home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ DP Tool Club 19 / CD_ASCQ_19_010295.iso / vrac / whyv34.zip / WHYV34.TXT < prev   
Text File  |  1994-12-18  |  18KB  |  350 lines

  1.                ASYNCHRONOUS COMMUNICATION AT 28.8K BPS          17 Dec 94
  2.     
  3.                         By Paul Munoz-Colman
  4.     
  5.     Background.
  6.     ~~~~~~~~~~
  7.     
  8.          What are these terms V.FC and V.34?
  9.     
  10.     V.FC ("FC" stands for "Fast Class") is a proprietary implementation
  11.     of an early version of the 28.8kbps asynchronous international
  12.     communications standard, designated V.34.  For the past two years due
  13.     to marketplace pressure, V.FC implementations have been rushed to the
  14.     public, while the international standards body ITU-T (formerly known
  15.     as the CCITT) was slowly and carefully working on the design and
  16.     development of V.34.  Those who released the early V.FC modems were
  17.     participants of the ITU-T Study Group who cooperatively developed
  18.     V.34.
  19.     
  20.          The current state of the technology.
  21.     
  22.     V.34 is now a reality.  
  23.     
  24.     It was ratified late this past Summer, and is now the international
  25.     standard for asynchronous communication at modulations up to 28.8k
  26.     bits per second (bps).  V.34 operates at a top speed which is twice
  27.     that of the previous generation of high speed modems (which were
  28.     called V.32-bis and operate at 14,400bps), and three times the speed
  29.     of the generation before that (called V.32, which operates at
  30.     9,600bps).
  31.     
  32.     At this writing, the marketplace is very volatile.  Today, some
  33.     vendors have V.34 modems on the market, and several more are in
  34.     various stages of testing.  Within six months or more, nearly all
  35.     vendors will have V.34 modems readily available.
  36.     
  37.          The high-speed chaos which this has created.
  38.     
  39.     In the haste to get modems to the marketplace and supply chipsets to
  40.     other modem manufacturers, there have been many releases of V.FC,
  41.     even within the same manufacturer of modems.  This has caused
  42.     terribly confusing difficulty in interoperability between modems, in
  43.     establishing connections, maintaining them properly, and in
  44.     transferring data across them.  To a much lesser degree, the
  45.     implementations of V.34 also suffer from some compatibility problems,
  46.     due to some difference in interpretation by modem vendors of the high
  47.     complex specification for this transmission rate.
  48.     
  49.     
  50.     Why is it such an issue?
  51.     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  52.     
  53.          Because of the design limits of 28.8k.
  54.     
  55.     It is not only perfectly normal, but even typical in a V.34 or V.FC
  56.     connection to see a less than 28.8kbps connection.  V.34 and V.FC are
  57.     not fixed-speed standards, and make/change their connections based on
  58.     phone line quality.
  59.     
  60.     Very few people can get consistent 28.8kbps connections.  Speeds of
  61.     28.8kbps require pristine phone line quality along the entire length
  62.     of the connection.  But VFC and V.34 modems are capable of pushing
  63.     the limits of analog phone lines, commonly offering connection speeds
  64.     of 21.6k, 24k, and even 26.4kbps.
  65.     
  66.     The bandwidth (or "bandpass") of a voice-grade phone line is about
  67.     3,000Hz to 4,000Hz (3-4KHz).  Because the mathematics of compressing
  68.     28.8kbps pushes the phone line to near its theoretical limits, V.34
  69.     was designed to accommodate a variety of phone line conditions.  V.FC
  70.     and V.34 are both smart enough to do what is called a "channel
  71.     probe", which is a frequency response and signal-to-noise ratio test
  72.     of frequencies at various points across the bandpass.  During the
  73.     modem handshake, the modems send a series of tones to each other, at
  74.     known signal levels and specific frequencies.  The modem calculates
  75.     the level of the received signal at each frequency, and therefore can
  76.     determine the maximum bandwidth available for use.
  77.     
  78.          So, just how good does a line have to be?!
  79.     
  80.     In reality, it takes line clarity at about -44dB or better (about the
  81.     sound level of a clearly whispered conversation across a medium size
  82.     room) at the top of the phone line's "bandpass" to obtain and
  83.     maintain a 28.8kbps connection.  At about -46dB and below, modem
  84.     receivers tend to "go deaf".  The typical long distance connection
  85.     can be much worse than this at that frequency; it is not unusual to
  86.     see -55dB to -70dB (closer to the background hiss level of a
  87.     factory-fresh medium-grade audio tape). 
