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MODEM的工作原理
MODEM的工作原理
調(diào)制解調(diào)器由發(fā)送,、接收、控制,、接口,、操縱面板及電源等部分組成。數(shù)據(jù)終端設(shè)備以二進(jìn)制串行信號(hào)形式提供發(fā)送的數(shù)據(jù),，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換為內(nèi)部邏輯電平送入發(fā)送部分,，經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制成線路要求的信號(hào)向線路發(fā)送。接收部分接收來(lái)自線路的信號(hào),，經(jīng)濾波,、反調(diào)制、電平轉(zhuǎn)換后還原成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字終端設(shè)備,。
電話(huà)線可以使通信的雙方在相距幾千公里的地方相互通話(huà),，是由于在每隔一定距離都設(shè)有中繼放大設(shè)備，保證話(huà)音清晰,。在這些設(shè)備上若再配置Modem,，則能通電話(huà)的地方就可傳輸數(shù)據(jù)。一般電話(huà)線路的話(huà)音帶寬在300～3400Hz 范圍,，用它傳送數(shù)字信號(hào),，其信號(hào)頻率也必須在該范圍。常用的調(diào)制方法有三種:頻移鍵控（FSK）,、相移鍵控（PSK） 、相位幅度調(diào)制（PAM）,。
Modem通常有三種工作方式:掛機(jī)方式,、通話(huà)方式,、聯(lián)機(jī)方式。電話(huà)線未接通是掛機(jī)方式;雙方通過(guò)電話(huà)進(jìn)行通話(huà)是通話(huà)方式;Modem已聯(lián)通,，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是聯(lián)機(jī)方式,。
數(shù)模轉(zhuǎn)換的調(diào)制方法也有三種：
（1）頻移鍵控（FSK）。用特殊的音頻范圍來(lái)區(qū)別發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù),。如調(diào)頻ModemBell-103型發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的二進(jìn)制邏輯頻率是:發(fā)送,，信號(hào)邏輯0、頻率1070Hz,，信號(hào)邏輯1,、頻率1270Hz;接收，信號(hào)邏輯0,、頻率20 25Hz,，信號(hào)邏輯1、頻率2225Hz,。
（2）相移鍵控（PSK）,，高速的Modem常用四相制，八相制,，而四相制是用四個(gè)不同的相位表示00,、01、10,、11四個(gè)二進(jìn)制數(shù),，如調(diào)相ModemBell-212A型。該技術(shù)可以使3 00bps的Modem傳送600bps的信息,，因此在不提高線路調(diào)制速率僅提高信號(hào)傳輸速率時(shí)很有意義,，但控制復(fù)雜，成本較高,，八相制更復(fù)雜,。
（3）相位幅度調(diào)制（PAM），為了盡量提高傳輸速率,，不提高調(diào)制速率,，采用相位調(diào)制和幅度調(diào)制結(jié)合的方法。它可用16個(gè)不同的相位和幅度電平,，使1200bps的Modem傳送19200bps的數(shù)據(jù)信號(hào),。該種Modem一般用于高速同步通信中。
調(diào)制解調(diào)器通電后,，通常*入掛機(jī)方式,，通過(guò)電話(huà)撥號(hào)撥通線路后進(jìn)入通話(huà)方式，最后通過(guò)Modem的"握手" 過(guò)程進(jìn)入聯(lián)機(jī)方式。正常使用時(shí),，由使用者通過(guò)控制電話(huà)機(jī)或Modem前面板的按鍵,、內(nèi)部開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)三種方式間的轉(zhuǎn)換。
調(diào)制解調(diào)器與計(jì)算機(jī)連接是數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備DCEDataCircutterminatingEquipme nt）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment）之間的接口問(wèn)題,。DCE與DTE之間的接口是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用上的一個(gè)重要問(wèn)題,。任何一個(gè)通信站總要包括DCE與DTE，因此確定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口,，特別是對(duì)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)有重要的意義,。數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE是產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)源或接收數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)宿，或者是兩者的結(jié)合,，像計(jì)算機(jī)終端,、打印機(jī)、傳真機(jī)等就是DTE,。將數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與模擬信道連接起來(lái)的設(shè)備就叫數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備DCE,，像Modem就是DCE。DTE與DCE之間的連接標(biāo)準(zhǔn)有CCITTV.10/X.26,，與EIARS-423-A兼容,，是一種半平衡電氣特性接口。
