Le modem téléphonique
Le modem (acronyme, pour modulateur-démodulateur)
est un périphérique informatique, qui relie un ordinateur
à un réseau analogique, comme le réseau téléphonique
classique. Il convertit les données numériques de l’ordinateur
en signal modulé, dit « analogique », transmissible
par un réseau analogique et réciproquement.
Un modem est un dispositif électronique, disponible en boîtier
indépendant ou en carte à insérer dans un ordinateur,
qui permet de faire circuler (réception et envoi) des données
numériques sur un canal analogique. Il effectue la modulation :
codage des données numériques, synthèse d’un
signal analogique qui est en général une fréquence
porteuse modulée. L’opération de démodulation
effectue l’opération inverse et permet au récepteur
d’obtenir l’information numérique.
La principale caractéristique d’un modem, c’est sa vitesse
de transmission. Celle-ci est exprimée en bits par seconde (bit/s,
b/s ou bps) ou en kilobits par seconde (kbit/s, kb/s ou kbps) (ne pas
confondre bps [bits par seconde] et Bps [bytes par seconde, c’est-à-dire
octets par seconde]). Quand il se connecte, le modem fait un bruit reconnaissable.
Les modèles successifs de modem ont proposé des débits
croissants : 150, puis 300, puis 600, puis 1 200 bit/s ; puis 4,8 ou 9,6
ou 14,4 ou 28,8 ou 33,6 ou 56 kbit/s. La norme 56 kbit/s a été
un standard ; à ce débit, on arrive près des limites
théoriques de débit d’information pour une ligne téléphonique
utilisant une seule fréquence porteuse. Pour des débits
plus élevés, des systèmes utilisant des porteuses
multiples ont été mis au point, tels l’ADSL qui nécessitent
l’utilisation de modems spécifiques.
Historique du modem :
Les modems ont été inventés par les laboratoires
Bell d'AT&T pour l'armée de l'air américaine dans
le cadre du projet SAGE.
Ces modems transmettaient des données depuis des stations radar
distantes au Canada vers des ordinateurs IBM 790 aux États-Unis
à une vitesse de 2 000 bits par seconde (bps). Un article intitulé
" Transmission of Digital Information over Telephone Circuits ",
décrivant cette première implémentation de modem,
a été publié dans le Bell System Technical Journal
en 1955.
Plus le modem est rapide, plus il est difficile d'innover ; c'est notamment
le cas des modems à ligne louée, ceux qui intéressaient
Cryer et Kohlenberg.
Créer une entreprise ne commence pas toujours
par une vision grandiose de l'avenir. Parfois, la motivation réside
simplement dans le désir de faire ce que l'on aime le plus. D'autres
fois, il peut s'agir d'un refus de travailler pour autrui. Le plus souvent,
c'est une combinaison singulière de raisonnement et d'intuition,
l'important étant d'avoir agi, comme si c'était la seule
option. Ce fut le cas pour Jim Cryer et Arthur Kohlenberg
en 1962, lorsque leur employeur, Melpar Electronics, les informa
de la fermeture du laboratoire de recherche avancée qu'ils dirigeaient
respectivement en tant que directeur et scientifique en chef. Bien qu'on
leur ait proposé de déménager en Virginie, les deux
hommes n'avaient guère envie de quitter la région de Boston.
Ils étaient convaincus de pouvoir remporter des contrats de développement
technologique attribués par les agences gouvernementales.
Ils créèrent donc une nouvelle société, Codex,
et rejoignirent les milliers d'autres entreprises attirées par
le financement de l'innovation technologique par le gouvernement fédéral.
Le début des années 1960 fut une période remarquable
pour les scientifiques et les ingénieurs animés d'un esprit
d'entreprise. Les financements fédéraux alloués à
l'innovation technologique semblaient illimités. Suite au défi
lancé par le président John F. Kennedy en mai 1961 d'envoyer
un homme sur la Lune, les financements pour les technologies de pointe
explosèrent à nouveau, s'ajoutant aux fortes augmentations
amorcées après la Seconde Guerre mondiale, lorsque les dépenses
militaires s'étaient accrues pour contrer la menace mondiale que
représentaient l'URSS et le communisme. L'un des investissements
les plus importants de l'histoire des technologies de l'information fut
le projet SAGE (Semiautomatic Ground Environment) de l'US Air Force, un
système de défense aérienne mis en place en 1951
pour détecter les avions soviétiques survolant les routes
polaires.
