第十章調制解調器

第十章調制解調器第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。模擬數(shù)據(jù)：如果數(shù)據(jù)在某個時間取連續(xù)值,則稱為模擬數(shù)據(jù).例如溫度和壓力。數(shù)字數(shù)據(jù)：若數(shù)據(jù)取離散值，則稱數(shù)字數(shù)據(jù)。例如文本信息、整數(shù)、二進制數(shù)字等。第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五信號：是數(shù)據(jù)的電磁波或電編碼。是數(shù)據(jù)的具體表示形式。

電話線上傳送的按照聲音的強弱幅度連續(xù)變化的電信號稱為模擬信號(analogsignal)；模擬信號的信號電平是連續(xù)變化的；3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：

第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：計算機所產(chǎn)生的電信號是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號，這種電信號稱為數(shù)字信號(dligitalsignal）；第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：信道：傳輸信息的必經(jīng)之路稱為“信道”。也稱為傳送電信號的一條道路。按照信道中傳輸?shù)男盘柗诸?，可把信道分為模擬信道和數(shù)字信道。物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，網(wǎng)絡中兩個結點之間的物理通路稱為通信鏈路，物理信道由傳輸介質及有關設備組成。邏輯信道也是一種通路但在信號收、發(fā)點之間并不存在一條物理上的傳輸介質、而是在物理信道基礎上，由結點內部的邊來實現(xiàn)。第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：模擬通信：信號源發(fā)出的模擬信號，并且以模擬信號傳輸。數(shù)字通信：信號源發(fā)出的是模擬數(shù)據(jù)，而以數(shù)字信號的形式進行傳輸，這種通信方式叫數(shù)字通信。計算機采用數(shù)字信道傳輸?shù)脑颍海?）誤碼率低，通信質量高。（2）數(shù)字傳輸能以聲音、數(shù)字、電視、傳真，甚至視頻電話之類的圖像混合在一個信道傳輸，有效地利用設備。（3）利用已有線路可獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸率。（4）隨著集成電路芯片的價格不斷降低，數(shù)字傳輸及其相應的交換設備比模擬設備便宜很多。第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问交鶐鬏敚核^基帶，就是指電信號所固有的基本頻帶，簡稱基帶。數(shù)字信號的基本頻帶是從0至若干兆赫，由傳輸速率決定。當利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)直接傳送基帶信號，不經(jīng)頻譜搬移時，則稱之為基帶傳輸。第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：所謂頻帶傳輸，就是把二進制信號(數(shù)字信號)進行調制交換，成為能在公用電話網(wǎng)中傳輸?shù)囊纛l信號(模擬信號)，將音頻信號在傳輸介質中傳送到接收端后，再由調制解調器將該音頻信號解調變換成原來的二進制電信號。這種把數(shù)據(jù)信號經(jīng)過調制后再傳送，到接收端后又經(jīng)過解調還原成原來信號的傳輸，稱為頻帶傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问降诎隧摚菜氖屙?，編輯?023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：寬帶傳輸是指比音頻帶寬更寬的頻帶，指傳輸介質的頻帶寬度較寬的信息傳輸，一般在300-400MHz左右。使用這種寬頻帶傳輸?shù)南到y(tǒng)，稱為寬帶傳輸系統(tǒng)。它可以容納全部廣播，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问降诰彭?，共四十五頁，編輯?023年，星期五寬帶傳輸?shù)膬?yōu)點一般說，寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點：

(1)能在一個信道中傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途；

(2)一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實現(xiàn)多路復用，因此信道的容量大大增加；

