Por que o modem Bell 103 usa uma taxa de dados de 300 bps?

10 CPS / 110 Baud é a taxa máxima que esses sinais podem ser enviados com bandas laterais aceitáveis usando um sistema totalmente mecânico. 300 era 3 vezes a velocidade do teletipo, e esse limite é definido pela largura de banda máxima de 4 kHz de uma linha telefônica e os harmônicos permitidos.

300 baud é exatamente 3 vezes 110 baud, medido em caracteres. O padrão de teletipo era 110 bps com 1 start e 2 stop bits. Isso, mais 8 bits de dados (7 mais paridade) é igual a 11 bits por caractere. 110/11 = 10 CPS. 300 Baud usado 1 início e 1 parada, mais 8 dados = 10 bits por caractere. 300/10 = 30, e 30 cps é 3 vezes 10 cps.

Teletipos mecânicos como o ASR33 enviaram 10 CPS. Eles tinham uma roda giratória que gira quando uma tecla é pressionada. Teve 11 contatos. O primeiro foi conectado para interromper o fluxo de corrente no fio de comunicação. Este era um loop de corrente, enviado por uma linha telefônica de volta ao escritório central, alimentado por uma bateria de 48 Vcc. O último um ou dois contatos foram conectados de forma que a corrente estivesse sempre ligada.

Do 2º ao 8º contatos foram ligados a 8 interruptores que foram acionados por uma matriz que codificava ASCII da tecla TTY que foi pressionada. Pressionar uma tecla liberava a embreagem do motor, a roda de contato giratório girava e o ligar / desligar da chave giratória enviaria o sinal por quilômetros de fio de volta ao escritório central em 110 Baud. Isso produz exatamente 10 CPS. Ele tinha um bit de início, um bit de parada e um ou dois bits de parada extras, um espaçador, para permitir que o relé do sistema fosse reenergizado quando nenhum outro caractere estivesse sendo enviado.

Os sistemas FSK posteriores podiam rodar a 300 Baud e, não sendo mecânicos, não precisavam do 11º bit (o segundo bit de parada).

Os sistemas de 300 Baud foram os primeiros sistemas eletrônicos e podiam parar sem um bit de parada extra, o que aumentava a velocidade em quase 10%. Os sinais foram modulados por FSK entre duas frequências para transmissão e duas para recepção. A troca de sinais entre essas frequências gera harmônicos, que devem ser mantidos dentro da largura de banda de 4 KHz do sistema telefônico para evitar diafonia.
O padrão ímpar de 100 bauds de 11 bits em comparação com todos os outros bauds sendo múltiplos de 10, (300, 1200, 2400) são causados pelas diferenças nos sistemas FSK / PSK mecânicos e eletrônicos que evoluíram.

Com o PSK (Phase Shift Keying), a amplitude e a fase foram alteradas. Isso se encaixa na mesma largura de banda de sinal de 4KHz com as mesmas bandas laterais. Cada amplitude ou mudança de fase adicional dobra o número de bits enviados por Baud, portanto, terminamos com 300, 1200, 2400, 4800, 9600 e assim por diante.

Comentários

• Há algum motivo que você saiba por que eles escolheram ” 3 vezes a velocidade do teletipo ” embora? Se você pudesse expandir isso, seria um longo caminho para responder totalmente à pergunta original.
• Geralmente era possível para o programa de comunicação escolher quantos bits de início, parada e paridade (se houver) uso, mesmo a 300 baud.
• @mnem: Não ‘ não sei por que foi escolhida uma velocidade de 30 caracteres / segundo, mas provavelmente foi escolhida como uma compensação entre velocidade, confiabilidade e custo de construção de equipamentos para fazer algo útil com dados em alta velocidade (por exemplo, gravá-los em fita). Além disso, pelo que eu ‘ li, é ‘ possível usar um ” burro ” Modem de 300 baud a pouco mais de 400 baud, mas a confiabilidade tende a diminuir em velocidades mais rápidas. Uma velocidade de 300 baud oferece uma margem de segurança bastante decente contra 400, e deve, portanto, oferecer uma transmissão confiável.
• Eles escolheram 3 vezes a velocidade como 3 X 110 = 3300, que era o maior multiplicador inteiro abaixo 4.000, a largura de banda do link. .
• ” para evitar crosstalk “: você poderia expandir um pouco sobre isso? O sistema ‘ não incluiu um filtro para excluir todos os sinais acima de 3400 Hz?