Lorsque l'URSS lança Spoutnik en octobre 1957, la crainte des États-Unis
atteignit son paroxysme. La science et l'ingénierie devinrent instantanément
des priorités nationales. En 1958, l'ARPA (Advanced Research Projects
Agency) et la NASA (National Aeronautics and Space Administration) furent
créées et les investissements dans la technologie affluèrent
comme jamais auparavant. Puis vint la vision mobilisatrice du président
Kennedy en 1961.
Début 1968, la direction de Milgo avait de quoi
se réjouir. Son modem 4400/48, récemment lancé et
vendu à 5 885 dollars l'unité, s'avérait être
le premier modem 4800 bps fiable fonctionnant sur des lignes téléphoniques
non conditionnées ou minimalement conditionnées
Les grands fournisseurs de la défense du gouvernement se retrouvaient
débordés et incapables de remporter tous les nouveaux contrats,
ni de maintenir leur supériorité technique face à
l'essor fulgurant des nouvelles technologies. De nombreuses opportunités
s'offraient à quelques scientifiques et ingénieurs pour
créer une entreprise et décrocher des contrats de développement,
voire des commandes de production. Le gouvernement fédéral
a ainsi, de fait, favorisé l'innovation technologique en jouant
à la fois le rôle d'investisseur en capital-risque et de
client final.
Cryer et Kohlenberg pressentaient une telle opportunité : l'armée
de l'air américaine recherchait des codes correcteurs d'erreurs
plus performants pour la transmission numérique sur les lignes
téléphoniques. Ils savaient également que
Robert Gallager, alors jeune professeur au MIT, et son doctorant, Jim
Massey, avaient mis au point de nouvelles techniques de correction
d'erreurs, un pari sûr pour décrocher un contrat
de développement.
Leur intuition était juste. Ils obtinrent rapidement un contrat
pour développer des codes correcteurs d'erreurs sophistiqués
pour le système d'alerte précoce aux missiles balistiques
(BMEWS) de l'armée de l'air, successeur du SAGE.
Le BMEWS générait des données radar dans le nord
du Canada, lesquelles étaient ensuite transmises par lignes téléphoniques
à des ordinateurs aux États-Unis. Ces longues lignes téléphoniques
étaient fréquemment sujettes à des interférences,
voire à des coupures de courant, qui corrompaient ou détruisaient
les données transmises. Des codes correcteurs d'erreurs étaient
donc nécessaires pour restaurer les données perdues. Or,
des codes plus performants exigeaient une plus grande part de la capacité
totale des lignes de communication, ou bande passante, réduisant
ainsi la bande passante disponible pour les données radar. Des
codes plus performants ont également stimulé le besoin de
modems plus rapides : ces dispositifs transmettent les 0 et les 1 discrets
des données numériques, ou informations, via la tension
analogique variable des lignes téléphoniques.
L'un des premiers modèles commerciaux de modem de la firme CXR
Anderson Jacobson dans les années 1970. Le combiné
du téléphone devait être posé sur les supports.
Il existe deux types de modems : les modems commutés
et les modems dédiés.
Les modems commutés sont utilisés avec le réseau
téléphonique public commuté (RTPC).
Les modems dédiés sont utilisés avec des lignes louées
(également appelées lignes privées ou dédiées).
Cette distinction est importante car les modems commutés établissent
la connexion à la demande et ne facturent la ligne téléphonique
que pour la durée de la connexion.
La difficulté technique réside dans le fait qu'un utilisateur
peut utiliser un modem commuté d'un fabricant différent
de celui auquel il se connecte. L'intercompatibilité et l'interopérabilité,
ainsi que le rôle des normes, sont donc essentiels.
Les modems dédiés, quant à eux, restent toujours
connectés via une ligne louée et supportent le coût
de cette ligne, qu'elle soit utilisée ou non. Comme ils proviennent
invariablement du même fabricant, les normes sont moins importantes
que la vitesse et la fiabilité. La maîtrise de ces deux types
de modems requiert des technologies très différentes.
Le modem lancé par AT&T en février 1958, le Bell
System Data Set 103, était un modem commuté à
300 bits par seconde.
À l'époque, personne ne jugeait ce débit excessif,
car ni les terminaux informatiques ni la plupart des imprimantes ne fonctionnaient
à des vitesses supérieures. AT&T a ensuite commercialisé
la série Data Set 202 à 1 200 bits par seconde, également
des modems commutés.
Enfin, en 1962, la société a annoncé la série
Data Set 201 à 2 400 bits par seconde pour les lignes
louées ou privées.
Durant toute cette période, AT&T a bénéficié
d'une faible concurrence. Cependant, dès 1965, la concurrence a
émergé sur le marché des modems pour lignes louées,
où AT&T ne détenait plus le même monopole que
pour les modems commutés. Cette situation n'a pas immédiatement
inquiété AT&T, car les lignes louées représentaient
environ 2 % du trafic téléphonique.
