home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ The World of Computer Software / World_Of_Computer_Software-02-386-Vol-2of3.iso / c / crc_err.zip / CRC_ERR.TXT next >
Text File  |  1991-07-11  |  20KB  |  439 lines
  1.  
  2.  
  3.            MEMO TO MARTY HEETDERKS & MIKE TUCKER.....MOFFET INMATES!
  4.  
  5.                           INTRODUCTION TO PHONE LINES
  6.  
  7.  
  8.      Before we can discuss the modem, we need to learn a little about
  9.      telephone lines.
  10.  
  11.      Telephone lines are wires.
  12.      All wires have resistance.
  13.      Wires are used to allow electrons to flow from one point to another.
  14.  
  15.      BUT the resistance in these wires helps to impede our electron flow.
  16.      Impedance can be caused by the physical properties of the wire itself, the
  17.      width of the wire in respect to how much current is flowing, and the
  18.      length of the wire.
  19.  
  20.      At the end of our wires, at the phone company office, are electrical
  21.      circuits and switches all designed to permit transmission over these phone
  22.      lines but all with limitations of their capabilities.
  23.  
  24.      Just as your computer has its limits, so doesn't the phone company's
  25.      Lines.
  26.  
  27.      The lines are designed to allow transmission of voice grade signals back
  28.      and forth with minimal and predetermined loss.
  29.  
  30.      What this means is that the phone company has designed its circuits to
  31.      allow passage of certain frequencies associated with voice transmissions.
  32.      Frequencies outside this range are not included or desired.
  33.  
  34.  
  35.       "Under IDEAL circumstances" this chart illustrates how
  36.        the frequency response of the phone line allows passage
  37.        of frequencies between 300 through 3000 HZ but PREVENTS
  38.        passage of frequencies below 300HZ and above 3000HZ
  39.  
  40.  
  41.             │
  42.      Amplitu│de
  43.             │
  44.        Gain │        ┌──────────────────────┐
  45.             │        │                      │
  46.      Volume │        │                      │
  47.             │        │                      │
  48.             │        │                      │
  49.             │        │                      │
  50.             │        │                      │
  51.             │        │                      │
  52.             ├════════╧──────────────────────╧═════════
  53.             │0       300                   3000
  54.             │        Frequency in  HZ  (cycles per second)
  55.  
  56.  
  57.      How can this be accomplished.  VERY simple.  We design our amplifiers to
  58.      amplify any signals between 300 and 3000HZ and we do not amplify anything
  59.      outside this range.  Signals placed on the line outside our 300 to 3000
  60.      limits will die off as they travel over the phone line.
  61.  
  62.      Of course we live in an imperfect world.  Full of tolerance.  Tolerance
  63.      means that when we set out to do something, we do it right, ALMOST.
  64.  
  65.  
  66.      Resistors have tolerance, Capacitors have tolerance, Amplifiers have
  67.      tolerance.  About the only thing I can think of with no tolerance is the
  68.      Ayatollah Khomenini (sp).
  69.  
  70.      Not to mention tolerances change with temperature and humidity.  Two
  71.      identical pieces of wire will have different resistance levels if we were
  72.      to measure resistance down to micro ohms.
  73.  
  74.      As a result, our perfect Band Pass Filter (and amplifier designed to
  75.      amplify only desired frequencies) has flaws.  Instead of perfection we
  76.      find that some ampliifcation takes place outside our 300 to 3000 Hz dome
  77.      and that inside our specs our desired frequencies are not amplified all
  78.      equally.
  79.  
  80.             │
  81.             │
  82.             │                . . . . . . . . . .
  83.             │              .                     .
  84.             │             .          |            .
  85.             │            .           |             .
  86.             │           . |          |              .
  87.             │          .  |          |               .
  88.             │         .   |          |              | .
  89.             │        . |  |          |              |  .
  90.             │       .  |  |          |              |    .
  91.             │......    |  |          |              |      .
  92.             └─────────────────────────────────────────────────────
  93.              0        300 800      2000           3000
  94.  
  95.  
  96.      What this chart shows us is that at 2000 HZ we get maximum output or
  97.      maximum gain while at 800 HZ our gain is less and at 300 HZ even less.
  98.      Obviously it would do us better to operate at 2000 HZ.  But that would
  99.      leave us with too small a range within which to operate.
  100.  
  101.      I can best illustrate the results of this by explaining to you one of the
  102.      more common gain tests used to determine the usability of a line.
  103.  