(3)寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠，因基帶直接傳送數(shù)字，傳輸?shù)乃俾视?，傳輸?shù)木嚯x愈短。第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五串行傳輸與并行傳輸串行傳輸:數(shù)據(jù)在一個信道上一位一位依次傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與與傳輸數(shù)據(jù)無關特點：通信線路數(shù)小，線路利用率高適合于遠距離傳輸。在發(fā)送端和接收端需要并/串轉換和串/并轉換。需要實施同步措施，以確保不產(chǎn)生錯字。3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五串行傳輸與并行傳輸并行傳輸:數(shù)據(jù)在多個信道上同時傳輸。數(shù)據(jù)線數(shù)目與傳輸數(shù)據(jù)相同并可能多一校驗線特點：不需要對傳輸代碼進行時序轉換需要數(shù)據(jù)線數(shù)目多。傳輸速率高。3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五串行通信分為異步傳輸與同步傳輸兩種。異步傳輸：異步傳輸將比特分成小組進行傳送，小組可以是8位的1個字符或更長。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會在什么時候到達。異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的。同步傳輸：數(shù)據(jù)的傳送是以一個數(shù)據(jù)區(qū)塊為單位，因此同步傳輸又稱為區(qū)塊傳輸。是以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，因此在一個串行的數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位都是固定的（即同步的）。同步傳輸方式中發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的。

3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：同步與異步傳輸?shù)膮^(qū)別1.異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。2.異步傳輸?shù)膯挝皇亲址絺鬏數(shù)膯挝皇菐?.異步傳輸通過字符起止的開始和停止碼抓住再同步的機會，而同步傳輸則是以數(shù)據(jù)中抽取同步信息。4.異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協(xié)調時序。5.異步傳輸相對于同步傳輸效率較低。

第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：

多路復用是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個或多個數(shù)據(jù)源共享同一個傳輸介質，就像每一個數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣就是指把若干個彼此無關的信號合并為一個復合信號，并在一條共用信道上進行傳輸。

多路復用是將若干個彼此無關的信號合并為一個在一個共用信道上傳輸?shù)膹秃闲畔⒌姆椒?，在信號的接收端必須可以將復合信號分離出來。多路傳輸數(shù)據(jù)時，各路數(shù)據(jù)的原始基帶脈沖其頻譜往往是相互重疊的，不能在同一條線路上直接同時傳輸，若要使用一對傳輸線同時傳輸多路信息，必須采取措施。目前有兩種技術：一種叫頻分多路復用（FDMfrequency-divisionmultiplexing），另一種叫時分多路復用（TDMtime-divisionmultiplexing）、波分多路復用（WDMwave-divisionmultiplexing）。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：符號速率又叫信號速率，記為N。它表示單位時間內(每秒)信道上實際傳輸?shù)姆杺€數(shù)或脈沖個數(shù)(可以是多進制)。符號速率的單位是波特，即每秒的符號個數(shù)。信息傳輸速率，簡稱傳信率，通常記為R。它表示單位時間內系統(tǒng)傳輸(或信源發(fā)出)的信息量，即二進制碼元數(shù)。在二進制通信系統(tǒng)中，信息傳輸速率R(比特／秒)等于信號速率。對于多進制兩者不相等。例如四進制中符號速率為2400波特，其信息速率為4800bit／s；而八進制的信息速率為7200bit／s等等。它們的關系為式中m為符號的進制數(shù)。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.1數(shù)據(jù)傳輸中常見概念：指通信線上傳輸信息的速度。有兩種表示方法，即信號速率和調制速率。信號速率S：指單位時間內所傳送的二制位代碼的有效位數(shù)，以每秒多少比特數(shù)計，即bit/s、b/p、位/秒。信號速率的高低，由每位所占的時間決定，若一位數(shù)據(jù)所占的時間越小，則信號速率越高。設T為傳輸?shù)碾娒}沖信號的寬度或周期，N為電脈沖信號所有可能的狀態(tài)數(shù)，則信號速率為S=1/T×log2N（bps）調制速率B：是脈沖信號經(jīng)過調制后的傳輸速率，以波特（BAUD）為單位，通常用于表示調制器之間傳輸信號的速率。表示每分鐘傳送多少電信號單元，若T（秒）表示調制周期，則調制速率為：B=1/T

