home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Night Owl 9 / Night Owl CD-ROM (NOPV9) (Night Owl Publisher) (1993).ISO / 034a / aum001.zip / FILE2.AUM < prev    next >
Text File  |  1993-03-23  |  20KB  |  444 lines

  1.  
  2.         [Disclaimer: As much as I'd like to take credit for this
  3.         informative piece of work on phone lines and frequency, I
  4.         found this text file on the Internet, and cannot take credit
  5.         for it. Would the original author please step forward?]
  6.  
  7.  
  8.            MEMO TO MARTY HEETDERKS & MIKE TUCKER.....MOFFET INMATES!
  9.  
  10.                           INTRODUCTION TO PHONE LINES
  11.  
  12.  
  13.      Before we can discuss the modem, we need to learn a little about
  14.      telephone lines.
  15.  
  16.      Telephone lines are wires.
  17.      All wires have resistance.
  18.      Wires are used to allow electrons to flow from one point to another.
  19.  
  20.      BUT the resistance in these wires helps to impede our electron flow.
  21.      Impedance can be caused by the physical properties of the wire itself, the
  22.      width of the wire in respect to how much current is flowing, and the
  23.      length of the wire.
  24.  
  25.      At the end of our wires, at the phone company office, are electrical
  26.      circuits and switches all designed to permit transmission over these phone
  27.      lines but all with limitations of their capabilities.
  28.  
  29.      Just as your computer has its limits, so doesn't the phone company's
  30.      Lines.
  31.  
  32.      The lines are designed to allow transmission of voice grade signals back
  33.      and forth with minimal and predetermined loss.
  34.  
  35.      What this means is that the phone company has designed its circuits to
  36.      allow passage of certain frequencies associated with voice transmissions.
  37.      Frequencies outside this range are not included or desired.
  38.  
  39.  
  40.       "Under IDEAL circumstances" this chart illustrates how
  41.        the frequency response of the phone line allows passage
  42.        of frequencies between 300 through 3000 HZ but PREVENTS
  43.        passage of frequencies below 300HZ and above 3000HZ
  44.  
  45.  
  46.             │
  47.      Amplitu│de
  48.             │
  49.        Gain │        ┌──────────────────────┐
  50.             │        │                      │
  51.      Volume │        │                      │
  52.             │        │                      │
  53.             │        │                      │
  54.             │        │                      │
  55.             │        │                      │
  56.             │        │                      │
  57.             ├════════╧──────────────────────╧═════════
  58.             │0       300                   3000
  59.             │        Frequency in  HZ  (cycles per second)
  60.  
  61.  
  62.      How can this be accomplished.  VERY simple.  We design our amplifiers to
  63.      amplify any signals between 300 and 3000HZ and we do not amplify anything
  64.      outside this range.  Signals placed on the line outside our 300 to 3000
  65.      limits will die off as they travel over the phone line.
  66.  
  67.      Of course we live in an imperfect world.  Full of tolerance.  Tolerance
  68.      means that when we set out to do something, we do it right, ALMOST.
  69.  
  70.  
  71.      Resistors have tolerance, Capacitors have tolerance, Amplifiers have
  72.      tolerance.  About the only thing I can think of with no tolerance is the
  73.      Ayatollah Khomenini (sp).
  74.  
  75.      Not to mention tolerances change with temperature and humidity.  Two
  76.      identical pieces of wire will have different resistance levels if we were
  77.      to measure resistance down to micro ohms.
  78.  
  79.      As a result, our perfect Band Pass Filter (and amplifier designed to
  80.      amplify only desired frequencies) has flaws.  Instead of perfection we
  81.      find that some amplification takes place outside our 300 to 3000 Hz dome
  82.      and that inside our specs our desired frequencies are not amplified all
  83.      equally.
  84.  
  85.             │
  86.             │
  87.             │                . . . . . . . . . .
  88.             │              .                     .
  89.             │             .          |            .
  90.             │            .           |             .
  91.             │           . |          |              .
  92.             │          .  |          |               .
  93.             │         .   |          |              | .
  94.             │        . |  |          |              |  .
  95.             │       .  |  |          |              |    .
  96.             │......    |  |          |              |      .
  97.             └─────────────────────────────────────────────────────
  98.              0        300 800      2000           3000
  99.  
  100.  
  101.      What this chart shows us is that at 2000 HZ we get maximum output or
  102.      maximum gain while at 800 HZ our gain is less and at 300 HZ even less.
  103.      Obviously it would do us better to operate at 2000 HZ.  But that would
  104.      leave us with too small a range within which to operate.