  104.      If you were to connect an audio oscillator to one end of a line and
  105.      transmitted an exact audio level
  106.  
  107.      While at the other end of the line, you connect up a Monitor that will let
  108.      you see the level of that signal as it arrives, you would see the signal
  109.      that was transmitted MINUS any loss of strength from traveling through
  110.      wires and circuits.
  111.  
  112.      Going back to our diagram of Frequency Response, we would expect to see a
  113.      smaller signal arrive at 800HZ than at 2000Hz.
  114.  
  115.      Suppose we transmitted our signal at 1.0 volts.  At 2000Hz we would expect
  116.      to see arrive a strong signal near the 1.0 volts we transmitted.
  117.  
  118.      At 800Hz however, we know that there was less gain OR more loss so the
  119.      signal we would expect to see would be below 1 volt.
  120.  
  121.      At 300 Hz, well below 1 volt.
  122.  
  123.  
  124.        Example:
  125.  
  126.                        Transmit     Receive
  127.                         Level        Level
  128.  
  129.  
  130.             2000HZ       1.0 v        .99v
  131.  
  132.              800HZ       1.0 v        .85v
  133.  
  134.              300HZ       1.0 v        .50v
  135.  
  136.  
  137.  
  138.      One side note hear.  The frequency of 2600HZ has been set aside as the
  139.      disconnect frequency.  If you were on the phone talking to someone and had
  140.      an audio oscillator set to 2600HZ, your call would be disconnected if the
  141.      tone we to be picked up be the telephone.
  142.  
  143.      OK, so where were we.
  144.  
  145.      Oh Yeah.  Ever wonder how the cable company can send you so many different
  146.      channels over 1 cable.  Simple, they use a different frequency for each
  147.      channel.
  148.  
  149.      FDM or Frequency Division Multiplexing.  We use that big range of
  150.      frequencies from 300 to 3000 to send multiple tones or multiple CARRIERS
  151.      at different, non interfering frequencies.
  152.  
  153.  
  154.  
  155.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  156.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  157.       Range             │     │          │    │       Range
  158.                      . . . . . . . . . . . . . . . . .
  159.                   .        .                .           .
  160.                  .       .   .            .   .           .
  161.                 .       .     .          .     .           .
  162.                .        .     .          .     .            .
  163.               .         .  │  .          .  │  .             .
  164.              .          .  │  .          .  │  .              .
  165.             .          .   │  .          .  │  .               .
  166.            .          .    │   .        .   │    .              .
  167.           .          .     │    .      .    │     .              .
  168.          .         .       │     .    .     │      .               .
  169.      ...      .  .         │       ..       │        .....           . . .
  170.                            │                │
  171.                            │                │
  172.  
  173.                         1170 Hz            2125HZ
  174.  
  175.  
  176.        Gimme a break.  ASCII wasnt meant for superior graphics.
  177.  
  178.      In the diagram, I have as the outer shell, the Phone company Frequency
  179.      Response graph and inside I show the two frequency bands we use, one for
  180.      transmit and one for receive.  They pass each other in opposite directions
  181.      without interference.  Thus allowing us to transmit and receive
  182.      simultaneously over one phone line.
  183.  
  184.  
  185.      The reason why a Voice Grade line has a frequency range of 300 to 3000 HZ
  186.      is because those are the nominal frequencies of our hearing capabilities
  187.      (but not the full range).
  188.  
  189.      It should seem obvious that a Voice grade line would do just what it
  190.      implies, operate at voice frequencies.
  191.  
  192.      Thus the phone company designed and built phone lines that would amplify
  193.      and carry Voice frequencies while ignoring or eliminating outside
  194.      frequencies.
  195.  
  196.      The term "Frequency Response" refers to how well an amplifier amplifies at
  197.      a specific frequency.  If it amplifies all that we want it to, it has a
  198.      good frequency response.  If it amplifies poorly it has a bad frequnecy
  199.      response.
  200.  
  201.      Idealy we would like out telephone line to have a consistent Frequency
  202.      response over the entire 300 to 3000Hz range and look like this..........
  203.  
  204.             │
  205.      Amplitu│de
  206.             │
  207.        Gain │        ┌──────────────────────┐
  208.             │        │                      │
  209.      Volume │        │                      │
  210.             │        │                      │
  211.             │        │                      │
  212.             │        │                      │
  213.             │        │                      │
  214.             │        │                      │
  215.             ├════════╧──────────────────────╧═════════
  216.             │0       300                   3000
  217.             │        Frequency in  HZ  (cycles per second)
  218.  