Mais la vitesse était un critère essentiel dès le
départ. Avant même de recevoir ses premiers modems AT&T
dans les années 1950, l'Armée de l'Air en souhaitait de
plus rapides. Ce besoin de vitesse découlait de la volonté
de créer et de maintenir un système de commandement et de
contrôle mondial pour la défense aérienne. Le général
de brigade H.R. Johnson, directeur de la planification des liaisons point
à point pour le quartier général des systèmes
de communication des voies aériennes et de l'Armée de l'Air
(AFCS) de l'USAF de 1950 à 1955, se souvient qu'un membre important
de son équipe technique, Bill Pugh, avait calculé qu'"
un objectif approprié serait de 10 000 bits par seconde dans la
bande vocale " pour les modems.
Cet objectif fut ensuite formalisé en 1956 dans le cahier des charges
opérationnel général proposé par l'AFCS à
l'Armée de l'Air, qui devint par la suite le document de référence
pour le système de communication de l'Armée de l'Air.
Pourtant , dix ans plus tard, des modems fiables fonctionnant à
cette vitesse restaient un objectif difficile à atteindre.
Tel était le contexte en 1966, lorsque Cryer et Kohlenberg
commencèrent à envisager sérieusement que Codex
développe un modem à ligne louée destiné à
l'armée de l'air. Sachant que cette dernière recherchait
des modems à haut débit pour son système de défense
aérienne, l'opportunité leur semblait prometteuse. Or, jusqu'alors,
ils n'avaient que peu d'expérience, voire aucun intérêt
réel, pour la vente de produits. Leur compétence résidait
dans la résolution de problèmes techniques complexes, et
non dans la gestion de ce qu'ils percevaient comme la tâche fastidieuse
de produire en série les mêmes articles, jour après
jour. Cette perspective même contredisait la philosophie d'entreprise
dont Codex était si fier : " Si ce n'est pas techniquement
stimulant, cela ne vaut pas la peine d'être fait. " . Malgré
tout, Cryer et Kohlenberg s'inquiétaient de la dépendance
de Codex à l'égard de l'irrégularité des contrats
gouvernementaux, où les ventes pouvaient atteindre un million de
dollars une année et être nulles l'année suivante.
La vente d'un produit, comme un modem, présentait pourtant des
avantages certains.
En discutant du sujet avec Gallagher du MIT, Cryer et Kohlenberg apprirent
qu'un modem haut débit de 9 600 bits par seconde (bps) - quatre
fois plus rapide que le modem commercial le plus performant alors disponible
chez AT&T était possible. Curieux de savoir comment, Gallagher
leur parla de Jerry Holsinger, un docteur du MIT diplômé
en 1965 dont la thèse portait sur la transmission de données
à haut débit par lignes téléphoniques. D'après
ses dernières nouvelles, Holsinger avait quitté les laboratoires
Lincoln du MIT et travaillait pour une petite entreprise de recherche
et développement de la côte ouest américaine, la Defense
Research Company (DRC). Intrigués, Cryer et Kohlenberg se persuadèrent
qu'un modem de 9 600 bps donnerait à Codex l'avantage concurrentiel
et, espéraient-ils, la sécurité financière
nécessaire à leur réussite, tout en perpétuant
leur fière tradition de résolution de problèmes complexes.
Lors de leur rencontre avec Holsinger début 1967, Cryer
et Kohlenberg découvrirent qu'il avait déjà fondé
une société, Teldata, et qu'il recherchait des investissements
auprès de capital-risqueurs ou de toute autre personne disposant
de fonds. Holsinger affirmait posséder un prototype fonctionnel
de modem 9 600 bps, développé au sein de la Defense Research
Corporation grâce à un financement de la National Security
Agency (NSA). Il confia que sa conception initiale ne fonctionnait pas
sur les lignes téléphoniques classiques, mais qu'il l'avait
perfectionnée et disposait d'un prototype fonctionnel sur plaque
d'essai. Il ne lui restait plus qu'à adapter son modem aux circuits
imprimés pour créer le premier modem 9 600 bps au monde.
Holsinger se considérait comme un entrepreneur, et non comme un
salarié ou un chercheur. Or, il peinait à convaincre autrui
d'investir son argent, ce qui n'était guère surprenant compte
tenu de son manque d'expérience en affaires et du fait qu'il n'était
diplômé que depuis deux ans. Cryer et Kohlenberg le persuadèrent
de leur sérieux quant à la création d'une entreprise
spécialisée dans les modems et, faute d'alternative, Holsinger
accepta de vendre Teldata à Codex en mai 1967. Codex acquit 82,36
% des actions de Teldata pour 94 000 dollars .
