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。

電話線可以使通信的雙方在相距幾千公里的地方相互通話，是由于在每隔一定距離都設(shè)有中繼放大設(shè)備，保證話音清晰。在這些設(shè)備上若再配置Modem，則能通電話的地方就可傳輸數(shù)據(jù)。一般電話線路的話音帶寬在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、通話方式、聯(lián)機(jī)方式。電話線未接通是掛機(jī)方式;雙方通過電話進(jìn)行通話是通話方式;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，通過電話撥號(hào)撥通線路后進(jìn)入通話方式，最后通過Modem的"握手" 過程進(jìn)入聯(lián)機(jī)方式。正常使用時(shí)，由使用者通過控制電話機(jī)或Modem前面板的按鍵、內(nèi)部開關(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），它于1969年被國際組織認(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)超過這個(gè)速度范圍。RS-232可說是相當(dāng)簡單的一種通信標(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：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沒有處于測試通話狀態(tài)，可以和遠(yuǎn)程MODEM建立通道。

DCD（傳送檢測），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提供同一電勢參考點(diǎn)。

56K高速M(fèi)odem是1997年才開始上市的撥號(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）不是對等設(shè)備。其中用戶端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沒有什么不同，仍然與電話線模擬連接，撥號(hào)上網(wǎng)，也仍然是用來完成數(shù)/?；蚰?數(shù)轉(zhuǎn)換工作，所以用戶在安裝和使用 56K高速M(fèi)o dem時(shí)，沒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)備直接與公用市話網(wǎng)（PSTN）進(jìn)行數(shù)字連接，也就是說ISP局端數(shù)字信號(hào)進(jìn)入交換系統(tǒng)時(shí)將繞過PCM的模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程，將數(shù)字網(wǎng)上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過特殊數(shù)字編碼后取代調(diào)制過程，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。可見，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，則僅在用戶端的56K高速M(fèi)odem上經(jīng)過一次模/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)公用電話交換網(wǎng)（PSTN）上以高達(dá)56Kbps的速率接收數(shù)據(jù)。借助于開發(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。

一般來講，電話網(wǎng)絡(luò)中的模擬部分是電話公司的電話總局連接到每家用戶的那部分電話線-在過去的20年中，電話公司已經(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)一直是每家用戶與電話總局之間的連接。在今后相當(dāng)長的時(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)際上是通過數(shù)字鏈路連接到電話公司的骨干線路上。
　　2.服務(wù)器端的信令在編碼過程中只使用電話網(wǎng)數(shù)字部分中所使用的256個(gè)PCM碼。換句話說，就是在這個(gè)轉(zhuǎn)換過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，并通過模擬線路傳送到客戶端調(diào)制解調(diào)器。在這個(gè)過程中沒有任何信息丟失。
　　4.客戶端調(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：不對稱操作

　　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必須以電話網(wǎng)的速度（8000Hz）向客戶端的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網(wǎng)的采樣速度相同。

　　V.90Modem連接
　　----在握手序列中，V.90Modem對線路進(jìn)行檢測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)給客戶端設(shè)備帶來一個(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)問題使得256個(gè)離散PCM碼無法全部被利用，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)換過程中沒有任何信息丟失，所以V.90客戶端Modem的下行（接收）通道可以達(dá)到更高的傳輸速度。而V.90客戶端Modem的上行（發(fā)送） 通道必須要經(jīng)過一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換，從而受限于V.34傳輸速度。