第十章-调制解调器

调制解调器3.1数据传输中常见概念：数据可分为模拟数据与数字数据两种。模拟数据：如果数据在某个时间取连续值,则称为模拟数据.例如温度和压力。数字数据：若数据取离散值，则称数字数据。例如文本信息、整数、二进制数字等。信号：是数据的电磁波或电编码。是数据的具体表示形式。

电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号(analogsignal)；模拟信号的信号电平是连续变化的；3.1数据传输中常见概念：

3.1数据传输中常见概念：计算机所产生的电信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号，这种电信号称为数字信号(dligitalsignal）；3.1数据传输中常见概念：信道：传输信息的必经之路称为“信道”。也称为传送电信号的一条道路。按照信道中传输的信号分类，可把信道分为模拟信道和数字信道。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个结点之间的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也是一种通路但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质、而是在物理信道基础上，由结点内部的边来实现。3.1数据传输中常见概念：模拟通信：信号源发出的模拟信号，并且以模拟信号传输。数字通信：信号源发出的是模拟数据，而以数字信号的形式进行传输，这种通信方式叫数字通信。计算机采用数字信道传输的原因：（1）误码率低，通信质量高。（2）数字传输能以声音、数字、电视、传真，甚至视频电话之类的图像混合在一个信道传输，有效地利用设备。（3）利用已有线路可获得更高的数据传输率。（4）随着集成电路芯片的价格不断降低，数字传输及其相应的交换设备比模拟设备便宜很多。3.1数据传输中常见概念：数据传输的基本形式基带传输：所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带，简称基带。数字信号的基本频带是从0至若干兆赫，由传输速率决定。当利用数据传输系统直接传送基带信号，不经频谱搬移时，则称之为基带传输。3.1数据传输中常见概念：所谓频带传输，就是把二进制信号(数字信号)进行调制交换，成为能在公用电话网中传输的音频信号(模拟信号)，将音频信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该音频信号解调变换成原来的二进制电信号。这种把数据信号经过调制后再传送，到接收端后又经过解调还原成原来信号的传输，称为频带传输。

数据传输的基本形式3.1数据传输中常见概念：宽带传输是指比音频带宽更宽的频带，指传输介质的频带宽度较宽的信息传输，一般在300-400MHz左右。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。数据传输的基本形式宽带传输的优点一般说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：

(1)能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；

(2)一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加；

(3)宽带传输的距离比基带远，因基带直接传送数字，传输的速率愈高，传输的距离愈短。串行传输与并行传输串行传输:数据在一个信道上一位一位依次传输。数据线数目与与传输数据无关特点：通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。在发送端和接收端需要并/串转换和串/并转换。需要实施同步措施，以确保不产生错字。3.1数据传输中常见概念：串行传输与并行传输并行传输:数据在多个信道上同时传输。数据线数目与传输数据相同并可能多一校验线特点：不需要对传输代码进行时序转换需要数据线数目多。传输速率高。3.1数据传输中常见概念：串行通信分为异步传输与同步传输两种。异步传输：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。同步传输：数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称为区块传输。是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对位都是固定的（即同步的）。同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。

3.1数据传输中常见概念：3.1数据传输中常见概念：同步与异步传输的区别1.异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输。2.异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧。3.异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。4.异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。5.异步传输相对于同步传输效率较低。

3.1数据传输中常见概念：

多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每一个数据源都有自己的信道一样就是指把若干个彼此无关的信号合并为一个复合信号，并在一条共用信道上进行传输。

多路复用是将若干个彼此无关的信号合并为一个在一个共用信道上传输的复合信息的方法，在信号的接收端必须可以将复合信号分离出来。多路传输数据时，各路数据的原始基带脉冲其频谱往往是相互重叠的，不能在同一条线路上直接同时传输，若要使用一对传输线同时传输多路信息，必须采取措施。目前有两种技术：一种叫频分多路复用（FDMfrequency-divisionmultiplexing），另一种叫时分多路复用（TDMtime-divisionmultiplexing）、波分多路复用（WDMwave-divisionmultiplexing）。3.1数据传输中常见概念：符号速率又叫信号速率，记为N。它表示单位时间内(每秒)信道上实际传输的符号个数或脉冲个数(可以是多进制)。符号速率的单位是波特，即每秒的符号个数。信息传输速率，简称传信率，通常记为R。它表示单位时间内系统传输(或信源发出)的信息量，即二进制码元数。在二进制通信系统中，信息传输速率R(比特／秒)等于信号速率。对于多进制两者不相等。例如四进制中符号速率为2400波特，其信息速率为4800bit／s；而八进制的信息速率为7200bit／s等等。它们的关系为式中m为符号的进制数。3.1数据传输中常见概念：指通信线上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率和调制速率。信号速率S：指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒多少比特数计，即bit/s、b/p、位/秒。信号速率的高低，由每位所占的时间决定，若一位数据所占的时间越小，则信号速率越高。设T为传输的电脉冲信号的宽度或周期，N为电脉冲信号所有可能的状态数，则信号速率为S=1/T×log2N（bps）调制速率B：是脉冲信号经过调制后的传输速率，以波特（BAUD）为单位，通常用于表示调制器之间传输信号的速率。表示每分钟传送多少电信号单元，若T（秒）表示调制周期，则调制速率为：B=1/T