第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.2調制解調器的原理及功能

一般人的語音頻率范圍是300—3400Hz，為了進行話音信號在普通的電話系統(tǒng)中傳輸，在線路上給它分配一定的帶寬，國際標準取4KHz為一個標準話路所占用的頻帶寬度。在這個傳輸過程中：語音信號以300—3400Hz頻率輸入，發(fā)送方的電話機把這個語音信號轉變成模擬信號，這個模擬信號經(jīng)過一個頻分多路復用器進行變化，使得線路上可以同時傳輸多路模擬信號，當?shù)竭_接收端以后再經(jīng)過一個解頻的過程把它恢復到原來的頻率范圍的模擬信號，再由接收方電話機把模擬信號轉換成聲音信號。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五計算機內的信息是由“0”和“1”組成數(shù)字信號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。不采取任何措施利用模擬信道來傳輸數(shù)字信號必然會出現(xiàn)很大差錯（失真），故在普通電話網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)，就必須將數(shù)字信號變換到電話網(wǎng)原來設計時所要求的音頻頻譜內（即300Hz－3400Hz）。調制就是用基帶脈沖對載波波形某個參數(shù)進行控制，形成適合于線路傳送的信號。解調就是當已調制信號到達接收端時，將經(jīng)過調制器變換過的模擬信號去掉載波恢復成原來的基帶數(shù)字信號。

第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五Modem，其實是Modulator（調制器）與Demodulator（解調器）的簡稱，中文稱為調制解調器（港臺稱之為數(shù)據(jù)機）。跟據(jù)Modem的諧音，親昵地稱之為“貓”。它是在發(fā)送端通過調制將數(shù)字信號轉換為模擬信號，而在接收端通過解調再將模擬信號轉換為數(shù)字信號的一種裝置。第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五調制與解調采用調制解調器也可以把音頻信號轉換成較高頻率的信號和把較高頻率的信號轉換成音頻信號。所以調制的另一目的是便于線路復用，以便提高線路利用率。進行調制時，常把正弦信號

Asin(t+)作為基準信號或稱載波信號。任何載波信號都有三個特征：振幅，頻率和相位。基于載波信號的三個主要參數(shù)，可以把調制方式分為三種：調幅、調頻和調相。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五振幅調制(幅移鍵控方式)振幅調制ASK：振幅調制簡稱調幅制，也就是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的振幅。它是把頻率和相位定為常量，而振幅為變量，每一種振幅值代表一種信息元。這個方法叫做幅移鍵控ASK。如圖所示。ASK方式易受突變干擾的影響，是一種不理想的調制方式。在傳輸聲音的音頻線路中，傳輸?shù)牡湫退俾手荒苓_到1200bit/s。第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五頻率調制(頻移鍵控方式)頻率調制FSK：頻率調制簡稱調頻制，是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的頻率。它把振幅和相位定為常量，而頻率為變量，每一種頻率值代表一種信息元。這個方法叫做頻移鍵控FSK。如圖所示。FSK方式的抗干擾能力優(yōu)于ASK，在音頻線路中，傳輸速率也只有1200bit/s。FSK還常用于高頻無線傳輸。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五相位調制(相移鍵控方式)相位調制PSK：相位調制簡稱調相制，是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的相位。它把振幅和頻率定為常量，而相位為變量，每一種相位值代表一種信息元。這個方法叫做相移鍵控PSK。如圖所示。PSK方式較FSK方式有更強的抗干擾能力和更高的效率，在音頻線路中，傳輸速率可達9600bit/s。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.3Modem的結構第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五外置式MODEM第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCMCIAMODEM第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.4調制解調器的分類1．按應用環(huán)境分類（1）音頻MODEM:用電話信道傳輸數(shù)字信號時應采用音頻調制解調器。（2）基帶MODEM:它的傳輸速率較高，可達到64Kbit/s－2Mbit/s，主要用于網(wǎng)絡用戶接入高速線路中。（3）無線MODEM:在短波及衛(wèi)星通信中，都應使用與信道特點相適應的調制解調器。2．按傳輸速率分類（1）低速MODEM。傳輸速率在600bit/s以下。（2）中速MODEM。傳輸速率在1200bit/s－9600bit/s之間。（3）高速MODEM。傳輸速率在9600bit/s以上。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.4調制解調器的分類3．按調制方式分類（1）頻移鍵控（FSK）MODEM。用于遠程終端之類的低速接口傳輸。（2）相移鍵控（PSK）MODEM。用于中速傳輸。（3）相位幅度調制（PAM）MODEM。它常用于高速傳輸。4．按特性分類（1）人工撥號MODEM（2）自動撥號/應答式MODEM（3）智能MODEM第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.4調制解調器的分類5．按安裝位置分類（1）內置式（2）外置式