  105.  
  106.      I can best illustrate the results of this by explaining to you one of the
  107.      more common gain tests used to determine the usability of a line.
  108.  
  109.      If you were to connect an audio oscillator to one end of a line and
  110.      transmitted an exact audio level
  111.  
  112.      While at the other end of the line, you connect up a Monitor that will let
  113.      you see the level of that signal as it arrives, you would see the signal
  114.      that was transmitted MINUS any loss of strength from travelling through
  115.      wires and circuits.
  116.  
  117.      Going back to our diagram of Frequency Response, we would expect to see a
  118.      smaller signal arrive at 800HZ than at 2000Hz.
  119.  
  120.      Suppose we transmitted our signal at 1.0 volts.  At 2000Hz we would expect
  121.      to see arrive a strong signal near the 1.0 volts we transmitted.
  122.  
  123.      At 800Hz however, we know that there was less gain OR more loss so the
  124.      signal we would expect to see would be below 1 volt.
  125.  
  126.      At 300 Hz, well below 1 volt.
  127.  
  128.  
  129.        Example:
  130.  
  131.                        Transmit     Receive
  132.                         Level        Level
  133.  
  134.  
  135.             2000HZ       1.0 v        .99v
  136.  
  137.              800HZ       1.0 v        .85v
  138.  
  139.              300HZ       1.0 v        .50v
  140.  
  141.  
  142.  
  143.      One side note hear.  The frequency of 2600HZ has been set aside as the
  144.      disconnect frequency.  If you were on the phone talking to someone and had
  145.      an audio oscillator set to 2600HZ, your call would be disconnected if the
  146.      tone we to be picked up be the telephone.
  147.  
  148.      OK, so where were we.
  149.  
  150.      Oh Yeah.  Ever wonder how the cable company can send you so many different
  151.      channels over 1 cable.  Simple, they use a different frequency for each
  152.      channel.
  153.  
  154.      FDM or Frequency Division Multiplexing.  We use that big range of
  155.      frequencies from 300 to 3000 to send multiple tones or multiple CARRIERS
  156.      at different, non interfering frequencies.
  157.  
  158.  
  159.  
  160.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  161.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  162.       Range             │     │          │    │       Range
  163.                      . . . . . . . . . . . . . . . . .
  164.                   .        .                .           .
  165.                  .       .   .            .   .           .
  166.                 .       .     .          .     .           .
  167.                .        .     .          .     .            .
  168.               .         .  │  .          .  │  .             .
  169.              .          .  │  .          .  │  .              .
  170.             .          .   │  .          .  │  .               .
  171.            .          .    │   .        .   │    .              .
  172.           .          .     │    .      .    │     .              .
  173.          .         .       │     .    .     │      .               .
  174.      ...      .  .         │       ..       │        .....           . . .
  175.                            │                │
  176.                            │                │
  177.  
  178.                         1170 Hz            2125HZ
  179.  
  180.  
  181.        Gimme a break.  ASCII wasn't meant for superior graphics.
  182.  
  183.      In the diagram, I have as the outer shell, the Phone company Frequency
  184.      Response graph and inside I show the two frequency bands we use, one for
  185.      transmit and one for receive.  They pass each other in opposite directions
  186.      without interference.  Thus allowing us to transmit and receive
  187.      simultaneously over one phone line.
  188.  
  189.  
  190.      The reason why a Voice Grade line has a frequency range of 300 to 3000 HZ
  191.      is because those are the nominal frequencies of our hearing capabilities
  192.      (but not the full range).
  193.  
  194.      It should seem obvious that a Voice grade line would do just what it
  195.      implies, operate at voice frequencies.
  196.  
  197.      Thus the phone company designed and built phone lines that would amplify
  198.      and carry Voice frequencies while ignoring or eliminating outside
  199.      frequencies.
  200.  
  201.      The term "Frequency Response" refers to how well an amplifier amplifies at
  202.      a specific frequency.  If it amplifies all that we want it to, it has a
  203.      good frequency response.  If it amplifies poorly it has a bad frequency
  204.      response.
  205.  
  206.      Ideally we would like out telephone line to have a consistent Frequency
  207.      response over the entire 300 to 3000Hz range and look like this..........
  208.  
  209.             │
  210.      Amplitu│de
  211.             │
  212.        Gain │        ┌──────────────────────┐
  213.             │        │                      │
  214.      Volume │        │                      │
  215.             │        │                      │
  216.             │        │                      │
  217.             │        │                      │
  218.             │        │                      │
  219.             │        │                      │
  220.             ├════════╧──────────────────────╧═════════
  221.             │0       300                   3000
  222.             │        Frequency in  HZ  (cycles per second)
  223.  