3.2调制解调器的原理及功能

一般人的语音频率范围是300—3400Hz，为了进行话音信号在普通的电话系统中传输，在线路上给它分配一定的带宽，国际标准取4KHz为一个标准话路所占用的频带宽度。在这个传输过程中：语音信号以300—3400Hz频率输入，发送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号，这个模拟信号经过一个频分多路复用器进行变化，使得线路上可以同时传输多路模拟信号，当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到原来的频率范围的模拟信号，再由接收方电话机把模拟信号转换成声音信号。计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。不采取任何措施利用模拟信道来传输数字信号必然会出现很大差错（失真），故在普通电话网上传输数据，就必须将数字信号变换到电话网原来设计时所要求的音频频谱内（即300Hz－3400Hz）。调制就是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线路传送的信号。解调就是当已调制信号到达接收端时，将经过调制器变换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。

Modem，其实是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（港台称之为数据机）。跟据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”。它是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。调制与解调采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目的是便于线路复用，以便提高线路利用率。进行调制时，常把正弦信号

Asin(t+)作为基准信号或称载波信号。任何载波信号都有三个特征：振幅，频率和相位。基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方式分为三种：调幅、调频和调相。振幅调制(幅移键控方式)振幅调制ASK：振幅调制简称调幅制，也就是用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。它是把频率和相位定为常量，而振幅为变量，每一种振幅值代表一种信息元。这个方法叫做幅移键控ASK。如图所示。

ASK方式易受突变干扰的影响，是一种不理想的调制方式。在传输声音的音频线路中，传输的典型速率只能达到1200bit/s。频率调制(频移键控方式)频率调制FSK：

频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，每一种频率值代表一种信息元。这个方法叫做频移键控FSK。如图所示。

FSK方式的抗干扰能力优于ASK，在音频线路中，传输速率也只有1200bit/s。FSK还常用于高频无线传输。相位调制(相移键控方式)相位调制PSK：相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的相位。它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，每一种相位值代表一种信息元。这个方法叫做相移键控PSK。如图所示。PSK方式较FSK方式有更强的抗干扰能力和更高的效率，在音频线路中，传输速率可达9600bit/s。3.3Modem的结构外置式MODEMPCMCIAMODEM3.4调制解调器的分类1．按应用环境分类（1）音频MODEM:用电话信道传输数字信号时应采用音频调制解调器。（2）基带MODEM:它的传输速率较高，可达到64Kbit/s－2Mbit/s，主要用于网络用户接入高速线路中。（3）无线MODEM:在短波及卫星通信中，都应使用与信道特点相适应的调制解调器。2．按传输速率分类（1）低速MODEM。传输速率在600bit/s以下。（2）中速MODEM。传输速率在1200bit/s－9600bit/s之间。（3）高速MODEM。传输速率在9600bit/s以上。3.4调制解调器的分类3．按调制方式分类（1）频移键控（FSK）MODEM。用于远程终端之类的低速接口传输。（2）相移键控（PSK）MODEM。用于中速传输。（3）相位幅度调制（PAM）MODEM。它常用于高速传输。4．按特性分类（1）人工拨号MODEM（2）自动拨号/应答式MODEM（3）智能MODEM3.4调制解调器的分类5．按安装位置分类（1）内置式（2）外置式

(3)USBModem (4)PCMCIA卡式Modem

6．按操作模式分类（1）同步（2）异步式MODEM7.按使用线路分类(1).PSTN(2).DDS(3).LEASEDLINE3.4调制解调器的分类MODEM有硬猫和软猫之分。一般说来，MODEM的数据传输工作由两部分电路共同完成：一是DSP(数字信号处理)部分，主要完成信号转换等功能；二是控制部分，主要完成规范通信协议，数据传输中数据流控制以及传输数据的压缩、纠错等功能。硬猫就是将两部分电路的功能集成到内部芯片中；软猫就是只将DSP功能集成到芯片中，而“控制部分”的电路功能设计成通过软件完成，具体实施时由CPU处理完成。3.5MODEM的技术特点传输模式1、传真模式（FaxModem）2、语音模式（VoiceModem）3.5MODEM的技术特点传输速率Modem的传输速率，指的是Modem每秒钟传送的数据量大小。通常所说的14.4K、28.8K、33.6K等，指的就是Modem的传输速率。传输速率以bps（比特/秒）为单位。因此，一台33.6K的Modem每秒钟可以传输33600bit的数据。由于目前的Modem在传输时都对数据进行了压缩，因此33.6K的Modem的数据吞吐量理论上可以达到115200bps，甚至230400bps。

3.5MODEM的技术特点Modem的传输协议:调制协议（ModulationProtocols）、差错控制协议（ErrorControlProtocols）、数据压缩协议（DataCompressionProtocols）文件传输协议。3.5MODEM的技术特点1.调制协议