(3)USBModem (4)PCMCIA卡式Modem

6．按操作模式分類（1）同步（2）異步式MODEM7.按使用線路分類(1).PSTN(2).DDS(3).LEASEDLINE第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.4調制解調器的分類MODEM有硬貓和軟貓之分。一般說來，MODEM的數(shù)據(jù)傳輸工作由兩部分電路共同完成：一是DSP(數(shù)字信號處理)部分，主要完成信號轉換等功能；二是控制部分，主要完成規(guī)范通信協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)流控制以及傳輸數(shù)據(jù)的壓縮、糾錯等功能。硬貓就是將兩部分電路的功能集成到內部芯片中；軟貓就是只將DSP功能集成到芯片中，而“控制部分”的電路功能設計成通過軟件完成，具體實施時由CPU處理完成。第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點傳輸模式1、傳真模式（FaxModem）2、語音模式（VoiceModem）第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點傳輸速率Modem的傳輸速率，指的是Modem每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)量大小。通常所說的14.4K、28.8K、33.6K等，指的就是Modem的傳輸速率。傳輸速率以bps（比特/秒）為單位。因此，一臺33.6K的Modem每秒鐘可以傳輸33600bit的數(shù)據(jù)。由于目前的Modem在傳輸時都對數(shù)據(jù)進行了壓縮，因此33.6K的Modem的數(shù)據(jù)吞吐量理論上可以達到115200bps，甚至230400bps。

