MODEM的工作原理

1、 MODEM 的工作原理 调制解调器由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等局部组成。数据终端设备以 二进制串行信号形式提供发送的数据， 经接口转换为内部逻辑电平送入发送局部， 经调制电 路调制成线路要求的信号向线路发送。接收局部接收来自线路的信号， 经滤波、反调制、电 平转换后复原成数字信号送入数字终端设备。 线可以使通信的双方在相距几千公里的地方相互通话， 是由于在每隔一定距离都设 有中继放大设备，保证话音清晰。在这些设备上假设再配置 Modem,那么能通 的地方就可 传输数据。一般 线路的话音带宽在 3003400Hz范围，用它传送数字信号，其信号频 率也必须在该范围。常用的调制方法有

2、三种 :频移键控 FSK 、相移键控 PSK 、相位幅度 调制 PAM 。 Modem 通常有三种工作方式：挂机方式、通话方式、联机方式。 线未接通是 挂机方式；双方通过 进行通话是通话方式； Modem 已联通，进行数据传输是联机方式。 数模转换的调制方法也有三种： 1 频移键控 FSK 。用特殊的音频范围来区别发送数据 和接收数据。如调频 ModemBell-103 型发送和接收数据的二进制逻辑被指定的专用频率是 : 发送， 信号逻辑 0、 频率 1070Hz， 信号逻辑 1、 频率 1270Hz； 接收， 信号逻辑 0、 频率 2025Hz， 信号逻辑 1 、频率 2225Hz。 2相移

3、键控 PSK ，高速的 Modem 常用四相制，八相制， 而四相制是用四个不同的相位表示 00、 01、 10、 11 四个二进制数， 如调相 ModemBell-212A 型。该技术可以使 300bps 的 Modem 传送 600bps 的信息，因此在不提高线路调制速率仅提 高信号传输速率时很有意义，但控制复杂，本钱较高，八相制更复杂。 3相位幅度调制 PAM ， 为了尽量提高传输速率， 不提高调制速率， 采用相位调制和幅度调制结合的方法。 它可用16个不同的相位和幅度电平，使 1200bps的Modem传送19200bps的数据信号。该 种 Modem 一般用于高速同步通信中。 调制解调

4、器通电后， 通常先进入挂机方式， 通过 拨号拨通线路后进入通话方式， 最后通过 Modem 的 握手 过程进入联机方式。正常使用时，由使用者通过控制 机或 Modem 前面板的按键、内部开关，实现三种方式间的转换。 调 制 解 调 器 与 计 算 机 连 接 是 数 据 电 路 通 信 设 备 DCE DataCircutterminatingEquipment 与数据终端设备 DTE DataTerminalEquipment 之间的 接口问题。 DCE 与 DTE 之间的接口是计算机网络使用上的一个重要问题。任何一个通信站 总要包括 DCE 与 DTE， 因此确定一个统一的标准接口， 特别

5、是对公用数据网有重要的意义。 数据终端设备 DTE 是产生数字信 号的数据源或接收数字信号的数据宿，或者是两者的结合，像计算机终端、 打印机、 机 等就是 DTE 。 将数据终端设备 DTE 与模拟信道连接起来的设备就叫数据电路通信设备 DCE， 像 Modem 就是 DCE 。 DTE 与 DCE 之间的连接标准有 CCITTV.10/X.26 ，与 EIARS-423-A 兼容，是一种半平衡电气特性接口。 普通的 Modem 通常都是通过 RS-232C 串行口信号线与计算机连接。 RS-232 是一种历 史悠久的计算机接口标准。 RS 本是 RecommendStandard 的缩写 ，

6、它于 1969 年被国际组 织认可。 RS-232 的定义包括电气特性 如电压值 、 机械特性 如接头形状 及功能特性 如 脚位信号 等。 它允许一个发送设备连接到一个接收设备以传送资料： 其原始标准的最大传 输速度为20Kbps,但事实上，现在的应用早已远超过这个速度范围。 RS-232可说是相当简 单的一种通信标准， 假设不使用硬件流控， 那么最少只需利用三根信号线， 便可做到全双工的传 输作业。 RS-232 的电气特性是属于非平衡传输方式，抗干扰能力较弱，故传输距离较短， 约为 15 米左右而已。 RS-232C 串行口信号分为三类：传送信号、联络信号和地线。 1传送信号：指 TXD

