Un módem (del inglés modem, acrónimo de modulator demodulator; pl. módems) es un dispositivo que convierte las señales digitales en analógicas (modulación) y viceversa (desmodulación), y permite así la comunicación entre computadoras a través de la línea telefónica o del cablemódem. Sirve para enviar la señal moduladora mediante otra señal llamada portadora.
Se han usado módems desde la década de 1960, debido a que la transmisión directa de las señales electrónicas inteligibles, a largas distancias, no es eficiente; por ejemplo, para transmitir señales de audio por el aire se requerirían antenas de gran tamaño (del orden de cientos de metros) para su correcta recepción. Es habitual encontrar en muchos módems de red conmutada la facilidad de respuesta y marcación automática, que les permiten conectarse cuando reciben una llamada de la RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada) y proceder a la marcación de cualquier número previamente grabado por el usuario. Gracias a estas funciones se pueden realizar automáticamente todas las operaciones de establecimiento de la comunicación.
Los servicios por cable de noticias en la década de 1920 utilizaban dispositivos multiplex que satisfacían la definición de un módem. Sin embargo, la función de módem era incidental a la función de multiplexación, por lo que generalmente no se incluyen en la historia de los módems.
Los módems surgieron de la necesidad de conectar teletipos a través de líneas telefónicas normales en lugar de en las líneas arrendadas más caras que anteriormente se habían utilizado para los teletipos basados en bucles de corriente y los telégrafos automatizados. En 1941, los Aliados desarrollaron un sistema de encriptado de voz llamado SIGSALY que usaba un vocoder para digitalizar el habla, luego encriptaba el habla con un teclado de una única vez y codificaba los datos digitales como tonos utilizando el cambio de frecuencia.
La producción generalizada de módems en Estados Unidos comenzó en 1958 (el año en que se usó por primera vez la palabra «modem») como un dispositivo parte del sistema de defensa aérea SAGE, conectando terminales en varias bases aéreas, en los lugares en que se situaban los radares y en los centros de mando y control con los centros directores del SAGE que se encontraban dispersos por Estados Unidos y Canadá. Los Bell Labs de AT&T describieron los módems SAGE como conformes a su entonces recientemente publicado estándar de conjunto de datos Bell 101. Mientras funcionaban en líneas telefónicas dedicadas, los dispositivos en cada extremo no eran diferentes de los módems comerciales de Bell 101, módems de 110 baudios.
Los Data-Phones 201A y 201B eran módems síncronos que utilizaban el cifrado de cambio de fase de dos bits por baudio (PSK). El 201A operaba medio dúplex a 2000 bit/s en las líneas telefónicas normales, mientras que el 201B proporcionaba un servicio dúplex completo de 2400 bit/s en líneas alquiladas de cuatro hilos, siendo los canales de envío y recepción ejecutados en su propio conjunto de dos hilos.
AT&T también introdujo en 1962 el famoso estándar de conjunto de datos Bell 103A. Proporcionaba un servicio dúplex completo a 300 bit/s en las líneas telefónicas normales. Se usó la modulación por desplazamiento de fase, con el originador de la llamada transmitiendo a 1070 o 1270 Hz y el módem que respondía transmitiendo a 2025 o 2225 Hz. El 103A2, fácilmente disponible, dio un impulso importante al uso de terminales remotos de baja velocidad como el Teletype Model 33 ASR y KSR, y el IBM 2741. AT&T redujo los costos de módem al introducir los módems 113D de solo origen y el 113B/C de solo respuesta.
Durante muchos años, el sistema Bell (AT&T) mantuvo un monopolio en el uso de sus líneas telefónicas y de los dispositivos que podían estar conectados a ellas. Sin embargo, en la decisión fundamental de 1968 de la FCC sobre Carterfone (Carterfone Decision), la FCC concluyó que los dispositivos electrónicos podían conectarse al sistema telefónico siempre y cuando usaran un acoplador acústico. Dado que la mayoría de los teléfonos eran suministrados por Western Electric y, que por lo tanto tenían un diseño estándar, los acopladores acústicos fueron relativamente fáciles de construir. Los módems de 300 bit/s compatibles con Bell 103A acoplados acústicamente fueron comunes durante los años 1970. Los modelos más conocidos eran el Novation CAT y el Anderson-Jacobson, el último derivado de un proyecto interno en el Stanford Research Institute (ahora SRI International). Una opción aún más económica era el módem Pennywhistle, diseñado para ser construido con piezas de chatarra electrónica y de excedentes de tiendas.