  224.  
  225.      But we know, that because of tolerances our frequency response looks like
  226.      this............
  227.  
  228.  
  229.             │
  230.             │                . . . . . . . . . .
  231.             │              .                     .
  232.             │             .          |            .
  233.             │            .           |             .
  234.             │           . |          |              .
  235.             │          .  |          |               .
  236.             │         .   |          |              | .
  237.             │        . |  |          |              |  .
  238.             │       .  |  |          |              |    .
  239.             │......    |  |          |              |      .
  240.             └─────────────────────────────────────────────────────
  241.              0        300 800      2000           3000
  242.  
  243.      When you compare the top figure (ideal band pass filter) and the actual
  244.      filtering, it should be obvious, that if we could have our ideal band pass
  245.      filter, we would have a lot fewer line problems to worry about.  Nice clean
  246.      lines with all frequencies being received at the same signal strength
  247.      (signal level).
  248.  
  249.  
  250.      As we earlier stated.  The problem with the real world filter is that the
  251.      signal level RECEIVED at 400 HZ and 800 HZ and 2000 HZ will all be
  252.      DIFFERENT ;
  253.  
  254.      BECAUSE the frequency response at 400, 800 and 2000 Hz is different.
  255.  
  256.      Thus if we TRANSMIT a 400 HZ frequency at 1 volt and a 800 Hz frequency at
  257.      1 volt and a 2000 hz frequency at 1 volt, we would end up with varying
  258.      results at the RECEIVE end
  259.  
  260.               (example levels only)
  261.  
  262.                        400Hz  receive  .6 volts  (loss of .4 volts)
  263.  
  264.                        800Hz  receive  .8 volts  (loss of .2 volts)
  265.  
  266.                       2000Hz  receive  1.0 volts (loss of  0 volts)
  267.  
  268.      If we cant improve the quality of the telephone line.  How about if we
  269.      increase our transmit level at those frequencies we are losing voltage.
  270.  
  271.                  (examples only)
  272.  
  273.               Transmit        Transmit       Receive     Loss
  274.              Frequency        Voltage        Voltage
  275.  
  276.                 400             1.4            1.0       .4
  277.  
  278.                 800             1.2            1.0       .2
  279.  
  280.                2000             1.0            1.0        0
  281.  
  282.  
  283.      In other words to receive a CONSTANT receive level all we have to do is
  284.      vary our TRANSMIT voltage adding more voltage where there is loss.
  285.  
  286.      This function is called EQUALIZATION.  OR EQUALIZING the line.
  287.  
  288.      Equalization can be accomplished by varying the level of the transmit
  289.      voltage at the transmitter OR it can be accomplished via a PRE- AMPLIFIER
  290.      at the RECEIVER (altering the levels before it gets to the receiver).
  291.  
  292.      How modems equalize is different depending on manufacturer and modulation
  293.      type.  However, one interesting way it is accomplished is via a training
  294.      sequence.  Prior to transmitting carrier, a modem transmits a test pattern
  295.      which is something like a sweep of the frequency range.  The receiving
  296.      station has stored in ROM exactly what the test pattern looked like when
  297.      it was transmitted by the originating modem.  It then compares what it
  298.      receives against the template of the test pattern it has stored in memory.
  299.  
  300.      It now computes what the telephone line characteristics really are, How
  301.      much loss and at what frequency.  It then adjusts its transmitter to vary
  302.      the voltage of its transmission at all the different frequencies.
  303.  
  304.      Below (sample levels only) we show the response of the phone line and
  305.      below below, how we alter our transmit levels to Equalize the line.
  306.  
  307.  
  308.                       . ..............
  309.                     .                 .
  310.                    .                   .            Telephone
  311.                   .                     .
  312.                  .                       .            Line
  313.                 .                         .
  314.                .                           .       Frequency Response
  315.               .                             .
  316.              .                               .
  317.       ────────────────────────────────────────────────────────────
  318.            300                               3000
  319.  
  320.      --------------------------------------------------------------------
  321.  
  322.  
  323.       2 volt .                            .                 Transmitter
  324.                .                         .
  325.                                        .
  326.                  .
  327.                    .                 .                       Voltage
  328.       1 volt        . .. ............
  329.                                                              Levels
  330.  
  331.       0 volts─────────────────────────────────────────────────────────
  332.  
  333.  
  334.  
