement automatisĂ©, oĂč toutes les tĂąches sont effectuĂ©es sous le contrĂŽle d’un logiciel de communication, les modems comportent gĂ©nĂ©ralement quelques circuits auxiliaires :

  • un circuit de composition du numĂ©ro de tĂ©lĂ©phone ; on peut gĂ©nĂ©ralement spĂ©cifier composition par impulsions ou par tonalitĂ©s (DTMF, Dual Tone Multiple Frequency) ;
  • un circuit de dĂ©tection de sonnerie ; ce circuit prĂ©vient l’ordinateur lorsque le modem est appelĂ© par un ordinateur distant ;
  • un dĂ©tecteur de tonalitĂ©s, qui dĂ©tecte les diffĂ©rentes tonalitĂ©s indiquant que la ligne est libre, occupĂ©e, en dĂ©rangement


Signaux de contrîle d’un modem

Les diffĂ©rents signaux Ă©changĂ©s entre un ordinateur (DTE, Data Terminal Equipment) et un modem (DCE, Data Communications Equipment) sont prĂ©cisĂ©s dans la norme RS.232/V.24 :

  • les donnĂ©es Ă  transmettre arrivent au DCE par la ligne Émission
  • les donnĂ©es reçues par le DCE apparaissent sur la ligne RĂ©ception
  • DSR (Data Set Ready, modem prĂȘt) est au niveau actif quand le DCE est alimentĂ© et raccordĂ© Ă  une ligne tĂ©lĂ©phonique
  • DTR (Data Terminal Ready, ordinateur prĂȘt) est actif quand le DTE est prĂȘt
  • RTS (Request To Send, demande d’émission) est activĂ© par le DTE lorsqu’il veut envoyer des donnĂ©es
  • CTS (Clear To Send, prĂȘt Ă  Ă©mettre) est activĂ© par le DCE lorsqu’il a Ă©tabli la liaison et est prĂȘt Ă  recevoir les donnĂ©es Ă  transmettre
  • CD (Carrier Detect, porteuse dĂ©tectĂ©e) est activĂ© par le DCE lorsqu’il reçoit une porteuse provenant d’un autre DCE
  • RI (Ring Indicator, indicateur d’appel) est activĂ© par le DCE lorsqu’il reçoit un signal de sonnerie
  • la norme prĂ©voit aussi deux connexions de masse, une pour le signal (obligatoire), l’autre pour un blindage (facultatif).

Le connecteur prĂ©vu initialement Ă©tait un connecteur 25 broches, le DB-25. Toutefois, comme de nombreuses broches Ă©taient inutilisĂ©es, la tendance actuelle est d’utiliser des connecteurs avec moins de broches, tels le DB-9 qui compte 9 broches[2].

ProcĂ©dure typique d’émission

À titre d’exemple, montrons comment ces diffĂ©rents signaux peuvent ĂȘtre utilisĂ©s :

  • avant de dĂ©marrer une transmission de donnĂ©es, l’ordinateur A vĂ©rifie que le modem A est sous tension en vĂ©rifiant le niveau de DSR
  • l’ordinateur A donne l’ordre au modem A de former le numĂ©ro de tĂ©lĂ©phone
  • le modem appelĂ©, que nous nommerons B, dĂ©tecte la sonnerie et prĂ©vient l’ordinateur B auquel il est raccordĂ© en activant sa ligne RI
  • quand l’ordinateur B est prĂȘt Ă  recevoir les donnĂ©es, il active sa ligne RTS
  • le modem B active alors sa porteuse
  • le modem A dĂ©tecte la porteuse et prĂ©vient l’ordinateur A en activant CD
  • l’ordinateur A active RTS pour demander s’il peut commencer la transmission
  • le modem A rĂ©pond en activant CTS, et la transmission des donnĂ©es peut commencer

Modem nul

Un adaptateur Null Modem

Nous avons expliquĂ© ci-dessus la façon de transmettre des informations entre deux ordinateurs distants, reliĂ©s par une ligne tĂ©lĂ©phonique : l’on raccorde Ă  chaque ordinateur un modem, qui est reliĂ© Ă  la ligne tĂ©lĂ©phonique.

Mais que faire pour transmettre des informations entre deux ordinateurs se trouvant dans la mĂȘme piĂšce ? Et bien, il suffit de dĂ©connecter les deux modems, et de placer entre les deux ordinateurs un boĂźtier muni de deux connecteurs DB-25 ou DB-9 ; ce boĂźtier, dont la fonction est de remplacer les deux modems, est appelĂ© modem nul (Null Modem). À l’intĂ©rieur du boĂźtier, les broches des deux connecteurs sont reliĂ©es de la façon suivante[2] :

  • la broche Ă©mission A est raccordĂ©e Ă  la broche rĂ©ception B
  • la broche Ă©mission B est raccordĂ©e Ă  la broche rĂ©ception A
  • les broches CTS et RTS sont court-circuitĂ©es de chaque cĂŽtĂ©
  • 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

L’UIT-T (Union Internationale des TĂ©lĂ©communications - standardisation des TĂ©lĂ©communications ; cet organisme Ă©tait appelĂ© jusqu’en 1992 CCITT, ComitĂ© Consultatif International TĂ©lĂ©phonique et TĂ©lĂ©graphique) a Ă©mis un certain nombre d’avis concernant le fonctionnement des modems. Ces avis spĂ©cifient les conditions de fonctionnement des appareils : vitesses de transmission autorisĂ©es, types de modulation, systĂšmes de compression et/ou de dĂ©tection d’erreurs Ă©ventuels ; ils constituent en rĂ©alitĂ© des normes qui sont respectĂ©es par de nombreux constructeurs. Ci-aprĂšs quelques normes importantes.

