El módem

Un módem (del inglés modem, acrónimo de modulator demodulator; pl. módems)¹ 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, principalmente 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.

Cómo funciona

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:

• amplitud, lo que da lugar a una modulación de la amplitud (AM/ASK);
• frecuencia, lo que da lugar a una modulación de la frecuencia (FM/FSK);
• fase, lo que da lugar a una modulación de la fase (PM/PSK).

También es posible una combinación de modulaciones o modulaciones más complejas, como la modulación de amplitud en cuadratura.

Módems para PC

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).

• Internos: consisten en una tarjeta de expansión sobre la cual están dispuestos los diferentes componentes que forman el módem. Existen para diversos tipos de conector:
  • Bus ISA: debido a las bajas velocidades que se manejan en estos aparatos, durante muchos años se utilizó en exclusiva este conector, hoy en día en desuso (obsoleto).
  • Bus PCI: el formato más común en la actualidad, todavía en uso.
  • AMR: en algunas placas; económicos pero poco recomendables por su bajo rendimiento. Hoy es una tecnología obsoleta.

La principal ventaja de estos módems reside en su mayor integración con el ordenador, ya que no ocupan espacio sobre la mesa y reciben energía eléctrica directamente del propio ordenador. Además, suelen ser algo más baratos debido a que carecen de carcasa y transformador, especialmente si son PCI (en este caso, son casi todos del tipo módem software). Por el contrario, son algo más complejos de instalar y la información sobre su estado sólo puede obtenerse por software.

• Externos: semejantes a los anteriores, pero externos al ordenador o PDA. La ventaja de estos módems reside en su fácil portabilidad entre ordenadores previamente distintos entre ellos (algunos de ellos más fácilmente transportables y pequeños que otros), además de que es posible saber el estado del módem (marcando, con/sin línea, transmitiendo...) mediante los ledes de estado que incorporan. Por el contrario, ocupan más espacio que los internos.

Tipos de conexión

• La conexión de los módems telefónicos externos al computador se realiza generalmente mediante uno de los puertos serie tradicionales o RS-232 (COM), por lo que se usa la UART del ordenador, que deberá ser capaz de proporcionar la suficiente velocidad de comunicación. La UART debe ser de 16550 o superior para que el rendimiento de un módem de 28.800 bit/s o más sea el adecuado. Estos módems necesitan un enchufe para su transformador.
• Los módems PC Card (internos) tienen forma de tarjeta, que se utilizaban en portátiles, antes de la llegada del USB (PCMCIA). Su tamaño es similar al de una tarjeta de crédito algo más gruesa, pero sus capacidades son las mismas que los modelos estándares.
• Existen modelos para puerto USB (módem USB), de conexión y configuración aún más sencillas, que no necesitan toma de corriente. Hay modelos tanto para conexión mediante telefonía fija, como para telefonía móvil.
• Los módems por software HSP (Host Signal Processor) o winmódems: son módems generalmente internos, en los cuales se han eliminado varias piezas electrónicas (por ejemplo, chips especializados), de manera que el microprocesador de la computadora debe suplir su función mediante un programa informático. Lo normal es que utilicen como conexión una ranura PCI (o una AMR), aunque no todos los módems PCI son de este tipo. El uso de la CPU entorpece el funcionamiento del resto de aplicaciones del usuario. Además, la necesidad de disponer del programa puede imposibilitar su uso con sistemas operativos no soportados por el fabricante, de manera que, por ejemplo, si el fabricante desaparece, el módem quedaría eventualmente inutilizado ante una futura actualización del sistema. A pesar de su bajo coste, resultan poco o nada recomendables.
• Módem completo: los módems clásicos no HSP, bien sean internos o externos. En ellos, el rendimiento depende casi exclusivamente de la velocidad del módem y de la UART del ordenador, no del microprocesador.

Módems telefónicos

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:

• V.21. Comunicación Full Duplex entre dos módems analógicos realizando una variación en la frecuencia de la portadora de un rango de 300 baudios, logrando una transferencia de hasta 300 bit/s (bits por segundo).
• V.22. Comunicación Full Duplex entre dos módems analógicos utilizando una modulación PSK de 600 baudios para lograr una transferencia de datos de hasta 600 ó 1200 bit/s.
• V.32. Transmisión a 9.600 bit/s.
• V.32bis. Transmisión a 14.400 bit/s.
• V.34. Estándar de módem que permite hasta 28,8 kbit/s de transferencia de datos bidireccionales (full-duplex), utilizando modulación en PSK.
• V.34bis. Módem construido bajo el estándar V34, permite una transferencia de datos bidireccionales de 33,6 kbit/s, utilizando la misma modulación en PSK (estándar aprobado en febrero de 1998).
• V.90. Transmisión a 56,6 kbit/s de descarga y hasta 33.600 bit/s de subida.
• V.92. Mejora sobre V.90 con compresión de datos y llamada en espera. La velocidad de subida se incrementa, pero sigue sin igualar a la de descarga.

