Основным сдерживающим фактором, препятствующим "бесконечному" увеличению скорости передачи данных с помощью модемов, является качество аналоговых телефонных линий связи. До недавнего времени (буквально до начала 80-х годов) основным назначением телефонных каналов связи была только передача голоса. Поэтому, исходя из соображений стоимости и для борьбы с шумами в линии, полоса пропускания телефонного канала была ограничена диапазоном 300--3500 Гц. Исследования показали, что именно в этом диапазоне частот находится основная часть спектра человеческой речи, поэтому после наложения на исходный сигнал указанных ограничений разборчивость речи не ухудшится.

За более чем 100 лет в телефонии было внедрено множество открытий; одно из них -- уплотнение каналов связи, позволяющее по одному физическому каналу передавать множество телефонных переговоров. А чтобы соседние телефонные каналы не влияли друг на друга, для них была выделена жесткая полоса 4 кГц. Именно эта полоса и сдерживает развитие модемной технологии в направлении увеличения скорости передачи данных.

Количество изменений состояния аналогового сигнала в единицу времени в канале связи, происходящее при передаче данных, называют бодом (baud). Иногда еще этой единицей измерения описывают модуляционную скорость канала передачи данных, которая определяется его полосой пропускания. Как уже говорилось выше, полоса пропускания телефонного канала связи не может превышать 3--3,5 кГц. Соответственно, модуляционная скорость таких каналов связи не может превышать 3000--3500 бод. А это означает, что если модуляционную скорость передачи данных, измеряемой в бодах, приравнять к информационной, измеряемой в bps, то максимальная скорость передачи данных по обычной аналоговой телефонной линии не может превышать 3000--3500 bps. Так оно и было на заре развития устройств передачи данных. Вспомните модемы на 2400 bps!

Однако теоретический предел информационной скорости передачи данных по аналоговым каналам связи с полосой в 3,5 кГц, вычисленный по теореме Шеннона и приблизительно равный 35 Kbps, не давал разработчикам покоя. Они стали придумывать новые методы модуляции сигнала, благодаря которым удалось поднять информационную скорость передачи данных в 8 раз и довести ее до 19200 bps при модуляционной скорости, равной 2400 бод!

Как такое стало возможным? Давайте вспомним немного теорию радиотехнических цепей и сигналов. Чтобы передать цифровую информацию по аналоговым каналам связи, ее сначала нужно закодировать. Для этого можно использовать амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) или фазовую (ФМ) модуляции. Вначале разработчики остановили свой выбор именно на фазовой модуляции, поскольку ее помехоустойчивость оказалась выше других типов модуляции. Поэтому, чтобы поднять скорость передачи данных в четыре раза, достаточно было передавать два сигнала со сдвигом в 90°. Так появился протокол V.32, в котором максимальная скорость передачи данных составила 9600 bps, т. е. четырем фазовым состояниям сигнала (0°, 90°, 180° и 270°) сопоставили четыре возможные комбинации битов 00, 01, 10 и 11 (рис. 1).

Дальнейшее увеличение скорости передачи данных за счет уменьшения фазового сдвига сигналов оказалось весьма проблематичным, поскольку такой сложный сигнал было очень тяжело декодировать на приемном конце из-за фазовых искажений сигнала, которые напрямую связаны с качеством канала связи. Поэтому решили остановиться на фазовом сдвиге в 90°, а дальнейшее увеличение скорости выполнить за счет амплитудной модуляции сложного сигнала (рис. 2).

Так появилась квадратурная модуляция, благодаря которой удалось поднять скорость передачи данных в восемь раз! Таким образом, четырем фазовым состояниям аналогового сигнала соответствовали четыре возможные битовые комбинации, а еще два битовых состояния (0 и 1) удалось закодировать благодаря амплитудной модуляции. Но это по теории, на практике же все выглядит несколько сложнее (рис. 3).

Обратите внимание, что семь битовых комбинаций закодированы с помощью фазовой и только одна -- с помощью амплитудной модуляции. Причина проста -- низкая помехоустойчивость последней.
В результате появился стандарт V.32bis, в котором максимальная скорость передачи данных ограничивалась 14400 bps при модуляционной скорости в 2400 бод. Разделив 14400 на 2400, мы получим цифру 6, а не 8! Как же так? Все очень просто. Специальный сектор стандартизации ITU-T при Международном телекоммуникационном союзе, рассмотрев все предложенные варианты, выбрал из восьми возможных шесть комбинаций сигнала, которые обеспечивали максимальную помехоустойчивость на среднестатистической аналоговой телефонной линии. Кроме этого, преследовалась и еще одна цель. Ограничив стандартом V.32bis максимальную скорость передачи данных на уровне 14400 вместо 19200 bps, ITU-T хотел создать здоровую конкуренцию между фирмами--производителями модемов.

И надо сказать, своей цели он добился. Любая уважающая себя фирма, выпуская модем стандарта V.32bis, добавляла к нему свой фирменный протокол, позволяющий увеличить скорость передачи данных до 19200 и даже до 21600 bps. Так появились протоколы V.32 terbo в модемах таких фирм, как U.S.Robotics, ZyXEL, MultiTech, Motorola и др. Однако борьба кланов привела к резкой несовместимости модемов различных фирм из-за выбора разных схем кодирования и модуляционных скоростей. В лидеры же вырвались двое -- ZyXEL и U.S.Robotics. Первая предложила протокол ZyXEL 19200 для зашумленных линий связи, позволявший устойчиво соединяться на скоростях до 19200 bps, а вторая -- протокол HST, обеспечивающий соединение на скоростях до 21600 bps, причем на таких плохих линиях связи, где было невозможно достичь устойчивого соединения с использованием протокола V.32bis. Были и другие варианты протоколов. Особенно хочется отметить модемы WordBlazer и FastBlazer фирмы Telebit, которые могли подстраиваться под канал связи, выбирая оптимальные значения несущих частот. Однако цена таких устройств была уж слишком велика (порядка $1500--2000), из-за чего они не смогли получить широкого распространения.