Codex a débuté son activité dans le domaine des modems
par le biais d'acquisitions. De nombreux autres fournisseurs de défense
et entreprises d'électronique, tels que Rixon Electronics, Collins
Radio et Stelma, ont commencé à commercialiser des modems,
à l'instar d'AT&T, en utilisant une technologie développée
pour le gouvernement.
La première entreprise indépendante à véritablement
concurrencer AT&T, Milgo Electronics Corporation (Milgo), a
recruté un homme talentueux, Sang Whang, et a financé le
projet sur ses fonds propres. Monroe Miller et Lloyd Gordon, à
l'origine du nom Milgo, travaillaient pour les agences de défense
et la NASA depuis la création de leur entreprise en 1956.
À l'instar de Cryer et Kohlenberg, ils avaient constaté
que la NASA et les agences militaires recherchaient des modems plus rapides.
En 1965, ils recrutèrent Sang Whang, alors étudiant à
l'Institut polytechnique de Brooklyn, pour développer une gamme
de modems destinés au Centre spatial Kennedy pour l'instrumentation
de longue portée. En 1967, Milgo lança son modem commercial
2400 bps, le 4400/24PB. Edward Bleckner, responsable du développement
de Milgo sur le marché des modems, engagea un cabinet de chasseurs
de têtes pour trouver un cadre expérimenté en vente
et marketing, spécialisé dans les modems. Par chance, ils
réussirent à joindre Matt Kinney par téléphone
alors qu'il était bloqué dans un aéroport par une
tempête de neige. Il se souvient :
Ils m'ont demandé si je voulais venir discuter d'un emploi, et
j'ai répondu : " Où êtes-vous ? " Ils ont
dit : " Miami, Floride. " Ma réponse : " Absolument
! "
En rejoignant Milgo en janvier 1968, Kinney apporta à l'entreprise
une expérience précieuse dans la vente de produits de communication
de données commerciaux et la conviction que des changements importants
pourraient bientôt stimuler la demande en la matière ...
En juin 1967, Jerry Holsinger, alors employé
chez Codex, entreprit de transformer son prototype de modem 9 600 bps
pour ligne louée en un produit commercialisable. Un an plus tard,
en mai 1968, Codex lançait l'AE-96, le premier modem 9 600 bps
au monde. Pesant environ 57 kg, il était composé
de soixante-six cartes de circuits imprimés à semi-conducteurs
RTL. Lors de l'installation, chaque paire de modems devait être
réglée manuellement sur le circuit téléphonique.
Lorsque les caractéristiques de la ligne changeaient, ce qui était
inévitable, les modems devaient être réajustés
pour fonctionner. Ce réajustement était plus qu'un simple
inconvénient : il exigeait du personnel qualifié pour effectuer
simultanément les réglages des modems aux deux extrémités
du circuit téléphonique, un problème majeur étant
donné que de nombreux clients souhaitaient utiliser ces modems
sur des lignes internationales coûteuses. Comme pour de nombreux
produits électroniques de l'époque utilisant la logique
RTL, l'AE-96 générait tellement de chaleur que son refroidissement
posait problème. Chaque extrémité du circuit nécessitant
un AE-96, le coût total pour le client s'élevait à
46 000 $.
La direction et le conseil d'administration de Codex savaient qu'ils devaient
recruter du personnel ayant une expérience commerciale pour assurer
leur succès. Jim Cryer, président de Codex, subissait la
plus forte pression pour trouver un responsable des ventes et du marketing.
Art Carr n'avait guère besoin d'être convaincu.
Il venait de terminer une évaluation des opportunités offertes
par les communications de données pour Computer Control Corporation
(ou 3C, comme on l'appelait affectueusement) et recommandait au fabricant
de mini-ordinateurs d'en faire un axe stratégique. Déjà
bien implantée dans ce nouveau domaine, l'une des meilleures entreprises
clientes de 3C était GE, spécialisée dans le temps
partagé. Seule Honeywell possédait désormais 3C et,
pour des raisons oubliées depuis longtemps, les recommandations
de Carr ne furent pas suivies. Le moment était idéal pour
Codex. Convaincu du potentiel des communications de données, Carr
était prêt à quitter 3C. Dans son enthousiasme, il
était même disposé à fermer les yeux sur le
manque d'expérience commerciale de Codex, se disant que ce manque
d'expérience lui offrait peut-être la liberté de diriger
son propre projet, l'opportunité qu'il recherchait vraiment.