  219.  
  220.      But we know, that because of tolerances our frequency response looks like
  221.      this............
  222.  
  223.  
  224.             │
  225.             │                . . . . . . . . . .
  226.             │              .                     .
  227.             │             .          |            .
  228.             │            .           |             .
  229.             │           . |          |              .
  230.             │          .  |          |               .
  231.             │         .   |          |              | .
  232.             │        . |  |          |              |  .
  233.             │       .  |  |          |              |    .
  234.             │......    |  |          |              |      .
  235.             └─────────────────────────────────────────────────────
  236.              0        300 800      2000           3000
  237.  
  238.      When you compare the top figure (ideal band pass filter) and the actual
  239.      filtering, it should be obvious, that if we could have our ideal band pass
  240.      filter, we would have alot fewer line problems to worry about.  Nice clean
  241.      lines with all frequencies being received at the same signal strength
  242.      (signal level).
  243.  
  244.  
  245.      As we earlier stated.  The problem with the real world filter is that the
  246.      signal level RECEIVED at 400 HZ and 800 HZ and 2000 HZ will all be
  247.      DIFFERENT ;
  248.  
  249.      BECAUSE the frequency response at 400, 800 and 2000 Hz is different.
  250.  
  251.      Thus if we TRANSMIT a 400 HZ frequency at 1 volt and a 800 Hz freqency at
  252.      1 volt and a 2000 hz frequency at 1 volt, we would end up with varying
  253.      results at the RECEIVE end
  254.  
  255.               (example levels only)
  256.  
  257.                        400Hz  receive  .6 volts  (loss of .4 volts)
  258.  
  259.                        800Hz  receive  .8 volts  (loss of .2 volts)
  260.  
  261.                       2000Hz  receive  1.0 volts (loss of  0 volts)
  262.  
  263.      If we cant improve the quality of the telephone line.  How about if we
  264.      increase our transmit level at those frequencies we are losing voltage.
  265.  
  266.                  (examples only)
  267.  
  268.               Transmit        Transmit       Receive     Loss
  269.              Frequency        Voltage        Voltage
  270.  
  271.                 400             1.4            1.0       .4
  272.  
  273.                 800             1.2            1.0       .2
  274.  
  275.                2000             1.0            1.0        0
  276.  
  277.  
  278.      In other words to receive a CONSTANT receive level all we have to do is
  279.      vary our TRANSMIT voltage adding more voltage where there is loss.
  280.  
  281.      This function is called EQUALIZATION.  OR EQUALIZING the line.
  282.  
  283.      Equalization can be accomplished by varying the level of the transmit
  284.      voltage at the transmitter OR it can be accomplshed via a PRE- AMPLIFIER
  285.      at the RECEIVER (altering the levels before it gets to the receiver).
  286.  
  287.      How modems equalize is different depending on manufacturer and modulation
  288.      type.  However, one interesting way it is accomplished is via a training
  289.      sequence.  Prior to transmitting carrier, a modem transmits a test pattern
  290.      which is something like a sweep of the frequency range.  The receiving
  291.      station has stored in ROM exactly what the test pattern looked like when
  292.      it was tranmitted by the originating modem.  It then compares what it
  293.      receives against the template of the test pattern it has stored in memory.
  294.  
  295.      It now computes what the telephone line characteristics realy are, How
  296.      much loss and at what frequency.  It then adjusts its transmitter to vary
  297.      the voltage of its transmission at all the different frequencies.
  298.  
  299.      Below (sample levels only) we show the response of the phone line and
  300.      below below, how we alter our transmit levels to Equalize the line.
  301.  
  302.  
  303.                       . ..............
  304.                     .                 .
  305.                    .                   .            Telephone
  306.                   .                     .
  307.                  .                       .            Line
  308.                 .                         .
  309.                .                           .       Frequency Response
  310.               .                             .
  311.              .                               .
  312.       ────────────────────────────────────────────────────────────
  313.            300                               3000
  314.  
  315.      --------------------------------------------------------------------
  316.  
  317.  
  318.       2 volt .                            .                 Transmitter
  319.                .                         .
  320.                                        .
  321.                  .
  322.                    .                 .                       Voltage
  323.       1 volt        . .. ............
  324.                                                              Levels
  325.  
  326.       0 volts─────────────────────────────────────────────────────────
  327.  
  328.  
  329.  
  330.      If we equalized properly, if we add Graphs 1 & 2 above, we should idealy
  331.      get a FLAT frequency response as we saw in the earlier message.