  • Norme V.21 : dĂ©bit de 300 bps en duplex intĂ©gral (full-duplex, les 2 sens simultanĂ©ment) ; modulation FSK ; mode asynchrone ; frĂ©quences utilisĂ©es : 980 et 1 180 Hz (pour le 0 et le 1) dans un sens, 1 650 et 1 850 Hz dans l’autre sens
  • Norme V.22bis : dĂ©bit de 2 400 bps en duplex intĂ©gral ; mode asynchrone ou synchrone ; frĂ©quences porteuses de 1 200 Hz dans un sens, 2 400 Hz dans l’autre ; modulation QAM avec une constellation de 16 points
  • Norme V.32 : dĂ©bit de 9 600 bps en duplex intĂ©gral ; porteuse Ă  1 800 Hz Ă  la fois pour l’émission et la rĂ©ception (donc nĂ©cessitĂ© de prĂ©voir des suppresseurs d’échos pour Ă©viter une interfĂ©rence entre les signaux se propageant dans les 2 sens) ; modulation Ă  2 400 bauds, avec une constellation de 32 points ; on transmet donc 5 bits par intervalle, mais le 5e bit Ă©tant redondant, la vitesse effective est 4 × 2 400, soit 9 600 bps.
  • Norme V.32bis : dĂ©bit de 14,4 kbps ; modulation QAM ou treillis
  • Norme V.32terbo : dĂ©bit 14,4, 16,8 ou 19,2 kbps ; modulation DPSK et treillis
  • Norme V.FAST : dĂ©bit de 28,8 kbps
  • Norme V.34 : dĂ©bit de 28,8 kbps
  • Norme V.90 : dĂ©bit de 56 kbps pour la liaison descendante (downstream, vers l’utilisateur), mais 33,6 kbps pour la liaison montante (upstream, vers le rĂ©seau) ; on a donc une liaison asymĂ©trique, comme pour l’ADSL
  • Norme V.92 : dĂ©bit descendant jusqu’à 56 kbps, et dĂ©bit montant jusqu’à 48 kbps. V92 ajoute aussi quelques fonctions supplĂ©mentaires (exemple : V44 plus performante que V42, prise d’appel tĂ©lĂ©phonique 
).

Plus la vitesse de transmission est Ă©levĂ©e, plus petit est l’écart entre les diffĂ©rents Ă©tats de la ligne. Le taux d’erreurs a donc tendance Ă  augmenter, particuliĂšrement lorsque la ligne de transmission est perturbĂ©e. Ceci a amenĂ© la mise au point de normes pour dĂ©tecter et corriger les erreurs, telles que les normes V.42 et MNP 1 Ă  MNP 4 (ces derniĂšres normes ont Ă©tĂ© mises au point par la firme Microcom).

Par ailleurs, comme, avec la norme V.90, on arrive prĂšs de la vitesse de transfert thĂ©orique maximum d’une ligne tĂ©lĂ©phonique standard, on a mis au point des techniques permettant d’augmenter le dĂ©bit en procĂ©dant, avant l’envoi, Ă  une compression des donnĂ©es.

  • La norme V.42bis, qui utilise la technique de compression BTLZ, permet de multiplier par 4 la vitesse de transmission effective d’une ligne
  • La norme MNP 5 permet de doubler le dĂ©bit
  • La norme MNP 6 dĂ©crit la procĂ©dure d’établissement de la vitesse de transmission ; chaque modems commence par se connecter Ă  sa vitesse la plus basse (gĂ©nĂ©ralement 2 400 bps), puis augmente progressivement sa cadence jusqu’à ce que l’autre modem ne suive plus
  • La norme MNP 7 est un protocole de compression d’un facteur 3
  • La norme MNP 9 tente d’accroĂźtre la bande passante en plaçant les ACK (accusĂ©s de rĂ©ception) dans les paquets de donnĂ©es plutĂŽt que sĂ©parĂ©s
  • La norme MNP 10 utilise une compression MNP 5 ou V.42bis, mais parvient Ă  accroĂźtre encore le dĂ©bit ; si, par suite de mauvaises conditions de transmission (bruit, parasites
), les modems ont rĂ©duit leur cadence, MNP 10 leur permet d’accroĂźtre Ă  nouveau la cadence si l’état de la ligne s’amĂ©liore

Commandes AT

Article dĂ©taillĂ© : Commandes Hayes.

La firme Hayes, fabricant de modems, a dĂ©veloppĂ© un protocole pour la commande d’un modem externe Ă  partir d’un ordinateur. Le protocole dĂ©finit diverses commandes permettant par exemple :

  • de composer un numĂ©ro de tĂ©lĂ©phone
  • de commander le raccordement du modem Ă  la ligne (l’équivalent de dĂ©crocher le tĂ©lĂ©phone)
  • de connaĂźtre l’état de la ligne : tonalitĂ© d’invitation Ă  transmettre, ligne occupĂ©e

  • de spĂ©cifier le type de transmission et le protocole de liaison Ă  utiliser
  • de rĂ©gler le volume sonore du haut-parleur interne du modem
  • d’envoyer les caractĂšres transmis simultanĂ©ment vers l’écran
  • d’afficher certains renseignements concernant le modem
  • de manipuler les registres internes du modem

Notes et références

  1. ↑ 56K Modem Emulator - Son caractĂ©ristique produit par un modem tĂ©lĂ©phonique lors de sa connexion
  2. ↑ a  et b  (en) Nullmodem.Com - Site d'information et de rĂ©fĂ©rence sur le brochage des connecteurs

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  • mĂłdem — Abreviatura de modulate demodulate. Es un dispositivo para transformar series de nĂșmeros binarios en tonos audibles y viceversa para transmitirlas a otro ordenador por vĂ­a telefĂłnica. Las velocidades habituales de transferencia de datos son de… 
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