S'adaptant rapidement, Carr, d'un calme apparent mais d'une compétitivité
féroce, a rejoint Codex en tant que vice-président du marketing
en juillet. Des décennies plus tard, il se souvenait encore de
son premier jour dans l'entreprise :
Jim Cryer, le président fondateur de Codex, était un homme
formidable, mais surtout un optimiste invétéré.
" C'est difficile à décrire, mais je peux vous donner
un exemple. J'ai commencé chez Codex fin juillet. Toutes les commandes
reçues par Codex depuis sa création, soit environ six ans,
tenaient sur trois ou quatre feuilles dactylographiées. L'entreprise
était exclusivement spécialisée dans le secteur militaire
; certaines années, on recevait une commande, d'autres non. Le
jour de mon arrivée, il m'avait préparé une note
de service de quatre ou cinq pages annonçant six ou sept millions
de dollars de contrats sur le point d'être signés. Et la
toute première chose que j'ai faite - alors que l'entreprise venait
de réaliser un chiffre d'affaires d'un million de dollars - a été
de prendre deux semaines de vacances. Je lui ai dit : " Si vous avez
déjà tous ces contrats, je comptais aller au Cap cette année.
" Et il a répondu : " Oh, oui, pas de problème.
"
Cryer recruta ensuite James Storey comme vice-président de l'administration.
Rapidement, la hausse des coûts commença à peser lourdement
sur les finances de Codex. Sans fonds supplémentaires, tous leurs
efforts de transformation ne vaudraient guère plus qu'une faillite
précipitée. Heureusement, le potentiel de l'AE-96 incitait
les investisseurs et les banques d'investissement à affirmer qu'ils
pourraient facilement réunir les fonds nécessaires à
Codex. Le succès phénoménal de l'IBM System/360,
la promesse du temps partagé et l'essor des centres de services
contribuèrent à un véritable engouement pour l'informatique
et la technologie en général. De quoi entretenir l'attente
des investisseurs pour la prochaine innovation majeure. Avec la perspective
de la fin imminente du monopole d'AT&T sur la connexion au réseau
téléphonique, quel produit serait plus idéal qu'un
modem ultra-rapide ?
IBM était le principal fournisseur de SAGE pour les ordinateurs et les modems. Quelques années plus tard, American Airlines et IBM donnèrent naissance à un réseau civil inspiré de SAGE qui offrait un système automatique de billetterie, pour lequel les terminaux placés dans les agences vendant les billets, étaient reliés à un ordinateur central chargé de gérer les disponibilités et le calendrier. Le système, connu sous le nom de « Sabre », est un parent éloigné du système moderne Sabre.
Fin 1968, les décisions prises par les directions
de Codex et Milgo de diversifier leurs activités au-delà
des marchés publics et de se lancer dans la vente de modems s'avérèrent
particulièrement judicieuses.
En 1972, les opportunités offertes par la communication de données
étaient devenues évidentes, avec plus d'une centaine de
nouveaux concurrents proposant leurs produits. Certains de ces nouveaux
venus avaient une histoire étroitement liée à celle
de Codex Milgo et d'ADS.
Malgré toutes les incertitudes qui les entouraient, le destin de
Codex, Milgo et ADS continuait d'être davantage déterminé
par leurs décisions et actions internes que par les forces du marché
ou la conjoncture économique. Fin 1972, Codex et Milgo auraient
réussi leur transition vers des entreprises rentables, tandis qu'ADS
serait en difficulté.
Les entreprises suivantes allaient rejoindre Codex, Milgo et ADS pour
finalement ravir à AT&T la position de leader et des parts
de marché considérables.
Infotron, General DataComm, Timeplex, Paradyne, Vadic, Universal
Data Systems.
Le conflit persistant entre AT&T et la FCC laissait présager
une concurrence accrue et une réglementation allégée
du marché. Pour autant, AT&T ne se laissait pas faire. Une
tentative pour étouffer la concurrence a conduit à la création
d'une association professionnelle regroupant les fabricants de modems
: l'Independent Data Communication Manufacturer's Association
(IDCMA). Ce groupe allait jouer un rôle déterminant pour
contrer l'immense pouvoir de marché d'AT&T.
On retrouve l'historique du modem dans l'histoire de AT&T racontée dans les pages de l'Histoire des communications informatiques pages (3 à...)
Durant des années, le développement de nouvelles
techniques de communication a permis une large multiplication des modems
de manière indirecte.
La France fut, durant près d’une décennie, le pays
disposant du nombre de modems par habitant le plus élevé,
à cause de la forte diffusion de terminaux Minitel qui intégraient
un modem dans chacun d'eux. Le fax a lui aussi joué un rôle
dans cette évolution.