  88.     
  89.     Standard transmit levels for domestic (US/Canada) modems are
  90.     approximately -10 dB, although V.34 and V.FC negotiate these levels
  91.     during the initial connection attempt.  Receiving levels can vary
  92.     widely, depending on the conditions on your local phone line, the
  93.     line at the remote modem, and any long-distance or inter-office
  94.     carrier facilities. 
  95.     
  96.     Typical receiving levels range from -40 dB at the low end, to -15 dB
  97.     at the high end, with figures in the -20dB to -35dB range being most
  98.     common.  Extreme values in either direction probably indicate a
  99.     problem in the connection from your modem to your local phone
  100.     company, which in some cases the phone company may be able to adjust.
  101.     
  102.     However, be aware that Ma Bell and the long distance carriers are not
  103.     required by law, statute, or tariff to "fix" this "problem" on
  104.     unconditioned voice grade lines, because it is not really a
  105.     "problem"!
  106.     
  107.          Why does it get bad?
  108.     
  109.     Simple line impairment.  
  110.     
  111.     Variations in line quality are typically the culprit for low connect
  112.     rates.  Line impairments can result in link timeouts (when the error
  113.     control protocol does not receive a block of data within its expected
  114.     timeframe), link naks (when the error control protocol requests
  115.     retransmission of data), blers (block errors; errors in received
  116.     error control protocol or data blocks), and resent data blocks. 
  117.     Everyone occasionally gets "a bad line" and has to hang up and call
  118.     again to get a better connection.  However, if you find that you
  119.     never or rarely connect at rates above 19.2kbps, you will want to
  120.     investigate the line quality of your connections.
  121.     
  122.     
  123.     All right, so how is V.34 more robust?
  124.     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  125.     
  126.          Recovery from adverse line conditions.
  127.     
  128.     The goal of 28.8 modem protocols is not only to have a high top
  129.     speed, but to spend as much of that time as possible operating at the
  130.     highest possible speed under inevitably changing conditions.  The
  131.     V.34 protocol has advanced procedures for training and for recovery
  132.     from transient disturbances during training.  There are several
  133.     retrain and speed switching procedures to insure link integrity under
  134.     adverse conditions.
  135.     
  136.          The line (channel) probe.
  137.     
  138.     Both V.FC and V.34 "probe" the phone line for quality.  The line (or
  139.     channel) probe quickly examines line conditions and selects the best
  140.     transmission strategy to optimize data transmission (there are a
  141.     variety of such strategies available).  This technique can detect
  142.     certain unusual non-linear distortion mechanisms present on some
  143.     phone circuits, particularly international ones.  The modems can then
  144.     select the operational modes that better combat distortion.
  145.     
  146.          V.FC's weak implementation of probing.
  147.     
  148.     The Channel Probe determines proper connection speed.  V.34 measures
  149.     signal levels every 150 Hz across the entire channel, whereas V.FC
  150.     measures only 6 points, concentrated at the upper end of the
  151.     frequency range.  This provides V.34 with a much more accurate sample
  152.     of the channel bandwidth, and greater accuracy in selecting the
  153.     appropriate symbol rate.
  154.     
  155.     Thus, in V.FC, the weak implementation of the probe can generally
  156.     result in a "retrain" (when the two modems lose synchronization with
  157.     each other), which usually ends up lowering the speed to where it
  158.     should have been in the first place!!
  159.     
  160.          The retrain is a Killer!!
  161.     
  162.     A retrain is where the two modems suspend operations and renegotiate
  163.     the best possible connection all over again.  V.FC retrains are
  164.     extremely slow, and can take 5 to 60 seconds, during which time the
  165.     modems appear "dead" to the network, host, or PC to which they are
  166.     connected.  With V.FC, a retrain is generally required to change the
  167.     speed.  This might be tolerated by some PC-to-PC connections, but it
  168.     is rarely tolerated in a network environment, particularly a
  169.     packet-switched one.  The "timeouts" which will be sensed by a
  170.     variety of network software packages simply won't tolerate them, will
  171.     perceive them as disconnects, and will act accordingly, interrupting
  172.     end user service.
  173.     
  174.          V.34's improvement of the probe and rate renegotiation.
  175.     