Existen, además, módems DSL (Digital Subscriber Line), que utilizan un espectro de frecuencias situado por encima de la banda vocal (300 - 3.400 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.

Lista de velocidades de acceso telefónico

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).² Un baudio es un símbolo por segundo, y cada símbolo puede codificar uno o más bits de datos.

Conexión	Modulación	Bitrate [kbit/s]	Año lanzamiento
Módem de 110 baudios Bell 101	FSK	0.1	19583
Módem de 300 baudios (Bell 103 o V.21)	FSK	0.3	1962
Módem 1200 (1200 baudios) (Bell 202)	FSK	1.2
Módem 1200 (600 baudios) (Bell 212A o V.22)	QPSK	1.2	1980?4 5
Módem 2400 (600 baudios) (V.22bis)	QAM	2.4	19844
Módem 2400 (1200 baudios) (V.26bis)	PSK	2.4
Módem 4800 (1600 baudios) (V.27ter)	PSK	4.8	6
Módem 9600 (2400 baudios) (V.32)	QAM	9.6	19844
Módem 14.4k (2400 baudios) (V.32bis)	trellis	14.4	19914
Módem 28.8k (3200 baudios) (V.34)	trellis	28.8	19944
Módem 33.6k (3429 baudios) (V.34)	trellis	33.6	7
Módem 56k (8000/3429 baudios) (V.90)	digital	56.0/33.6	19984
Módem 56k (8000/8000 baudios) (V.92)	digital	56.0/48.0	20004
Módem de enlace (dos módems 56k)) (V.92)8		112.0/96.0
Compresión por hardware (variable) (V.90/V.42bis)		56.0-220.0
Compresión por hardware (variable) (V.92/V.44)		56.0-320.0
Compresión en el servidor web (variable) (Netscape ISP)		100.0-1,000.0

Tipos de modulación

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:

• ASK, (Amplitude Shift Keying, modulación por desplazamiento de amplitud): La amplitud de la portadora se modula a niveles correspondientes a los dígitos binarios de entrada 1 ó 0.
• FSK, (Frecuency Shift Keying, modulación por desplazamiento de frecuencia): La frecuencia portadora se modula sumándole o restándole una frecuencia de desplazamiento que representa los dígitos binarios 1 ó 0. Es el tipo de modulación común en módems de baja velocidad en la que los dos estados de la señal binaria se transmiten como dos frecuencias distintas.
• PSK, (Phase Shift Keying, modulación por desplazamiento de fase): tipo de modulación donde la portadora transmitida se desplaza cierto número de grados en respuesta a la configuración de los datos. Los módems bifásicos por ejemplo, emplean desplazamientos de 180º para representar el dígito binario 0.

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:

• AM Amplitud Modulada: La amplitud de la portadora se varía por medio de la amplitud de la moduladora.
• FM Frecuencia Modulada: La frecuencia de la portadora se varía por medio de la amplitud de la moduladora.
• PM Phase Modulation. Modulación de fase: en este caso el parámetro que se varía de la portadora es la fase de la señal, matemáticamente es casi idéntica a la modulación en frecuencia. Igualmente que en AM y FM, es la amplitud de la moduladora lo que se emplea para afectar a la portadora.

Órdenes AT

Órdenes de comunicación

• ATA: con esta orden el módem queda en espera de una llamada telefónica, y se comporta como un receptor (autoanswer).

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. Donde cada uno de los módems son aplicados