A taxa de sinalização (baud) é limitada por algumas coisas.Provavelmente, o mais importante é a taxa de sinalização máxima (aproximadamente, quantas mudanças por segundo) do caminho que o sinal toma (ou seja, fios POTS). Quantos bits podem ser representados por uma mudança de sinalização nos dá os bits por segundo.

Acho que os primeiros modems Bell tinham 110 baud e usavam chaveamento de mudança de frequência (FSK). Isso nos dá um bit por mudança de sinal, ou 110 bps. Da mesma forma, o Bell 103 tinha uma taxa de sinalização de 300 baud com FSK nos dando 300 bps.

110 e 300 baud foram escolhidos na época principalmente porque ambos os modems foram projetados para serem usados em fios de cobre e “sem condicionamento” linhas telefônicas, com pelo menos uma parte da conexão passando por um acoplador acústico. O pior caso para acopladores acústicos falando com microfones de carbono é algo em torno de 300 baud. Como este é o pior caso, é isso que obtemos.

(Lembro-me de que 110 baud estava relacionado a comunicações confiáveis de teletipo half-duplex, mas posso estar errado sobre isso. @Jameslarge aponta que 110 baud / bps era o terminal de teletipo comum de taxa fixa e sem buffer suportado. 110 foi provavelmente escolhido por muitas das mesmas razões discutidas aqui. por exemplo, robustez e confiabilidade em conexões duvidosas de cobre e carbono.)

Isso poderia teoricamente ser aumentado, mas a confiabilidade é prejudicada.

Uma melhoria natural é aumentar o número de bits que podem ser transferidos para cada taxa de sinalização, que é o que as técnicas de modulação mais recentes como PSK, Trellis , etc. nos deu. A taxa de transmissão pode permanecer a mesma para que esteja dentro dos parâmetros seguros para linhas não condicionadas, e a taxa de bits pode ser aumentada.

À medida que as linhas telefônicas melhoram, pode-se esperar que as linhas sejam condicionadas (e nós sabia que não haveria uma etapa de microfone de carbono em algum lugar) e os avanços na correção de erros de modulação e detecção de erros aumentaram as taxas de transmissão. Isso levou a aumentos na taxa de bits. Acho que os últimos modems de telefone tinham uma taxa de transmissão de 8.000 e modulações que permitiram 56/46 kbs como resultado.

Comentários

• Re, ” 110 baud estavam relacionados a comunicações confiáveis de teletipo half-duplex “. Esses modems FSK antigos não ‘ armazenavam os dados em buffer. A taxa de baud , que também era a taxa de bits, era controlada diretamente por qualquer dispositivo conectado ao modem. Um Teletipo Modelo 33 (onipresente naquela época) transmitido a 110 bits por segundo fixos.
• Fazendo um teletipo ou O punção de fita que poderia produzir 30 caracteres por segundo em vez de dez era difícil, mas não impraticável, e economizaria 2/3 no tempo de transmissão em comparação com 10. Ser capaz de enviar dados mais rapidamente pela rede só é útil se as coisas nas duas extremidades puderem manter .
• @supercat: Lembro-me de teletipos que saíram de uso por volta de 1974, enquanto as pessoas usavam modems de telefone com acopladores acústicos ca. 1978.
• @BenCrowell: Eu ‘ usei acopladores acústicos algumas vezes, embora duvide que fosse antes de 1980. Meu ponto era que melhorar a taxa de dados de 10cps a 30cps foi útil; ir de 30 cps a 300.000 cps teria sido, relativamente falando, muito menos útil. Eu não ‘ não sei como os Decwriters 30cps foram implementados internamente, mas poderia imaginar uma maneira prática de implementar a eletrônica, mesmo com apenas transistores e diodos (lógica 7400 seria útil, é claro) . Ir além disso exigiria eletrônicos muito mais sofisticados.