  176.     A first major factor is that V.34 probes 25 frequencies across the
  177.     channel (vice 6 concentrated at the high end for V.FC).  Because the
  178.     frequencies are spaced closer together, the frequency response
  179.     profile (ie the channel probe) is more accurate.  That is a main
  180.     reason why V.34 connections are more reliable than V.FC connections
  181.     (more accurate line problem detection).  The channel probe occurs
  182.     during initial modem negotiation, and during training and retraining.
  183.     Additionally, line noise and the line's signal-to-noise ratio is
  184.     remeasured continually during the connection.
  185.     
  186.     Besides a better probe, rather than retrain, V.34 does a cooperative
  187.     and nearly instantaneous speed shift (also called a "fallback"),
  188.     which hosts can better tolerate.  This rate renegotiation procedure
  189.     allow rapid switching ranging from 4.8kbps up to 28.8kbps, as line
  190.     conditions vary.
  191.     
  192.     V.34 speeds will usually be slightly lower, more truthful, and more
  193.     reliable than V.FC.
  194.     
  195.          Other reasons why V.34 is a more robust standard.
  196.     
  197.     V.34 has a number of features which may be implemented to a lesser
  198.     degree, a poorer degree, or may not available at all in V.FC: 
  199.     precoding (changing the transmitted signal to reduce the effects of
  200.     noise multiplication in adaptive equalization, which compensates for
  201.     severe amplitude distortions); powerful multidimensional trellis
  202.     coding; constellation shaping and other innovations that give V.34 a
  203.     greater immunity to noise; and nonlinear coding (changing the
  204.     transmitted signal to improve operation in the receiver, which
  205.     addresses the problem of signal peaks being distorted due to
  206.     nonlinear circuit elements).
  207.     
  208.     A key improvement in V.34 is independent receive and transmit channel
  209.     speeds (and their associated "symbol rates").  This allows the
  210.     receive and transmit channels of the modem to be adjusted
  211.     independently and operate at different speeds, thus making maximum
  212.     use of available bandwidth in the face of channel impairments.  V.FC
  213.     forces both the receive and transmit channels to operate and the
  214.     lowest of the two speeds (and thus symbol rates), so a channel
  215.     impairment in either direction drops both speeds to that tolerated by
  216.     the impairment.
  217.     
  218.     V.34 has more robust Trellis Coding in use by the modem's receiver
  219.     and transmitter.  Trellis coding is a mathematical operation
  220.     performed on the transmitted data which improves the system's noise
  221.     immunity.  The type of coding may vary significantly when connecting
  222.     modems from different manufacturers.  V.34 supports a 64 state 4
  223.     dimensional coding scheme for greater noise immunity than the V.FC
  224.     protocol.
  225.     
  226.     
  227.     All right, you convinced me!  I just bought a V.34 modem and am 
  228.     still having problems!  What can I do to get a better connection.
  229.     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  230.     
  231.     *Try calling a different location.  Line quality differs from region
  232.     to region, and it may be a problem with the lines or modem at the
  233.     other end of a particular call.
  234.     
  235.     *Try connecting with a local call.  Sometimes the connections within
  236.     a long distance call can cause impairments.  (If this isolates the
  237.     problem, you can try switching long distance companies.)
  238.     
  239.     *Try plugging the modem to a different phone line or wall jack.
  240.     
  241.     *Try eliminating all telephone extensions, phone line surge
  242.     suppressors, line switches, utility monitoring devices connect to the
  243.     phone line, and anything else on the line with the modem.
  244.     
  245.     *If you know someone else in your area with a high speed modem, ask
  246.     what type of connections they make.  Try making the connection from
  247.     their location.  If you encounter the same low connection rates, the
  248.     problem may be resulting from impairments along the lines running to
  249.     the local telephone company or within your home or office.  Your
  250.     telephone company or a private consultant may be able to help.
  251.     
  252.          Dropped V.FC Connections and V.FC Rate Switching.
  253.     
  254.     VFC connections can only switch rates down to 14,400 bps.  If you
  255.     connect using VFC and line quality drops below that allowable for a
  256.     14,400 connection, the modems will disconnect.  If this occurs
  257.     frequently for a particular call, you will want to disable VFC before
  258.     calling that modem again.  A slower modulation, (V.32-bis at
  259.     14,400bps, for example) will be established and will allow the modems
  260.     to switch to lower bit rates as line quality warrants.  If the
  261.     problem is severe, use the modem's command set to disable V.FC, so
  262.     that V.34 (or a lower speed modulation on those modems which don't
  263.     have V.34) is forced. Some VFC modems from some manufactures do not
  264.     support rate switching (it's a tossup as to who does and in what
  265.     version they do).  These connections are more likely to drop.  For
  266.     these calls, you can force a lower connect speed by locking the modem
  267.     to a lower link rate.