普通的Modem通常都是通過(guò)RS-232C串行口信號(hào)線與計(jì)算機(jī)連接,。RS-232是一種歷史悠久的計(jì)算機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn),。（RS本是RecommendStandard的縮寫(xiě)），它于1969年被國(guó)際組織認(rèn)可,。RS-232的定義包括電氣特性（如電壓值）,、機(jī)械特性（如接頭形狀）及功能特性（如腳位信號(hào)）等。它允許一個(gè)發(fā)送設(shè)備連接到一個(gè)接收設(shè)備以傳送資料;其原始規(guī)范的最大傳輸速度為20Kbps,，但事實(shí)上,，現(xiàn)在的應(yīng)用早已遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)速度范圍。RS-232可說(shuō)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的一種通信標(biāo)準(zhǔn),，若不使用硬件流控,，則最少只需利用三根信號(hào)線，便可做到全雙工的傳輸作業(yè),。RS-232的電氣特性是屬于非平衡傳輸方式,，抗干擾能力較弱，故傳輸距離較短,，約為15米左右而已,。
RS-232C串行口信號(hào)分為三類(lèi)：傳送信號(hào)、聯(lián)絡(luò)信號(hào)和地線,。
（1）傳送信號(hào)：指TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)線）和RXD（接收數(shù)據(jù)信號(hào)線）,。經(jīng)由TXD傳送和RXD接收的信息格式為：一個(gè)傳送單位（字節(jié)）由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位組成,。
（2）聯(lián)絡(luò)信號(hào)：指RTS,、CTS、DTR,、DSR、DCD和RI六個(gè)信號(hào),，各自功能為：
RTS（請(qǐng)求傳送）,，是PC向MODEM發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。高電平表示PC機(jī)請(qǐng)求向MODEM傳送數(shù)據(jù),。
CTS（清除發(fā)送）,，是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。高電平表示MODEM響應(yīng)PC發(fā)出的RTS信號(hào),，且準(zhǔn)備向遠(yuǎn)程MODEM發(fā)送數(shù)據(jù),。
DTR（數(shù)據(jù)終端就緒），是PC向MODEM發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào),。高電屏表示PC機(jī)處于就緒狀態(tài),，本地MODEM 和遠(yuǎn)程MODEM之間可以建立通信信道。若為低電屏,，則強(qiáng)迫MODEM終止通信,。
DSR（數(shù)據(jù)裝置就緒），是MODEM向PC機(jī)發(fā)出的聯(lián)絡(luò)信號(hào),。它指出本地MODEM的工作狀態(tài),，高電平表示 MODEM沒(méi)有處于測(cè)試通話(huà)狀態(tài)，可以和遠(yuǎn)程MODEM建立通道,。
DCD（傳送檢測(cè)）,，是MODEM向PC發(fā)出的狀態(tài)信號(hào)。高電平表示本地DCE接收到遠(yuǎn)程MODEM發(fā)來(lái)的載波信號(hào),。
RI（振鈴指示）,，是MODEM向PC發(fā)出的狀態(tài)信號(hào)。高電平表示本地MODEM收到遠(yuǎn)程MODEM發(fā)來(lái)的振鈴信號(hào),。
（3）地線信號(hào)（GND）,，為相連的PC和MODEM提供同一電勢(shì)參考點(diǎn)。
56K高速M(fèi)odem是1997年才開(kāi)始上市的撥號(hào)高速調(diào)制解調(diào)器,，它的傳輸速率之所以能有高于傳統(tǒng)電話(huà)線路上33.6Kbps的極限速率,，是因?yàn)樗捎昧?不同于33.6K的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工件原理和使用要求與33.6 K高速M(fèi)odem相比也有一定的區(qū)別,。