Registros

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.
Registro 0: número de llamadas que el módem espera antes de responder (autoanswer). Si su valor es 0, el módem nunca responderá a las llamadas.
Registro 1: contabilizador de llamadas realizadas / recibidas.
Registro 2: código del carácter que se utiliza para activar la secuencia de escape. Suele ser un +.
Registro 3: código del carácter de fin de línea. Suele ser un 13 (enter).
Registro 4: código de carácter de avance de línea, (line feed).
Registro 5: código de carácter de borrado con retroceso (backspace).
Registro 6: tiempo de espera antes de empezar a marcar (s).
Registro 7: tiempo de espera para recibir portadora (s).
Registro 8: tiempo asignado a la pausa del Hayes (la coma en s).
Registro 9: tiempo de respuesta a la detección de portadora, para activar la DCD (en décimas de segundo).
Registro 10: tiempo máximo de pérdida de portadora para cortar la línea. Aumentando su valor permite al remoto cortar temporalmente la conexión sin que el módem local inicie la secuencia de desconexión. Si es 255, se asume que siempre hay portadora. Este tiempo debe ser mayor que el del registro 9 (en décimas de segundo).
Registro 12: determina el guard time; éste es el tiempo mínimo que precede y sigue a un código de escape (+++), sin que se hayan transmitido o recibido datos. Si es 0, no hay límite de tiempo (S12 x 20 ms).
Registro 18: contiene la duración de los tests.
Registro 25: tiempo para que el módem considere que la señal de DTR ha cambiado.
Registro 26: tiempo de respuesta de la señal CTS ante RTS.

Perfiles de funcionamiento

Existen 3 tipos de perfil para funcionamiento de los módems:

• el de fábrica (por defecto o predeterminado);
• el activo;
• el del usuario.

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:

• AT&Y0, (al encender se carga el perfil = 0)
• AT&Y1, (al encender se carga el perfil = 1)

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.

Pasos o procesos para establecer comunicación a través del módem

• Detección del tono de línea. El módem dispone de un detector del tono de línea. Este se activa si dicho tono permanece por más de un segundo. De no ser así, sea por que ha pasado un segundo sin detectar nada o no se ha mantenido activado ese tiempo el tono, envía a la computadora el mensaje "NO DIALTONE".
• Marcación del número. Si no se indica el modo de llamada, primero se intenta llamar con tonos y si el detector de tonos sigue activo, se pasa a llamar con pulsos. En el período entre cada dígito del número telefónico, el IDP (Interdigit pulse), se continua atendiendo al detector de tono. Si en algún IDP el detector se activa, la llamada se termina y se retorna un mensaje de BUSY. Una vez terminada la marcación, se vuelve a atender al detector de tono para comprobar si hay conexión. En este caso pueden suceder varias cosas:
• Rings de espera. Se detectan y contabilizan los rings que se reciban, y se comparan con el registro S1 del módem. Si se excede del valor allí contenido, se retorna al mensaje "NO ANSWER".
  • Si hay respuesta, se activa un detector de voz/señal, la detección de la respuesta del otro módem se realiza a través del filtro de banda alta (al menos debe estar activo 2 segundos).
• Si el detector de tono fluctúa en un período de 2 segundos se retorna el mensaje "VOICE". El mensaje "NO ANSWER" puede obtenerse si se produce un intervalo de silencio después de la llamada.
• Establecer el enlace. Implica una secuencia de procesos que dependen si se está llamando o si se recibe la llamada.
• Si se está llamando, será:
  • Fijar la recepción de datos a 1.
  • Seleccionar el modo de baja velocidad.
  • Activar 0'6 segundos el tono de llamada y esperar señal de línea.
  • Desactivar señal de tono
  • Según la cobertura que le llegue el módem puede hacerse pajas o ser rojo
  • Seleccionar modo de alta velocidad.
  • Esperar a recibir unos, después transmitir unos y activar la transmisión
  • Analizar los datos recibidos para comprobar que hay conexión. Si ésta no se consigue en el tiempo límite fijado en el registro S7, se da el mensaje "NO CARRIER"; en caso contrario, se dejan de enviar unos, se activa la señal de conexión, se desbloquea la recepción de datos y se da el mensaje "CARRIER".
• Si se está recibiendo, será:
  • Selección del modo respuesta.
  • Desactivar el scrambler.
  • Seleccionar el modo de baja velocidad y activar el tono de respuesta (p. ej. 2.400 Hz durante 3'3 s).
  • Desactivar el transmisor.
  • Esperar portadora, si no se recibe activar el transmisor, el modo de alta velocidad y el tono a 1.800 Hz.
  • Esperar el tiempo indicado en S7, si no hay conexión envía el mensaje "NO CARRIER", si la hay, indica "CONNECT", se activa el transmisor, el detector de portadora y la señal de conexión.

En resumen, los pasos para establecimiento de una conexión son:

• La terminal levanta la línea DTR.
• Se envía desde la terminal la orden ATDT 5551234 ("AT" -> atención, D -> marcar, T -> por tonos, 5551234 -> número a llamar.)
• El módem levanta la línea y marca el número.
• El módem realiza el hand shaking con el módem remoto.
• El programa de comunicación espera el código de resultado.
• Código de resultado "CONNECT".