  335.      If we equalized properly, if we add Graphs 1 & 2 above, we should ideally
  336.      get a FLAT frequency response as we saw in the earlier message.
  337.  
  338.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  339.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  340.       Band              │     │          │    │       Band Width
  341.       Width          . . . . . . . . . . . . . . . . .
  342.                   .        .                .           .
  343.                  .       .   .            .   .           .
  344.                 .       .     .          .     .           .
  345.                .        .     .          .     .            .
  346.               .         .  │  .          .  │  .             .
  347.              .          .  │  .          .  │  .              .
  348.             .          .   │  .          .  │  .               .
  349.            .          .    │   .        .   │    .              .
  350.           .          .     │    .      .    │     .              .
  351.          .         .       │     .    .     │      .               .
  352.      ...      .  .         │       ..       │        .....           . . .
  353.                            │                │
  354.                            │                │
  355.  
  356.                         1170 Hz            2125HZ
  357.                         Centre             Centre
  358.                         Frequency          Frequency
  359.  
  360.      Above we see how we make maximum use of the Band Pass.  We are
  361.      transmitting out of modem # 1 at 1170Hz while we are simultaneously
  362.      transmitting out of modem # 2 at 2125Hz.  The Band Width of each
  363.      transmitter is small enough to allow BOTH carriers to co-exist on the same
  364.      circuit without interferring with each other.
  365.  
  366.  
  367.      When we use a different scheme, Transmitting in only ONE direction at a
  368.      time, we can utilize more of the available Band Width.
  369.  
  370.  
  371.       Transmit          │          │          │
  372.       Frequency -----   │          │          │
  373.       Range             │          │          │
  374.                      . . . . . . . . . . . . . . . . .
  375.                   .                                     .
  376.                  .        x x x x x x x x x x xx         .
  377.                 .       x                       x         .
  378.                .       x           │             x         .
  379.               .       x            │              x         .
  380.              .       x             │               x         .
  381.             .       x   │          │           │    x         .
  382.            .       x    │          │           │     x         .
  383.           .       x     │          │           │      x         .
  384.          .      x       │          │           │       x          .
  385.      ...      x         │          │           │        x           . . .
  386.                         │          │           │         x
  387.                         │          │           │
  388.  
  389.                                  Centre
  390.                                  Frequency
  391.  
  392.  
  393.      It is this Difference that allows us to break the barrier of 600 Baud.
  394.      With two Modems transmitting simultaneously, each Modem takes up 1/2 the
  395.      Band Pass and of course a GAP exists between the two.  Add the two and the
  396.      gap together and you get a much bigger BANDwidth.
  397.  
  398.      "Well, How come I can transmit to them but they can not transmit to me"
  399.  
  400.      It is possible that a telephone company equipment problem can effect
  401.      certain frequencies without effecting others.  Below you see an example of
  402.      the Telephone line's frequency response WITH A PROBLEM.  We have
  403.      effectively lost half of our line.  However we still have half of the line
  404.      remaining.
  405.  
  406.  
  407.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  408.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  409.       Range             │     │          │    │       Range
  410.                      . . . . . . . .               . .
  411.                   .        x        .             .     .
  412.                  .       x   x       .           .        .
  413.                 .       x     x       .         .          .
  414.                .        x     x        .       .            .
  415.               .         x  │  x         .     .              .
  416.              .          x  │  x          . . .                .
  417.             .          x   │  x                                .
  418.            .          x    │   x                                .
  419.           .          x     │    x                                .
  420.          .         x       │     x                                 .
  421.      ...      x  x         │       x                                 . . .
  422.                            │
  423.                            │
  424.  
  425.                         1170 Hz            2125HZ
  426.  
  427.  
  428.      If we transmit a carrier at 2125HZ thru the degraded part of our line, the
  429.      carrier may not get through and if it does, it is be such a weak signal
  430.      that the modem will not be able to see it.
  431.  
  432.      I don't know how many times I have gone onto a customer site "after" the
  433.      phone company tested the line and found a line problem.  Trying to
  434.      convince a customer that the phone company missed something is not always
  435.      easy.  BUT it used to be that the only TEST (if you want to call it that)
  436.      the Phone company would perform is to send a 1000 Hz tone down the line
  437.      and loop it back.
  438.  
  439.      Well that's great for the 1000 Hz range but what about the 300's 500's
  440.      1500's 2000's etc etc.
  441.  
  442.      Unless the Phone Company has done a FULL SWEEP of the entire frequency
  443.      spread of the BAND, they have DONE NOTHING.
  444.