第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點Modem的傳輸協(xié)議:調制協(xié)議（ModulationProtocols）、差錯控制協(xié)議（ErrorControlProtocols）、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議（DataCompressionProtocols）文件傳輸協(xié)議。第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點1.調制協(xié)議Modem的傳輸速率，實際上是由Modem所支持的調制協(xié)議所決定的。在Modem的包裝盒或說明書上看到的V.32、V.32bis、V.34、V.34+、V.fc等等，指的就是Modem的所采用的調制協(xié)議。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全雙工標準協(xié)議；V.32bis是V.32的增強版，支持14400bps的傳輸速率；V.34是同步28800bps全雙工標準協(xié)議；而V.34+則為同步全雙工33600bps標準協(xié)議。以上標準都是由ITU（國際通訊聯(lián)盟）所制定，而V.fc則是由Rockwell提出的28800bps調制協(xié)議，但并未得到廣泛支持。目前MODEM支持的協(xié)議主要有K56Flex、X2、V.90以及V.92協(xié)議，早期的56KMODEM在研發(fā)過程中形成了兩大技術陣營：一是以３COM/U.S.Robotics公司為首的X2技術陣營；另一個是以羅克韋爾(Rockwell)公司為首的K56Flex技術陣營。第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點2、差錯控制協(xié)議隨著Modem的傳輸速率不斷提高，電話線路上的噪聲、電流的異常突變等，都會造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e。差錯控制協(xié)議要解決的就是如何在高速傳輸中保證數(shù)據(jù)的準確率。目前的差錯控制協(xié)議存在著兩個工業(yè)標準：MNP4和V4.2。其中MNP（MicrocomNetworkProtocols）是Microcom公司制定的傳輸協(xié)議，包括了MNP1—MNP10。由于商業(yè)原因，Microcom目前只公布了MNP1—MNP5，其中MNP4是目前被廣泛使用的差錯控制協(xié)議之一。而V4.2則是國際電信聯(lián)盟制定的MNP4改良版，它包含了MNP4和LAP-M兩種控制算法。因此，一個使用V4.2協(xié)議的Modem可以和一個只支持MNP4協(xié)議的Modem建立無差錯控制連接，而反之則不能。所以在購買Modem時，最好選擇支持V4.2協(xié)議的Modem。第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點3、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議也存在兩個工業(yè)標準：MNP5和V4.2bis。MNP5采用了Run-Length編碼和Huffman編碼兩種壓縮算法，最大壓縮比為2:1。而V4.2bis采用了Lempel-Ziv壓縮技術，最大壓縮比可達4:1。這就是為什么說V4.2bis比MNP5要快的原因。要注意的是，數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議是建立在差錯控制協(xié)議的基礎上，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。并且，雖然V4.2包含了MNP4，但V4.2bis卻不包含MNP5。第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3.5MODEM的技術特點4、文件傳輸協(xié)議文件傳輸是數(shù)據(jù)交換的主要形式。在進行文件傳輸時，為使文件能被正確識別和傳送，需要在兩臺計算機之間建立統(tǒng)一的傳輸協(xié)議。這個協(xié)議包括了文件的識別、傳送的起止時間、錯誤的判斷與糾正等內容。常見的傳輸協(xié)議有以下幾種：ASCII：這是最快的傳輸協(xié)議，但只能傳送文本文件。Xmodem：這種古老的傳輸協(xié)議速度較慢，但由于使用了CRC錯誤偵測方法，傳輸?shù)臏蚀_率可高達99.6%。Ymodem：這是Xmodem的改良版，使用了1024位區(qū)段傳送，速度比Xmodem要快。Zmodem：Zmodem采用了串流式（streaming）傳輸方式，傳輸速度較快，而且還具有自動改變區(qū)段大小和斷點續(xù)傳、快速錯誤偵測等功能。這是目前最流行的文件傳輸協(xié)議。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五MODEM芯片組控制芯片是MODEM的核心組成部分。當前主流產(chǎn)品通常采用的是Rockwell或TI芯片?；赗ockwell芯片的產(chǎn)品具有較好的兼容性，在某種程度上，Rockwell甚至成為高度兼容的代言人，獲得眾多廠商的廣泛支持?；赥I芯片的產(chǎn)品則提供了最佳的性能，典型的代表就是USR，即3COM的白貓和黑貓系列產(chǎn)品。3.5MODEM的技術特點第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五

3.6MODEM的面板指示燈

常見的外置式MODEM在工作時，其面板上都會有一排常亮或閃亮的狀態(tài)指示燈，它們各自代表的含義如下：MR(MODEMReady，準備就緒)：MR燈常亮，表示MODEM已經(jīng)通過自檢。燈閃爍不?；蛘吒纱嗖涣?，則說明MODEM安裝不正確或者出現(xiàn)故障。TR(TerminalReady，終端準備)：TR燈亮表示計算機發(fā)送一個DTR(DataTerminalReady，數(shù)據(jù)終端設備準備就緒)信號給MODEM，表示你的電腦已經(jīng)準備好接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。CD(CarrierDetect，載波檢測)：當CD燈亮時，表示當前MODEM已經(jīng)檢測到另一個MODEM傳來的信號載波，雙方連接成功。

第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五˙RD(ReceiveData，接收數(shù)據(jù))：當RD燈不停閃爍時，表示電腦正通過MODEM接收來自服務器傳來的數(shù)據(jù)。˙SD(SendData，發(fā)送數(shù)據(jù))：SD燈閃爍時，表示MODEM正在傳送數(shù)據(jù)到服務器。˙OH(OffHook)：OH燈亮，相當于在打電話時的“摘機”——拿起聽筒，表示MODEM已經(jīng)連上電話線路，可以開始撥號了。˙RI(RingIndicate，振鈴指示)：當MODEM接通電源但未使用時，如果RI燈亮，就表示外面有電話打進˙HS(HighSpeed，高速)：HS燈亮，表示MODEM處于高速連接狀態(tài)。˙AA(AutoAnswer，自動應答)：AA燈亮，表示MODEM正處于自動