Modem的传输速率，实际上是由Modem所支持的调制协议所决定的。在Modem的包装盒或说明书上看到的V.32、V.32bis、V.34、V.34+、V.fc等等，指的就是Modem的所采用的调制协议。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全双工标准协议；V.32bis是V.32的增强版，支持14400bps的传输速率；V.34是同步28800bps全双工标准协议；而V.34+则为同步全双工33600bps标准协议。以上标准都是由ITU（国际通讯联盟）所制定，而V.fc则是由Rockwell提出的28800bps调制协议，但并未得到广泛支持。目前MODEM支持的协议主要有K56Flex、X2、V.90以及V.92协议，早期的56KMODEM在研发过程中形成了两大技术阵营：一是以３COM/U.S.Robotics公司为首的X2技术阵营；另一个是以罗克韦尔(Rockwell)公司为首的K56Flex技术阵营。3.5MODEM的技术特点2、差错控制协议随着Modem的传输速率不断提高，电话线路上的噪声、电流的异常突变等，都会造成数据传输的出错。差错控制协议要解决的就是如何在高速传输中保证数据的准确率。目前的差错控制协议存在着两个工业标准：MNP4和V4.2。其中MNP（MicrocomNetworkProtocols）是Microcom公司制定的传输协议，包括了MNP1—MNP10。由于商业原因，Microcom目前只公布了MNP1—MNP5，其中MNP4是目前被广泛使用的差错控制协议之一。而V4.2则是国际电信联盟制定的MNP4改良版，它包含了MNP4和LAP-M两种控制算法。因此，一个使用V4.2协议的Modem可以和一个只支持MNP4协议的Modem建立无差错控制连接，而反之则不能。所以在购买Modem时，最好选择支持V4.2协议的Modem。3.5MODEM的技术特点3、数据压缩协议数据压缩协议也存在两个工业标准：MNP5和V4.2bis。MNP5采用了Run-Length编码和Huffman编码两种压缩算法，最大压缩比为2:1。而V4.2bis采用了Lempel-Ziv压缩技术，最大压缩比可达4:1。这就是为什么说V4.2bis比MNP5要快的原因。要注意的是，数据压缩协议是建立在差错控制协议的基础上，MNP5需要MNP4的支持，V4.2bis也需要V4.2的支持。并且，虽然V4.2包含了MNP4，但V4.2bis却不包含MNP5。3.5MODEM的技术特点4、文件传输协议文件传输是数据交换的主要形式。在进行文件传输时，为使文件能被正确识别和传送，需要在两台计算机之间建立统一的传输协议。这个协议包括了文件的识别、传送的起止时间、错误的判断与纠正等内容。常见的传输协议有以下几种：

ASCII：这是最快的传输协议，但只能传送文本文件。

Xmodem：这种古老的传输协议速度较慢，但由于使用了CRC错误侦测方法，传输的准确率可高达99.6%。

Ymodem：这是Xmodem的改良版，使用了1024位区段传送，速度比Xmodem要快。

Zmodem：Zmodem采用了串流式（streaming）传输方式，传输速度较快，而且还具有自动改变区段大小和断点续传、快速错误侦测等功能。这是目前最流行的文件传输协议。MODEM芯片组控制芯片是MODEM的核心组成部分。当前主流产品通常采用的是Rockwell或TI芯片。基于Rockwell芯片的产品具有较好的兼容性，在某种程度上，Rockwell甚至成为高度兼容的代言人，获得众多厂商的广泛支持。基于TI芯片的产品则提供了最佳的性能，典型的代表就是USR，即3COM的白猫和黑猫系列产品。3.5MODEM的技术特点

3.6MODEM的面板指示灯

常见的外置式MODEM在工作时，其面板上都会有一排常亮或闪亮的状态指示灯，它们各自代表的含义如下：MR(MODEMReady，准备就绪)：MR灯常亮，表示MODEM已经通过自检。灯闪烁不停或者干脆不亮，则说明MODEM安装不正确或者出现故障。TR(TerminalReady，终端准备)：TR灯亮表示计算机发送一个DTR(DataTerminalReady，数据终端设备准备就绪)信号给MODEM，表示你的电脑已经准备好接收或发送数据。CD(CarrierDetect，载波检测)：当CD灯亮时，表示当前MODEM已经检测到另一个MODEM传来的信号载波，双方连接成功。

˙RD(ReceiveData，接收数据)：当RD灯不停闪烁时，表示电脑正通过MODEM接收来自服务器传来的数据。˙SD(SendData，发送数据)：SD灯闪烁时，表示MODEM正在传送数据到服务器。˙OH(OffHook)：OH灯亮，相当于在打电话时的“摘机”——拿起听筒，表示MODEM已经连上电话线路，可以开始拨号了。˙RI(RingIndicate，振铃指示)：当MODEM接通电源但未使用时，如果RI灯亮，就表示外面有电话打进˙HS(HighSpeed，高速)：HS灯亮，表示MODEM处于高速连接状态。˙AA(AutoAnswer，自动应答)：AA灯亮，表示MODEM正处于自动应