56K高速M(fèi)odem在通信系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí),，用戶(hù)端的模擬調(diào)制解調(diào)器與ISP局端數(shù)字式調(diào)制解調(diào)器（局端Modem）不是對(duì)等設(shè)備。其中用戶(hù)端56K高速M(fèi)odem的工作原理和接入方法與33.6 K高速M(fèi)odem沒(méi)有什么不同，仍然與電話(huà)線模擬連接,，撥號(hào)上網(wǎng),，也仍然是用來(lái)完成數(shù)/模或模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作,，所以用戶(hù)在安裝和使用 56K高速M(fèi)o dem時(shí),，沒(méi)有任何新的要求可言。而ISP局端的數(shù)字Modem與普通模擬Modem就*不同了,，ISP局端Modem是一種純數(shù)字式調(diào)制解調(diào)器,。該數(shù)字式調(diào)制解調(diào)器將ISP局端數(shù)字設(shè)備直接與公用市話(huà)網(wǎng)（PSTN）進(jìn)行數(shù)字連接，也就是說(shuō)ISP局端數(shù)字信號(hào)進(jìn)入交換系統(tǒng)時(shí)將繞過(guò)PCM的模/數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程,，將數(shù)字網(wǎng)上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)特殊數(shù)字編碼后取代調(diào)制過(guò)程,，并采用與PSTN數(shù)字網(wǎng)中現(xiàn)行的256離散信號(hào)直接進(jìn)入數(shù)字交換。
這樣在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,，除下載數(shù)據(jù)端的PCM中有數(shù)/模轉(zhuǎn)換和用戶(hù)端56K高速M(fèi)odem中有數(shù)/模轉(zhuǎn)換外,，其它各處都是純數(shù)字傳輸?？梢?jiàn),，在服務(wù)端的純數(shù)字Modem與PSTN之間就不會(huì)產(chǎn)生任何模/數(shù)轉(zhuǎn)換噪聲了。這樣,，若從ISP端下載信息,，則僅在用戶(hù)端的56K高速M(fèi)odem上經(jīng)過(guò)一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換，所以下載速率*,。
56K高速M(fèi)odem工作的基本條件是：
①客戶(hù)端的56K高速模擬調(diào)制解器和主機(jī)端的遠(yuǎn)程接入服務(wù)器（純數(shù)字調(diào)制解調(diào)器）必須支持相同的標(biāo)準(zhǔn)（X2或 K56Flex）,，是 V.90標(biāo)準(zhǔn)；
②主機(jī)端必須是數(shù)字線路連接,，即干線端通道應(yīng)該是T1,、或ISDN、或PRI/BRI線路,；
③在整個(gè)傳輸網(wǎng)中只能存在一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換,，即客戶(hù)端的56K高速模擬調(diào)制解器的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。
下面的內(nèi)容摘自V.90技術(shù)：
V.90是ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）制定的一個(gè)56Kbps數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),。V.90使得調(diào)制解調(diào)器能夠在標(biāo)準(zhǔn)公用電話(huà)交換網(wǎng)（PSTN）上以高達(dá)56Kbps的速率接收數(shù)據(jù),。借助于開(kāi)發(fā)多數(shù)Internet和聯(lián)機(jī)服務(wù)提供商業(yè)已使用的到PSTN的數(shù)字連接能力，V.90克服了在傳統(tǒng)模擬調(diào)制解調(diào)器上的理論速度極限,。通過(guò)使用如V.42bis這樣的壓縮方案,，V.90還能進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)吞吐能力。
一般來(lái)講,，電話(huà)網(wǎng)絡(luò)中的模擬部分是電話(huà)公司的電話(huà)總局連接到每家用戶(hù)的那部分電話(huà)線-在過(guò)去的20年中,，電話(huà)公司已經(jīng)使用數(shù)字線路連接替換掉了原有的大部分模擬網(wǎng)絡(luò),。但更換最慢的那部分網(wǎng)絡(luò)一直是每家用戶(hù)與電話(huà)總局之間的連接。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),，這部分連接仍可能是模擬線路,。
1.服務(wù)器端實(shí)際上是通過(guò)數(shù)字鏈路連接到電話(huà)公司的骨干線路上。