  268.     
  269.          Dropped V.34 Connections and V.34 Rate Switching.
  270.     
  271.     Dropped connections can occur when there is a sharp decrease in line
  272.     quality during a call.  V.34 modems will switch to rates as low as
  273.     4,800 bps to compensate for these changes.  If the loss of quality is
  274.     extremely severe, even V.34 will drop the connection.
  275.  
  276.     
  277.     Technical phone line bandwidth requirements, and how a connection's
  278.     bandwidth and symbol rates are determined.
  279.     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  280.     
  281.     As already stated, V.34 and VFC connection rates are based on the
  282.     available bandwidth over the phone line.
  283.     
  284.     The modems use the channel probe to test the phone lines before
  285.     establishing a connection rate, and will select the highest "symbol
  286.     rate" allowable.  V.34 and V.FC modulations allow adjusting the
  287.     symbol rate to any of six possible values, to obtain the best match
  288.     with the available bandwidth.  Other protocols only allow a single,
  289.     fixed value for the symbol rate, regardless of the bandwidth of the
  290.     link.
  291.     
  292.     A "symbol" is a waveform transmitted by the modem, which contains a
  293.     certain number of encoded bits of data to be moved across the link. 
  294.     The receiving modem decodes this waveform, recovers the package of
  295.     bits, and re-assembles it.  The noise levels in the channel determine
  296.     how many bits are encoded in each symbol; lower noise levels allow a
  297.     greater number of bits per symbol.  The bandwidth of the channel
  298.     limits how many of these symbols may be sent each second.
  299.     
  300.     Symbol rate is directly related to overall connection speed.  In
  301.     general, a higher "symbol rate" allows greater data transfer speeds,
  302.     but requires greater bandwidth.  Once a symbol rate is determined
  303.     through negotiation, it remains constant.  The bit rate then is
  304.     adjusted on-the-fly to maintain low error rates, based on the modem's
  305.     tracking of noise and the signal-to-noise ratio.
  306.     
  307.     The approximate bandwidth requirements for each symbol rate are shown
  308.     in the chart below.  Thus, based on the connections you make, and/or
  309.     by diagnostics contained in the better brands of modems, you can
  310.     determine the approximate bandwidth detected by the modem.  The
  311.     connection can be made at any of the frequency ranges for any of the
  312.     given symbol rates.  This allows it to select the frequency range of
  313.     best quality for that call.
  314.     
  315.      Symbol                 Carrier       Bandwidth         Maximum
  316.       Rate      Protocol    Frequency    Requirements      Bit Rate
  317.     
  318.       2400      V.34        1600Hz        400-2800 Hz        21600
  319.                 V.34/VFC    1800Hz        600-3000 Hz        21600
  320.     
  321.       2743      V.34        1646 Hz       274-3018 Hz        24000
  322.                 VFC/V.34    1829 Hz       457-3200 Hz        24000
  323.     
  324.       2800      V.34        1680 Hz       280-3080 Hz        24000
  325.                 VFC/V.34    1867 Hz       467-3267 Hz        24000
  326.     
  327.       3000      V.34        1800 Hz       300-3300 Hz        26400
  328.                 V.34/VFC    2000 Hz       500-3500 Hz        26400
  329.                 VFC         1875 Hz       375-3376 Hz        26400
  330.     
  331.       3200      V.34        1829 Hz       229-3429 Hz        28800
  332.                 VFC         1920 Hz       320-3520 Hz        28800
  333.     
  334.       3429      V.34        1959 Hz       244-3674 Hz        28800
  335.     
  336.     NOTE:  These are maximum bit rates. V.34 will connect at speeds as
  337.     low as 4,800 bps with any of the above symbol rates.  VFC will only
  338.     connect down to 14,400 bps.  If the bit rate is much lower than the
  339.     maximum bit rate supported by the symbol rate, the phone line has
  340.     lots of noise or other impairments on it.
  341.     
  342.     =====================================================================
  343.     
  344.     Permission is granted to reprint and redistribute this information only
  345.     in its entirety.
  346.     
  347.     Acknowledgement for selected source materials to:
  348.     
  349.      - Paul Gebert, Joe Frankiewicz, and Dale Walsh of US Robotics, Inc.
  350.