Il modem (modulatore-demodulatore, dall'inglese modulator-demodulator), nelle telecomunicazioni ed elettronica, è un dispositivo di ricetrasmissione che ha funzionalità logiche di modulazione/demodulazione (analogica o digitale) in trasmissioni analogiche e digitali.
Nell'accezione più comune il modem è un apparecchio di collegamento telefonico di un terminale (ad esempio un computer) a una rete di trasmissione dati, che converte (modula) i segnali digitali in impulsi analogici e, in fase di ricezione, riconverte (demodula) gli impulsi analogici in segnali digitali.Giuliano Vigini, Glossario di biblioteconomia e scienza dell'informazione, Milano 1985, pag. 73.
Storia I servizi di trasmissione di notizie negli anni '20 usavano dispositivi multiplex che soddisfacevano la definizione di un modem. Tuttavia, la funzione modem era incidentale alla funzione multiplexing, quindi non sono comunemente inclusi nella cronologia dei modem. I modem sono nati dall'esigenza di connettere le telescriventi alle linee telefoniche ordinarie invece delle più costose linee affittate che erano state precedentemente utilizzate per le attuali teleprogrammi basati su loop e telegrafi automatizzati.
Nel 1941, gli Alleati svilupparono un sistema di crittografia vocale chiamato SIGSALY che usava un vocoder per digitalizzare il parlato, quindi crittografò il discorso con il pad singolo e codificò i dati digitali come toni usando il key shift di frequenza.
I modem prodotti in serie negli Stati Uniti iniziarono come parte del sistema di difesa aerea SAGE nel 1958 (l'anno in cui la parola modem fu usata per la prima volta), collegando i terminali a varie basi aeree, siti radar e centri di comando e controllo ai centri di regia di SAGE sparsi per gli Stati Uniti e il Canada. I modem SAGE sono stati descritti dai laboratori Bell di AT&T come conformi allo standard di serie di dati Bell 101 recentemente pubblicato. Mentre funzionavano su linee telefoniche dedicate, i dispositivi a ciascuna estremità non erano diversi da quelli commerciali acustici Bell 101, 110 modem baud.
I Data-Phone 201A e 201B erano modem sincroni che utilizzavano lo shift di fase a due bit per baud (PSK). Il 201A operava half-duplex a 2.000 bit/s rispetto alle normali linee telefoniche, mentre il 201B forniva il servizio full duplex a 2.400 bit/s su linee dedicate a quattro fili, i canali di invio e ricezione ciascuno in esecuzione sul proprio set di due fili.
Il famoso standard del set di dati Bell 103A fu introdotto anche da AT&T nel 1962. Forniva un servizio full-duplex a 300 bit/s rispetto alle normali linee telefoniche. È stata utilizzata la codifica in base alla frequenza, con il mittente che trasmette a 1.070 o 1.270 Hz e il modem di risposta che trasmette a 2.025 o 2.225 Hz. Il 103A2 prontamente disponibile ha dato un importante impulso all'uso di terminali remoti a bassa velocità come l'ASR e il KSR del modello Teletype 33 e l'IBM 2741. AT&T ha ridotto i costi del modem introducendo il 113D di sola origine e il 113B/Modem C di sola risposta.
Significato e funzionamento
Questo dispositivo permette la MOdulazione e la DEModulazione dei segnali contenenti informazione; dal nome di queste due funzioni principali il dispositivo prende il nome di MODEM. In altre parole, sequenze di bit vengono ricodificate come segnali elettrici. Il modem è anche una componente fondamentale del Fax.
In pratica il modem (DCE Data Communication Equipment), associato ad un terminale di rete ovvero un PC (DTE Data Terminal Equipment), attua le procedure di conversione, codifica e decodifica del segnale elettrico informativo da analogico a digitale (demodulazione numerica) in entrata al PC, che è un sistema digitale, e da digitale ad analogico (modulazione numerica) in uscita dal PC lungo il doppino telefonico, verso altre destinazioni della rete. Può essere visto quindi come un opportuno dispositivo elaborativo di rice-trasmissione nell'ambito delle comunicazioni o trasmissioni digitali o numeriche che fa da interfaccia tra un sistema digitale (il PC) e una linea trasmissiva analogica, quale ad esempio il doppino telefonico.