2.服務(wù)器端的信令在編碼過(guò)程中只使用電話(huà)網(wǎng)數(shù)字部分中所使用的256個(gè)PCM碼,。換句話(huà)說(shuō),，就是在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中不存在模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散數(shù)值PCM碼所造成的量化噪聲。
3.這些PCM碼被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的離散模擬電壓,，并通過(guò)模擬線路傳送到客戶(hù)端調(diào)制解調(diào)器,。在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有任何信息丟失。
4.客戶(hù)端調(diào)制解調(diào)器把接收到的模擬信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成離散的網(wǎng)絡(luò)PCM碼,，并解碼出發(fā)送器所發(fā)送的信息。上行通道和下行通道：不對(duì)稱(chēng)操作
V.90編碼詳解
---如上所述,，V.90數(shù)字（即服務(wù)器端）Modem發(fā)送的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制數(shù)字的形式在PSTN上傳輸,。但是為了滿(mǎn)足上面列出的要點(diǎn)2這一條件，V.90數(shù)字Modme必須以電話(huà)網(wǎng)的速度（8000Hz）向客戶(hù)端的ADC發(fā)送數(shù)據(jù)（每次8位）,。這意味著Modem的采樣速度必須與電話(huà)網(wǎng)的采樣速度相同,。
V.90Modem連接
----在握手序列中，V.90Modem對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)以確定下行通道中是否存在模-數(shù)轉(zhuǎn)換,。如果V.90 Modem檢測(cè)到存在模-數(shù)轉(zhuǎn)換,，它就以V.34方式進(jìn)行連接。當(dāng)遠(yuǎn)端Modem不支持V.90協(xié)議時(shí),，V.90模擬 Modem也嘗試建立一個(gè)V.34連接,。
----V.90Modem的任務(wù)就是鑒別256個(gè)可能的電壓值，并將其還原為8000PCM碼/秒,。如果它真的能夠做到這一點(diǎn),，則下載速度將接近64Kbps（8,000*8bits/code）。但事實(shí)證明仍存有幾個(gè)問(wèn)題使傳輸速度稍微降低,。
----首先,，即使消除了網(wǎng)絡(luò)的量化噪聲背景，網(wǎng)絡(luò)DAC設(shè)備和線路回路仍會(huì)給客戶(hù)端設(shè)備帶來(lái)一個(gè)速度更慢的噪聲背景,。這個(gè)噪聲是由各種非線性失真和線路串?dāng)_引起的,。
----其次，網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）并不是線性轉(zhuǎn)換器,，而是按照某種轉(zhuǎn)換規(guī)則（在北美是U律,，其它許多地區(qū)是A律）工作。結(jié)果就是,，標(biāo)識(shí)小電壓的網(wǎng)絡(luò)PCM碼將產(chǎn)生很小的DAC輸出電壓臺(tái)階,，而標(biāo)識(shí)大電壓的網(wǎng)絡(luò)PCM碼將產(chǎn)生很大的DAC輸出電壓臺(tái)階,。
----這兩個(gè)問(wèn)題使得256個(gè)離散PCM碼無(wú)法全部被利用，因?yàn)榇藭r(shí)接近于零的各個(gè)DAC輸出電壓太過(guò)接近,，使得在噪音回路中不能表示它們所代表的數(shù)據(jù),。（主意：每個(gè)網(wǎng)絡(luò)PCM碼對(duì)應(yīng)一個(gè)DAC電壓級(jí)別）。所以,，V. 90編碼器選用256個(gè)代碼的不同子集,，以消除最易受噪音干擾的DAC輸出信號(hào)。例如,，128級(jí)電壓被用于5 6K速率,；92級(jí)電壓被用于52K速率，等等,。使用較少的電壓能提供更可靠的操作,，但代價(jià)是傳輸速率更低。
V.90需要滿(mǎn)足如下條件：
1.一端是數(shù)字線路連接
V.90連接的一端必須是數(shù)字線路,，即"干線"端通道化的T1,，ISDNPRI/BRI線路。
2.兩端都支持V.90協(xié)議
3.只進(jìn)行一次模-數(shù)轉(zhuǎn)換
----在V.90模擬modem和V.90數(shù)字modem間呼叫通路所涉及的電話(huà)網(wǎng)中,，只能有一次模-數(shù)轉(zhuǎn)換,。如果線路是通道化的T1，則轉(zhuǎn)換只能發(fā)生在"干線"側(cè),，而不能是"支線"側(cè),。電話(huà)公司所提供的"支線"側(cè)服務(wù)通常附加一次模-數(shù)轉(zhuǎn)換。
----V.90連接技術(shù)使用一條雙向通道：上行通道和下行通道,。因?yàn)樵跀?shù)-模轉(zhuǎn)換過(guò)程中沒(méi)有任何信息丟失,，所以V.90客戶(hù)端Modem的下行（接收）通道可以達(dá)到更高的傳輸速度。而V.90客戶(hù)端Modem的上行（發(fā)送） 通道必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換,，從而受限于V.34傳輸速度,。