Depuis la fin des années 1990, de nombreuses
normes de télécommunications sont apparues et, donc autant
de nouveaux types de modems : RNIS (ou ISDN), ADSL, GSM, GPRS, Wi-Fi,
Wimax…
Voici les dates clés de l'évolution du
modem et de la connexion en France :
• 1975 : Apparition des premiers prototypes de modems acoustiques
expérimentaux dans la recherche.
• 1982 : Démocratisation du premier boîtier avec
modem intégré pour le grand public grâce au Minitel
et ses services en ligne (comme le 3611 ou le 3615).
• 1994 : Arrivée des premiers modems RTC (Réseau
Téléphonique Commuté) pour l'internet grand public
(débits de 14,4 kbit/s, puis rapidement 28,8 kbit/s et 56 kbit/s)
avec des marques pionnières comme Olitec ou des offres comme Club
Internet.
• 1999 : Arrivée du premier modem ADSL en France (l'Alcatel
Speed Touch USB, surnommé la « raie manta »)
Le premier usage grand public d'un modem intégré
en France remonte à 1982 avec le lancement du Minitel
par les PTT (devenus plus tard France Télécom), qui intégrait
un modem V.23 (1 200 bit/s en réception et 75 bit/s en émission).
23 septembre 2003 : Free inclut un modem USB et Ethernet dans ses offres
Free annonçait la mise à disposition
de tous ses nouveaux clients ADSL et pendant toute la durée de
souscription un modem USB et Ethernet. Il était alors le seul FAI
à mettre gracieusement à disposition de ses clients ADSL
un modem USB/Ethernet. Il s’agissait du Sagem Combo 908 dans les
zones non dégroupées et Freebox dans les zones dégroupées.
A l’époque, Free était le seul fournisseur à
mettre un tel équipement à disposition de ses abonnés
sans frais.
Différents types de modulation sont utilisés
dans les modems :
La modulation d’amplitude (AM, Amplitude Modulation)
; celle-ci sera par exemple réalisée à l’aide
d’un multiplicateur analogique recevant sur une entrée la
porteuse, sur l’autre le signal numérique à transporter
; la Modulation par déplacement de fréquence (FSK, Frequency
Shift Keying) ; les diverses fréquences peuvent être obtenues
à l’aide d’un oscillateur commandé en tension
(VCO, Voltage-Controlled Oscillator, peu précis) ou par traitement
numérique d’un signal produit par une horloge à quartz
(division de fréquence, synthèse numérique…)
; la modulation de phase différentielle (DPSK, Differential Phase
Shift Keying) : à la fin de chaque cycle de la porteuse, un changement
de phase de 180° représente un bit 0, pas de changement de
phase un bit 1 ; ceci peut être obtenu en plaçant à
la sortie de l’oscillateur générant la porteuse un
inverseur et un commutateur qui sélectionne, à chaque passage
par 0 de la porteuse, soit la sortie directe, soit la sortie inversée
; la modulation d'amplitude en quadrature (QAM, Quadrature Amplitude Modulation)
: on crée deux sinusoïdes de même fréquence mais
déphasées de 90° ; les deux signaux sont combinés
en leur donnant des amplitudes adéquates ; une des normes précise
seize combinaisons possibles (trois niveaux d’amplitude, douze déphasages)
; 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 simultanément, c’est ce qui permet
une cadence plus élevée que les autres systèmes décrits
ci-dessus, qui ne transmettent qu’un bit à la fois ; une variante
de la QAM est le codage en treillis ; on utilise ici une constellation
de 32 états, ce qui devrait permettre la transmission simultanée
de 5 bits ; mais le 5e bit est un bit de vérification, qui assure
une protection renforcée 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 réseaux numériques ; ils utilisent la modulation par
impulsions codées (PCM, Pulse Code Modulation) pour convertir le
signal modulé en séquence numérique : l’amplitude
est mesurée 8 000 fois par seconde, avec une résolution
de 8 bits ; le débit théorique devrait atteindre 64 kbit/s,
mais le débit réel se situe généralement entre
40 et 56 kbit/s, selon l’état de la ligne de transmission.