7、发送数据信号线和 RXD 接收数据信号线 。经由 TXD 传 送和 RXD 接收的信息格式为：一个传送单位字节由起始位、数据位、奇偶校验位和停 止位组成。 2联络信号：指 RTS、 CTS、 DTR、 DSR、 DCD 和 RI 六个信号，各自功能为： RTS 请求传送，是PC向MODEM 发出的联络信号。高电平表示 PC机请求向 MODEM 传送数据。 CTS 去除发送，是MODEM向PC机发出的联络信号。高电平表示 MODEM响应PC发 出的 RTS 信号，且准备向远程 MODEM 发送数据。 DTR 数据终端就绪 ，是 PC 向 MODEM 发出的联络信号。高电屏表示 PC 机处于就绪状

8、 态。本地 MODEM 和远程 MODEM 之间可以建立通信信道。假设为低电屏，那么强迫 MODEM 终止通信。 DSR 数据装置就绪，是MODEM向PC机发出的联络信号。它指出本地 MODEM的工作 状态，高电平表示 MODEM 没有处于测试通话状态，可以和远程 MODEM 建立通道。 DCD 传送检测 ，是 MODEM 向 PC 发出的状态信号。高电平表示本地 DCE 接收到远程 MODEM 发来的载波信号。 RI 振铃指示，是MODEM 向PC发出的状态信号。高电平表示本地 MODEM 收到远程 MODEM 发来的振铃信号。 3地线信号 GND ，为相连的 PC 和 MODEM 提供同一

9、电势参考点。 56K 高速 Modem 是 1997 年才开始上市的拨号高速调制解调器，它的传输速率之所以 能有高于传统 线路上 33.6Kbps 的极限速率，是因为它采用了完全不同于 33.6K 的调制 解调技术，其工件原理和使用要求与 33.6K 高速 Modem 相比也有一定的区别。 56K 高速 Modem 在通信系统中应用时，用户端的模拟调制解调器与 ISP 局端数字式调 制解调器局端 Modem不是对等设备。其中用户端 56K高速Modem的工作原理和接入 方法与 33.6K 高速 Modem 没有什么不同，仍然与 线模拟连接，拨号上网，也仍然是用 来完成数 /模或模 /数转换工作

10、，所以用户在安装和使用 56K 高速 Modem 时，没有任何新的 要求可言。 而 ISP 局端的数字 Modem 与普通模拟 Modem 就完全不同了， ISP 局端 Modem 是一种 纯数字式调制解调器。 该数字式调制解调器将 ISP 局端数字设备直接与公用市话网 PSTN 进行数字连接，也就是说 ISP 局端数字信号进入交换系统时将绕过 PCM 的模 /数转换过程， 将数字网上的数字信号经过特殊数字编码后取代调制过程， 并采用与 PSTN 数字网中现行的 256 离散信号直接进入数字交换。 这样在整个网络系统中，除下载数据端的 PCM 中有数 /模转换和用户端 56K 高速 Modem

11、 中有数 /模转换外，其它各处都是纯数字传输。可见，在效劳端的纯数字 Modem 与 PSTN 之间就不会产生任何模 /数转换噪声了。 这样， 假设从 ISP 端下载信息， 那么仅在用户端的 56K 高速 Modem 上经过一次模 /数转换，所以下载速率极高。 56K 高速 Modem 工作的根本条件是： （ 1） 客户端的 56K 高速模拟调制解器和主机端的远程接入效劳器纯数字调制解调 器必须支持相同的标准X2或K56Flex,最好是 V.90标准； 2主机端必须是数字线路连接，即干线端通道应该是 T1、或ISDN、或PRI/BRI线路； 3 在整个传输网中只能存在一次模 /数转换，即客户端