Classificazione Modem tradizionale
La prima distinzione che si deve fare fra i diversi tipi di modem è il tipo di supporto trasmissivo, il "filo" telefonico e quello che c'è lungo il suo percorso o, più propriamente, la banda passante di questo "filo". Per maggiore precisione, questo "filo" è un doppino telefonico (o coppia telefonica) con particolari caratteristiche costruttive ed elettriche: impedenza tipica, capacità parassita tipica, resistenza tipica, immunità ai disturbi ecc.
Se questo doppino telefonico non attraversa dei centralini telefonici (PABX) o dei gruppi di pupinizzazione, la sua banda passante teorica dipende solo dalla sua impedenza tipica e, limitatamente a qualche decina di chilometri (fra i 5 e i 25 km dipendente dalle caratteristiche dell'apparecchiatura), potremo usare dei modem di tipo banda base.
Se la coppia attraversa gruppi di pupinizzazione, centralini telefonici (PABX), sistemi di amplificazione eccetera, la banda passante sarà quella tipica per le comunicazioni telefoniche, che in Italia è compresa fra 0 e 4 kHz considerando i margini di distacco. In questo caso dovremo usare dei modem di tipo banda fonica. Le distanze teoriche raggiungibili non hanno limiti fisici.
Se la coppia deve essere usata sia per fonia che per la trasmissione dati dovremo usare la banda inferiore (fino ai 4 kHz) per l'uso fonico e il resto della banda passante di quel doppino per la trasmissione dei dati. In questo caso si adopererà dei modem di tipo data over voice o modem vocali. Questi modem necessitano di particolari filtri passa banda alla sorgente, all'arrivo e per attraversare PABX o simili. Le distanze raggiungibili sono molto limitate e possono arrivare a qualche chilometro.
Fra i modem data over voice il tipo più usato e diffuso è il per le connessioni in alta velocità ad internet.
Nei modem in banda base la velocità di trasmissione comporta un maggior uso della banda passante e, con l'esclusione dei modem tipo ADSL, avranno una modulazione di tipo PSK (Phase Shift Key) o simili. In pratica useranno sempre un baud per bit.
Modem in banda fonica (o modem fonici) Questi tipi di modem sono adatti ad essere connessi su una linea telefonica commutata, ovvero connessa ad un centralino telefonico (PABX) e devono rispettare tutte le normative relative alle comunicazioni telefoniche. Per questo motivo la banda di frequenze adoperata ed il livello del segnale dovrà rispettare dei valori standard. Per la banda di frequenza essa è compresa fra 0 e 4 kHz. Questa banda permette un passaggio di un massimo di 1200 baud. I primi modem, infatti, potevano instaurare delle connessioni half duplex a questa velocità massima e, attraverso i segnali di controllo dell'interfaccia fisica EIA RS-232 poteva essere instaurata una connessione di tipo semiduplex a 1200 bit/s o Full Duplex a 600 bit/s. In altri casi, ove c'era la necessità, venivano usate connessioni a 600/300 e sottocanale di servizio a 75 bit/s. La tecnica di trasmissione si è evoluta permettendo da prima ad avere connessioni full duplex a 2400 e, successivamente a 4800, 9600 ed ora fino agli attuali 56 kbit/s con lo standard V.90. È da notare però che comunque i baud trasmessi sono sempre 1200 ma le informazioni che ogni singolo baud oggi è in grado di trasferire passa da un bit alle origini fino a raggiungere i teorici 46,6 bit per baud. In pratica questo non è vero perché intervengono altri fattori come la compressione dei dati, la soppressione dei bit di Start e di stop, la conversione della trasmissione asincrona in sincrona e l'uso di protocolli particolari fra i modem o, per meglio dire, fra i microprocessori dei modem.