Structure générale d'un modem
Un modem comporte les blocs suivants :
- un modulateur, pour moduler une porteuse qui est transmise par la ligne
téléphonique ;
- un démodulateur, pour démoduler le signal reçu
et récupérer les informations sous forme numérique
;
- un circuit de conversion 2 fils / 4 fils : le signal du modulateur est
envoyé vers la ligne téléphonique alors que le signal
arrivant par la ligne téléphonique est aiguillé vers
le démodulateur ; c’est grâce à ces circuits,
disposés de part et d’autre de la ligne téléphonique,
que les transmissions peuvent se faire en duplex intégral (full
duplex, c’est-à-dire dans les deux sens à la fois)
;
- un circuit d’interface à la ligne téléphonique
(DAA, Data Access Arrangement) constitué essentiellement d’un
transformateur d’isolement et de limiteurs de
surtensions.
Ces circuits seraient suffisants pour transmettre
des informations en mode manuel ; toutes les opérations telles
que décrochage de la ligne, composition du numéro…
sont alors effectuées par l’utilisateur. Afin de permettre
un fonctionnement automatisé, où toutes les tâches
sont effectuées sous le contrôle d’un logiciel de communication,
les modems comportent généralement quelques circuits auxiliaires
:
- un circuit de composition du numéro de téléphone
; on peut généralement spécifier composition par
impulsions ou par tonalités (DTMF, Dual Tone Multiple Frequency)
;
- un circuit de détection de sonnerie ; ce circuit prévient
l’ordinateur lorsque le modem est appelé par un ordinateur
distant ;
- un détecteur de tonalités, qui détecte les différentes
tonalités indiquant que la ligne est libre, occupée, en
dérangement, etc. ;
- un circuit d'identification de l'appelant ou caller-ID.
Signaux de contrôle
Les différents signaux échangés entre un ordinateur
(DTE, Data Terminal Equipment) et un modem (DCE, Data Communications Equipment)
sont précisés dans la norme RS.232/V.24 :
- les données à transmettre arrivent au DCE par la ligne
Émission ;
- les données reçues par le DCE apparaissent sur la ligne
Réception ;
DSR (Data Set Ready, modem prêt) est au niveau actif quand le DCE
est alimenté et raccordé à une ligne téléphonique
;
DTR (Data Terminal Ready, ordinateur prêt) est actif quand le DTE
est prêt ;
RTS (Request To Send, demande d’émission) est activé
par le DTE lorsqu’il veut envoyer des données ;
CTS (Clear To Send, prêt à émettre) est activé
par le DCE lorsqu’il a établi la liaison et est prêt
à recevoir les données à transmettre ;
CD (Carrier Detect, porteuse détectée) est activé
par le DCE lorsqu’il reçoit une porteuse provenant d’un
autre DCE ;
RI (Ring Indicator, indicateur d’appel) est activé par le
DCE lorsqu’il reçoit un signal de sonnerie ;
la norme prévoit aussi deux connexions de masse, une pour le signal
(obligatoire), l’autre pour un blindage (facultatif).
Le connecteur prévu initialement était un
connecteur série RS-232 25 broches, le DB-25. Toutefois, comme
de nombreuses broches étaient inutilisées, la tendance actuelle
est d’utiliser des connecteurs avec moins de broches, tels le DB-9
qui compte 9 broches.
Procédure typique d’émission
À titre d’exemple, montrons comment
ces différents signaux peuvent être utilisés :
- avant de démarrer une transmission de données,
l’ordinateur A vérifie que le modem A est sous tension en
vérifiant le niveau de DSR ;
- l’ordinateur A donne l’ordre au modem A de former le numéro
de téléphone ;
- le modem appelé, que nous nommerons B, détecte la sonnerie
et prévient l’ordinateur B auquel il est raccordé en
activant sa ligne RI ;
- quand l’ordinateur B est prêt à recevoir les données,
il active sa ligne RTS ;
- le modem B active alors sa porteuse ;
- le modem A détecte la porteuse et prévient l’ordinateur
A en activant CD ;
- l’ordinateur A active RTS pour demander s’il peut commencer
la transmission ;
l- e modem B répond en activant CTS, et la transmission des données
peut commencer.
Pour transmettre des informations entre deux ordinateurs
se trouvant dans la même pièce, il suffit de déconnecter
les deux modems et de placer entre les deux ordinateurs un boîtier
muni de deux connecteurs DB-25 ou DB-9 ; ce boîtier, dont la fonction
est de remplacer les deux modems est appelé modem nul (Null Modem).
À l’intérieur du boîtier, les broches des deux
connecteurs sont reliées de la façon suivante :
- la broche émission A est raccordée
à la broche réception B ;
- la broche émission B est raccordée à la broche
réception A ;
- les broches CTS et RTS sont court-circuitées de chaque côté
;
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 !