En diciembre de 1972, Vadic lanzó el VA3400, notable para la operación de dúplex completo a 1200 bit/s a través de la red telefónica. Al igual que el 103A, utilizaba diferentes bandas de frecuencia para transmitir y recibir. En noviembre de 1976, AT&T presentó el módem 212A para competir con Vadic. Era similar en diseño, pero usaba el conjunto de frecuencias más bajas para la transmisión. También se podría usar el 212A con un módem 103A a 300 bit/s. Según Vadic, el cambio en las asignaciones de frecuencia hizo que el 212 fuese intencionalmente incompatible con el acoplamiento acústico, bloqueando así a muchos posibles fabricantes de módems. En 1977, Vadic respondió con el módem triple VA3467, un módem solo de respuesta vendido a operadores de centros de cómputo que admitían el modo de 1200 bit/s de Vadic, el modo 212A de AT&T y la operación 103A.
El modulador emite una señal denominada portadora. Generalmente, se trata de una simple señal eléctrica sinusoidal de mucha mayor frecuencia que la señal moduladora. La señal moduladora constituye la información que se prepara para una transmisión (un módem prepara la información para ser transmitida, pero no realiza la transmisión). La moduladora modifica alguna característica de la portadora (que es la acción de modular), de manera que se obtiene una señal, que incluye la información de la moduladora. Así el demodulador puede recuperar la señal moduladora original, quitando la portadora. Las características que se pueden modificar de la señal portadora son:
También es posible una combinación de modulaciones o modulaciones más complejas, como la modulación de amplitud en cuadratura.
La distinción más común es la que suele hacerse entre módems internos y módems externos, aunque han aparecido módems llamados módems software, más conocidos como winmódems o linuxmódems, que han vuelto complejo el panorama. También existen los módems para XDSL, RDSI, y los que se usan para conectarse a través de cable coaxial de 75 ohms (cablemódems).
Su uso más común y conocido es en transmisiones de datos por vía telefónica.
Las computadoras procesan datos de forma digital; sin embargo, las líneas telefónicas de la red básica sólo transmiten señales analógicas.
Los métodos de modulación y otras características de los módems telefónicos están estandarizados por el UIT-T (el antiguo CCITT) en la serie de Recomendaciones "V". Estas Recomendaciones también determinan la velocidad de transmisión. Destacan:
Existen, además, módems DSL (Digital Subscriber Line), que utilizan un espectro de frecuencias situado por encima de la banda vocal (300-3400 Hz) en líneas telefónicas o por encima de los 80 kHz ocupados en las líneas RDSI, y permiten alcanzar velocidades mucho mayores que un módem telefónico convencional. También poseen otras cualidades, como es la posibilidad de establecer una comunicación telefónica por voz al mismo tiempo que se envían y reciben datos.
Ampliando un poco más esta evolución histórica, podemos marcar una diferencia importante si tomamos como punto de partida los primeros módems que operaban de forma analógica, pudiendo transmitir en muy baja velocidad, llegando a través de la norma V.34 a unos 34 kbps como máximo y allí alcanza su límite.
En muy poco tiempo comienzan a implantarse en determinados extremos, las primeras redes de conmutación de paquetes (universitarias, investigación, militares), con ello se gana muchísimo en la relación señal ruido y se evita una segunda conversión analógica digital, la norma V.92 fue su máximo exponente superando los 64 kbps.
El hecho concreto que da inicio a este nuevo cambio, es la implantación de las “Jerarquías digitales”, inicialmente Plesiócronas con PDH y hoy Sincrónicas con SDH, a través de estas nuevas tecnologías la voz, cumpliendo con los tres pasos (muestreo, cuantificación y codificación) pasa a transmitirse de forma digital, ocupando canales de 64 Kbps en accesos básicos (BRI = 128 kbps) y primarios (PRI = 2 Mbps con las tramas E1).