12、的 56K 高速模拟调制解器的模 / 数 转换。 下面的内容摘自 V.90 技术白皮书： V.90是ITU 国际电信联盟制定的一个 56Kbps数据传输标准。V.90使得调制解调器 能够在标准公用 交换网PSTN上以高达 56Kbps的速率接收数据。借助于开发多数 Internet 和联机效劳提供商业已使用的到 PSTN 的数字连接能力， V.90 克服了在传统模拟调 V.42bis 这样的压缩方案， V.90 还能进一步提高数 一般来讲， 网络中唯一的模拟局部是 公司的 总局连接到每家用户的那局部 线 -在过去的 20 年中， 公司已经使用数字线路连接替换掉了原有的大局部模拟网 络。 但更换

13、最慢的那局部网络一直是每家用户与 总局之间的连接。 在今后相当长的时间 内，这局部连接仍可能是模拟线路。 1 .效劳器端实际上是通过数字链路连接到 公司的骨干线路上。 2 .效劳器端的信令在编码过程中只使用 网数字局部中所使用的 256 个 PCM 码。换句话 说，就是在这个转换过程中不存在模拟信号转换成离散数值 PCM 码所造成的量化噪声。 3 .这些 PCM 码被转换成相应的离散模拟电压，并通过模拟线路传送到客户端调制解调器。 在这个过程中没有任何信息丧失。 4 .客户端调制解调器把接收到的模拟信号重新转换成离散的网络 PCM 码，并解码出发送器 所发送的信息。 上行通道和下行通道：不对称

14、操作 V.90 编码详解 -如上所述， V.90 数字即效劳器端 Modem 发送的数据是以二进制数字的形式在 PSTN 上传输。但是为了满足上面列出的要点 2 这一条件， V.90 数字 Modem 必须以 网的速度 8000Hz向客户端的ADC发送数据每次8位。这意味着Modem的采样速度必须与电 话网的采样速度相同。 V.90 Modem 连接 - -在握手序列中， V.90Modem 对线路进行检测以确定下行通道中是否存在模 -数转换。如果 V.90 Modem检测到存在模-数转换，它就以 V.34方式进行连接。当远端 Modem不支持V90 协议时，V.90模才M Modem也尝试建

15、立一个 V.34连接。 - -V.90 Modem 的任务就是鉴别 256 个可能的电压值， 并将其复原为 8000PCM 码 /秒。 如果它 真的能够做到这一点，那么下载速度将接近 64Kbps 8,000 X 8bits/code。但事实证明仍存有 几个问题使传输速度稍微降低。 - -首先，即使消除了网络的量化噪声背景，网络 DAC 设备和线路回路仍会给客户端设备带 来一个速度更慢的噪声背景。这个噪声是由各种非线性失真和线路串扰引起的。 - -其次，网络数模转换器 DAC 并不是线性转换器，而是按照某种转换规那么在北美是 U 律， 其它许多地区是 A 律 工作。 结果就是， 标识小电压的网

16、络 PCM 码将产生很小的 DAC 输出电压台阶，而标识大电压的网络 PCM 码将产生很大的 DAC 输出电压台阶。 - -这两个问题使得 256 个离散 PCM 码无法全部被利用， 因为此时接近于零的各个 DAC 输出 电压太过接近， 使得在噪音回路中不能精确地表示它们所代表的数据。 主意： 每个网络 PCM 码对应一个 DAC 电压级别 。所以， V.90 编码器选用 256 个代码的不同子集，以消除最易 受噪音干扰的 DAC 输出信号。例如，最可靠的 128 级电压被用于 56K 速率； 92 级电压被 用于 52K 速率，等等。使用较少的电压能提供更可靠的操作，但代价是传输速率更低。 - .90 需要满足如下条件： 1 .一端是数字线路连接。 V.90 连接的一端必须是数字线路，即 干线 端通道化的 T1 、 ISDNPRI/BRI 线路。 2 .两端都支持 V.90 协议 3 .只进行一次模 -数转换 -在 V.90 模拟 mode