L’UIT-T (Union Internationale des Télécommunications
- standardisation des Télécommunications ; cet organisme
était appelé jusqu’en 1992 CCITT, Comité Consultatif
International Téléphonique et Télégraphique)
a émis un certain nombre d’avis concernant le fonctionnement
des modems. Ces avis spécifient les conditions de fonctionnement
des appareils : vitesses de transmission autorisées, types de modulation,
systèmes de compression et/ou de détection d’erreurs
éventuelles ; ils constituent en réalité des normes
qui sont respectées par de nombreux constructeurs. Ci-après
quelques normes importantes :
norme V.21 : débit
de 300 b/s en duplex intégral (full-duplex, les 2 sens simultanément)
; modulation FSK ; mode asynchrone ; fréquences utilisées
: 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 : débit de 2 400 b/s en duplex intégral
; mode asynchrone ou synchrone ; fréquences porteuses de 1 200
Hz dans un sens, 2 400 Hz dans l’autre ; modulation QAM avec une
constellation de 16 points ;
norme V.23 : débit de 1 200 b/s descendant pour 75 bits
montant, norme utilisée par le Minitel ;
norme V.32 : débit de 9 600 b/s en duplex intégral
; porteuse à 1 800 Hz à la fois pour l’émission
et la réception (donc nécessité de prévoir
des suppresseurs d’échos pour éviter une interférence
entre les signaux se propageant dans les 2 sens) ; modulation à
2 400 bauds, avec une constellation de 32 points ; on transmet donc 5
bits par intervalle, mais le 5e bit étant redondant, la vitesse
effective est 4 × 2 400, soit 9 600 b/s ;
norme V.32bis : débit de 14,4 kb/s ; modulation QAM ou treillis
;
norme V.32terbo : débit 14,4, 16,8 ou 19,2 kb/s ; modulation
DPSK et treillis ;
norme V.FAST : débit de 28,8 kb/s ;
Modem données/télécopies V.34 comme
PC-Card pour notebook
norme V.34 : débit de 28,8 kb/s ;
norme V.90 : débit de 56 kb/s pour la liaison descendante
(downstream, vers l’utilisateur), mais 33,6 kb/s pour la liaison
montante (upstream, vers le réseau) ; on a donc une liaison asymétrique,
comme pour l’ADSL ;
norme V.92 : débit descendant jusqu’à 56 kb/s,
et débit montant jusqu’à 48 kb/s. V92 ajoute aussi
quelques fonctions supplémentaires (exemple : V44 plus performante
que V42, prise d’appel téléphonique…).
Plus la vitesse de transmission est élevée, plus petit est l’écart entre les différents états de la ligne. Le taux d’erreurs a donc tendance à augmenter, particulièrement lorsque la ligne de transmission est perturbée. Ceci a amené la mise au point de normes pour détecter et corriger les erreurs, telles que les normes V.42 et MNP 1 à MNP 4 (ces dernières normes ont été mises au point par la firme Microcom).
Par ailleurs, comme, avec la norme V.90, on arrive près
de la vitesse de transfert théorique maximum d’une ligne téléphonique
standard, on a mis au point des techniques permettant d’augmenter
le débit en procédant, avant l’envoi, à une
compression des données :
la norme V.42bis, qui utilise la technique
de compression BTLZ, permet de réduire jusqu'à 4 fois la
quantité d'information à transmettre ;
la norme MNP 5 permet de doubler le débit ;
la norme MNP 6 décrit la procédure d’établissement
de la vitesse de transmission ; chaque modem commence par se connecter
à sa vitesse la plus basse (généralement 2 400 b/s),
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’accroître la bande passante en
plaçant les ACK (accusés de réception) dans les paquets
de données plutôt que séparés ;
la norme MNP 10 utilise une compression MNP 5 ou V.42bis, mais
parvient à accroître encore le débit ; si, par suite
de mauvaises conditions de transmission (bruit, parasites…), les
modems ont réduit leur cadence, MNP 10 leur permet d’accroître
à nouveau la cadence si l’état de la ligne s’améliore.
Commandes AT
La firme Hayes, fabricant de modems, a développé
un protocole pour la commande d’un modem externe à partir
d’un ordinateur.
Le protocole définit diverses commandes permettant par exemple
:
- de composer un numéro de téléphone
;
- de commander le raccordement du modem à la ligne (l’équivalent
de décrocher le téléphone) ;
- de connaître l’état de la ligne : tonalité
d’invitation à transmettre, ligne occupée, etc. ;
- de spécifier le type de transmission et le protocole de liaison
à utiliser ;
- de régler le volume sonore du haut-parleur interne du modem ;
- d’envoyer les caractères transmis simultanément vers
l’écran ;
- d’afficher certains renseignements concernant le modem ;
- de manipuler les registres internes du modem.