300 bits por segundo tem a vantagem de é o menor múltiplo comum de 50 e 60. Isso tornou mais fácil usar a frequência da linha de energia (50 Hz na Europa, 60 Hz nos EUA) para sincronizar os circuitos de temporização de bits. Isso demorou muito antes de os circuitos bloqueados de quartzo se tornarem baratos o suficiente para serem incluídos em equipamentos de teletipo.

Comentários

• Bem-vindo ao Retrocomputing Stack Exchange. Esta é uma boa primeira resposta; Obrigado por compartilhar esta informação. Você pode estar interessado nestas questões relacionadas .

Uma primeira resposta muito boa , no entanto, também gostaria de observar que quaisquer taxas de dados acima de 300 bps não podiam ser acopladas acusticamente e eram apenas modems de conexão direta. E qualquer coisa 33,6 K e acima basicamente exige pelo menos um terminal digital. Com isso, quero dizer que o concentrador de acesso do modem se conectaria à rede telefônica pública comutada por meio de troncos de dados de grau de dados T-1 ou maior (consulte também AT & T T-Carrier). O DS-1 que monta o T-1 é canalizado e os DS-0s são canais livres de 64K e, portanto, adequados para taxas de dados de até 57,6K mais alguma sobrecarga de protocolo e correção de erros. O usuário final tem velocidades de upload significativamente mais baixas porque está usando linhas analógicas (de voz). Essa também é a gênese do modelo de dados residenciais assimétricos de hoje.

Mas tudo volta à taxa de transmissão.A taxa de bits é uma medida do número de bits de dados transmitidos em um segundo. A taxa de transmissão é o número de vezes que um sinal em um canal de comunicação pode mudar de estado em um segundo. Independentemente das técnicas utilizadas para codificar bits em uma portadora, a taxa de transmissão sempre foi um fator limitante e foi determinada pela faixa dinâmica dos processadores de sinal disponíveis no PSTN no momento. 110 Baud estava seguro. 300 Baud estava empurrando os limites de processamento de sinal disponíveis nos anos 60 e 70. E a partir daí, fomos capazes de empilhar novos métodos de codificação de linha e enquadramento em cima desses 300 Baud para torná-lo quase até 64Kbps. Incrível, hein?

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• Tem certeza de que os acopladores acústicos estavam limitados a 300 bps e não a 300 baud? I ‘ m 99% de certos esquemas de codificação posteriores permitiam uma taxa máxima de 9600bps por meio de um acoplador.
• Observe também que havia taxas assimétricas também; 1200/75 era comum em sistemas de texto de visualização
• Não vejo nenhuma razão técnica básica para que os acopladores acústicos não pudessem ‘ t, em teoria, ser usados em qualquer velocidade dos sinais são codificados como sons na faixa audível. Há um risco definido de mais erros ocorrendo com o equipamento extra envolvido e o entreferro, mas nenhuma conversão A / D extra envolvida. No entanto , o Hayes Smartmodem e seus sucessores permitiam a discagem automática e outros recursos que exigiam uma conexão com fio. As conexões cabeadas em geral foram habilitadas pela decisão Carterfone em 1968 – combinadas com a progressão da microeletrônica e velocidades mais altas, as conexões cabeadas assumiram o controle.

Uma ligeira tangente, mas meu primeiro computador, um clone do Ohio Superboard II chamado UK101, tinha uma interface de cassete de 300b / s usando o método “Kansas City” de FSK. O computador tinha um UART simples cujo TX conectado ao controle de frequência de um modulador simples e RX conectado a um detector de frequência bruto e, portanto, derivou o fluxo binário do “warble” do FSK.

Com um gravador de cassete de qualidade superior, era possível rodar a interface da fita a 600 baud (posso usar baud e bps indistintamente neste contexto) ou até 1200, mas o último era muito suscetível à menor falha da fita.

Ou você pode construir um conversor de nível RS232 e conectar o UART a um modem de 300 bauds.