I modem in banda fonica attuali sono quasi tutti asincroni, full duplex, a chiamata automatica (cioè possono chiamare un altro modem e stabilire una connessione sotto il controllo di un programma) e a risposta automatica (cioè possono rivelare quando il telefono collegato suona e possono rispondere per stabilire una connessione).
Principio di funzionamento Supponiamo di avere due computer in due punti geograficamente distanti e collegati a due modem in banda fonica Auto Call e Auto answer e di voler trasmettere dei dati da uno all'altro tramite una normale linea telefonica:
il primo computer invierà dei caratteri particolari alla propria porta seriale dando il comando al modem di effettuare la chiamata del numero telefonico del computer destinatario (codifica AT). Modem effettuerà la composizione del numero in base al comando AT ricevuto e attenderà la risposta del modem remoto. il modem remoto, ricevendo la chiamata invierà al proprio computer il segnale di Ring Indicator e, se attivato, dei caratteri alfanumerici secondo la codifica ASCII formanti la parola RING. Se il proprio PC ha attivato il segnale sulla porta EIA RS-232 di DTR (Terminale pronto) il modem è autorizzato a rispondere e, dopo il numero di squilli stabiliti nella propria memoria, risponderà aprendo la linea e immettendo su questa un tono di risposta. il modem chiamante, sentendo il tono di risposta del secondo modem, inizierà ad inviare dei dati riguardanti le sue caratteristiche più elevate ed attendendo risposta. Se non ottiene risposta riproverà ad inviare dati secondo un tipo di codifica inferiore fino ad ottenere la risposta. A questo punto i due modem si scambiano dati e test sulla qualità della linea fino a stabilire una connessione alla massima velocità possibile per le caratteristiche comuni ai due modem e alla qualità della linea. Da notare che i modem, fra i primi comandi e toni inviati, lanciano anche un comando dedicato agli amplificatori e ponti radio telefonici per inibire la soppressione dell'eco di linea. Le transazioni terminano lanciando al proprio computer dei caratteri ASCII formanti la parola CONNECT seguita dalla velocità di connessione stabilita. Se previsto dalla programmazione del modem l'altoparlante del modem diventerà silenzioso. Infine i dati del primo computer verranno inviati all'uscita ossia alla porta seriale del computer la porta seriale che fa da interfaccia tra il computer ed il modem spedisce al modem le informazioni sotto forma di flussi di bit questi flussi di bit vengono trasformati da un circuito di modulazione in frequenze (al limite bastano soltanto due frequenze visto che i valori possibili sono o 0 o 1) ed inviati il modem dopo aver tradotto le informazioni digitali (bit) in informazioni analogiche (frequenze sonore) le pone in uscita il canale, che nel nostro caso è la linea telefonica, provvederà a trasportare i dati fino al destinatario, ossia il modem del computer ricevente questo acquisirà i dati in formato analogico e li tradurrà attraverso una procedura di demodulazione in formato digitale invierà questa informazione all'interfaccia seriale e alla fine le informazioni saranno trasmesse al computer ricevente
La velocità di trasmissione dei dati tra due sistemi è misurata normalmente in bit al secondo b/s, mentre il baud rate massimo è sempre di 1200 per una banda fonica.
Altre funzioni Oltre al compito fondamentale di modulazione-demodulazione, i modem ne possono svolgere numerosi altri, in funzione delle modalità e dei requisiti del collegamento, come ad esempio la ricezione o l'invio dei fax. Per fare questo il modem deve essere conforme agli standard ITU v.17 e T.30 che è il vero e proprio protocollo per i fax. Oppure se il modem è un modem voce, all'arrivo di una chiamata fa suonare il campanello del computer.
Modem Vocali I modem vocali possono permettere comunicazioni simultanee di voci e dati nello stesso momento. Questi modem sono marchiati con la sigla AVSD (Analog Simultaneous Voice and Data), conformi allo standard V.34Q ITU-T, o DSVD (Digital Simultaneous Voice and Data) conformi allo standard V.70.