  332.  
  333.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  334.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  335.       Band              │     │          │    │       Band Width
  336.       Width          . . . . . . . . . . . . . . . . .
  337.                   .        .                .           .
  338.                  .       .   .            .   .           .
  339.                 .       .     .          .     .           .
  340.                .        .     .          .     .            .
  341.               .         .  │  .          .  │  .             .
  342.              .          .  │  .          .  │  .              .
  343.             .          .   │  .          .  │  .               .
  344.            .          .    │   .        .   │    .              .
  345.           .          .     │    .      .    │     .              .
  346.          .         .       │     .    .     │      .               .
  347.      ...      .  .         │       ..       │        .....           . . .
  348.                            │                │
  349.                            │                │
  350.  
  351.                         1170 Hz            2125HZ
  352.                         Center             Center
  353.                         Frequency          Frequency
  354.  
  355.      Above we see how we make maximum use of the Band Pass.  We are
  356.      transmitting out of modem # 1 at 1170Hz while we are simultaneously
  357.      transmitting out of modem # 2 at 2125Hz.  The Band Width of each
  358.      transmitter is small enough to allow BOTH carriers to co-exist on the same
  359.      circuit without interferring with each other.
  360.  
  361.  
  362.      When we use a different scheme, Transmitting in only ONE direction at a
  363.      time, we can utilize more of the available Band Width.
  364.  
  365.  
  366.       Transmit          │          │          │
  367.       Frequency -----   │          │          │
  368.       Range             │          │          │
  369.                      . . . . . . . . . . . . . . . . .
  370.                   .                                     .
  371.                  .        x x x x x x x x x x xx         .
  372.                 .       x                       x         .
  373.                .       x           │             x         .
  374.               .       x            │              x         .
  375.              .       x             │               x         .
  376.             .       x   │          │           │    x         .
  377.            .       x    │          │           │     x         .
  378.           .       x     │          │           │      x         .
  379.          .      x       │          │           │       x          .
  380.      ...      x         │          │           │        x           . . .
  381.                         │          │           │         x
  382.                         │          │           │
  383.  
  384.                                  Center
  385.                                  Frequency
  386.  
  387.  
  388.      It is this Difference that allows us to break the barrier of 600 Baud.
  389.      With two Modems transmitting simultaneously, each Modem takes up 1/2 the
  390.      Band Pass and of course a GAP exists between the two.  Add the two and the
  391.      gap together and you get a much bigger BANDwidth.
  392.  
  393.      "Well, Howcome I can tranmit to them but they can not transmit to me"
  394.  
  395.      It is possible that a telephone company equipment problem can effect
  396.      certain frequencies without effecting others.  Below you see an example of
  397.      the Telephone line's frequency response WITH A PROBLEM.  We have
  398.      effectively lost half of our line.  However we still have half of the line
  399.      remaining.
  400.  
  401.  
  402.       Transmit          │     │          │    │       Receive
  403.       Frequency -----   │     │          │    │   ----Frequency
  404.       Range             │     │          │    │       Range
  405.                      . . . . . . . .               . .
  406.                   .        x        .             .     .
  407.                  .       x   x       .           .        .
  408.                 .       x     x       .         .          .
  409.                .        x     x        .       .            .
  410.               .         x  │  x         .     .              .
  411.              .          x  │  x          . . .                .
  412.             .          x   │  x                                .
  413.            .          x    │   x                                .
  414.           .          x     │    x                                .
  415.          .         x       │     x                                 .
  416.      ...      x  x         │       x                                 . . .
  417.                            │
  418.                            │
  419.  
  420.                         1170 Hz            2125HZ
  421.  
  422.  
  423.      If we transmit a carrier at 2125HZ thru the degraded part of our line, the
  424.      carrier may not get through and if it does, it is be such a weak signal
  425.      that the modem will not be able to see it.
  426.  
  427.      I dont know how many times I have gone onto a customer site "after" the
  428.      phone company tested the line and found a line problem.  Trying to
  429.      convince a customer that the phone company missed something is not always
  430.      easy.  BUT it used to be that the only TEST (if you want to call it that)
  431.      the Phone company would perform is to send a 1000 Hz tone down the line
  432.      and loop it back.
  433.  
  434.      Well thats great for the 1000 Hz range but what about the 300's 500's
  435.      1500's 2000's etc etc.
  436.  
  437.      Unless the Phone Company has done a FULL SWEEP of the entire frequency
  438.      spread of the BAND, they have DONE NOTHING.
  439.