Aparece la tecnología RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) que rápidamente es superada por xDSL (x Digital Subscriber Line), sobre la que nos detendremos aquí. Estos servicios xDSL se basan sobre todo en nuevas formas de modulación (combinando sobre todo fase y amplitud) a través de “constelaciones” de bits, basados en la capacidad de varias portadoras asociadas a la relación señal ruido de esta “última milla” que hemos mencionado anteriormente; por esta razón es que xDSL es muy dependiente de la distancia y la calidad del par de cobre que llega hasta el domicilio, cuanto mejor sea la relación señal/ruido, mayor cantidad de bits podrá transmitirse por ese par de cobre y por lo tanto mayor ancho de banda se podrá ofrecer. Estas tecnologías xDSL son una familia (HDSL, VDSL, ADSL, etc…), de ellas, la que más empleo se termina haciendo en las redes de Telefonía a nivel domiciliario es ADSL (asynchronous DSL). El concepto de “asíncrono o asimétrico” viene dado en virtud de emplearse dos canales para datos (y un tercero más, independiente para la voz). De los dos canales de datos uno se emplea para “bajada” de información que suele ser de mayor capacidad y otro para “subida” de información que suele ser sensiblemente menor. Las especificaciones técnicas de esta tecnología se encuentran en la recomendación G.992.1 (G.dmt) y G992.2 (G.lite) de la ITU-T y en el estándar T1.413-1998 de la ANSI. A continuación presentamos una imagen de su funcionamiento:
Tenga en cuenta que los valores indicados son valores máximos y los valores reales pueden ser más lento en ciertas condiciones (por ejemplo, las líneas telefónicas ruidosas). Un baudio es un símbolo por segundo, y cada símbolo puede codificar uno o más bits de datos.
Dependiendo de si el módem es digital o analógico se usa una modulación de la misma naturaleza. Para una modulación digital se tienen, por ejemplo, los siguientes tipos de modulación:
Sin embargo, en el canal telefónico también existen perturbaciones que el módem debe enfrentar para poder transmitir la información. Estos trastornos se pueden enumerar en: distorsiones, deformaciones y ecos; ruidos aleatorios e impulsivos y, por último, las interferencias.
Para una modulación analógica se tienen, por ejemplo, los siguientes tipos de modulación:
Cada módem utiliza una serie de órdenes "AT" comunes y otras específicas. Por ello, se deberá hacer uso de los manuales que acompañan al módem para configurarlo adecuadamente.
Los registros o registros S son porciones de memoria donde se pueden guardar permanentemente parámetros que definen el perfil del módem (profiles). Además de las órdenes "AT", se dispone de esta serie de registros que permiten al usuario la modificación de otras características de su funcionamiento. Al igual que ocurre con las órdenes "AT", existen registros comunes y otros específicos del módem. Se enumeraran los más comunes.
Existen tres tipos de perfil para funcionamiento de los módems:
Estos perfiles están guardados en su NVRAM, y el perfil de fábrica está guardado en ROM.
Hay dos opciones o lugares de memoria donde se pueden grabar los perfiles:
Estas órdenes se envían antes de apagar el módem, para que los cargue en su próximo encendido.
Cuando se escriben las órdenes "AT", en función del tamaño del buffer del módem, se pueden ir concatenando sin necesidad de escribir para cada uno de ellos el prefijo "AT". De esta forma, por ejemplo, cuando en un programa se pide una secuencia de inicialización del módem, se pueden incluir conjuntamente en una sola línea todas las órdenes necesarias para configurar el módem.
En resumen, los pasos para establecimiento de una conexión son:
Los tests permiten verificar el módem local, la terminal local, el módem remoto y la línea de comunicaciones. Con el registro del módem S18 se indica el tiempo de duración de los tests. Si su contenido es 0, no hay límite de tiempo y es el usuario el que debe finalizar las pruebas con la orden AT&T0. El módem al encenderse realiza una serie de exámenes internos. En caso de surgir algún error, se le indicará al DTE oportunamente.
Los tests que pueden realizarse son:
El control de errores son varias técnicas mediante las cuales se chequea la fiabilidad de los bloques de datos o de los caracteres.
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