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調(diào)制解調(diào)器的原理

發(fā)布時間:2010-10-05

中心議題:
  • 調(diào)制解調(diào)器的分類
  • 調(diào)制解調(diào)器的原理
  • 調(diào)制解調(diào)器的傳輸數(shù)率與協(xié)議對比
解決方案:
  • 差錯控制協(xié)議
  • 數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議
  • 文件傳輸協(xié)議

解調(diào)器是調(diào)制式直流放大電路中的一個重要組成部分。它把已放大了的交流電壓還原為直流電壓,其大小和極性與交流電壓的幅度和相位要對應(yīng)。下圖是解調(diào)器的原理電路,RL為負(fù)載,C為濾波電容,其作用是使輸出直流電壓平滑,解調(diào)開關(guān)K與輸入交流信號,Ui具有相同的頻率。當(dāng)Ui為正時,開關(guān)接通,輸出等于輸入電壓UO,經(jīng)電容C的平滑作用后,應(yīng)可得到平滑的直流電壓UO。相反,如果Ui為負(fù)時,開關(guān)接通,Ui為正時,開關(guān)斷開,則輸出端得到負(fù)的脈動直流電壓UO。

 我們常說的Modem,其實(shí)是Modulator(調(diào)制器)與Demodulator(解調(diào)器)的簡稱,中文稱為調(diào)制解調(diào)器。也有人跟據(jù)Modem的諧音,親昵地稱之為“貓”。我們知道,計(jì)算機(jī)內(nèi)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。于是,當(dāng)兩臺計(jì)算機(jī)要通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,就需要一個設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這里要討論的Modem。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時,先由Modem把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號,這個過程稱為“調(diào)制”。經(jīng)過調(diào)制的信號通過電話載波傳送到另一臺計(jì)算機(jī)之前,也要經(jīng)由接收方的Modem負(fù)責(zé)把模擬信號還原為計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號,這個過程我們稱“解調(diào)”。正是通過這樣一個“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過程,從而實(shí)現(xiàn)了兩臺計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。

一. Modem的類別

一般來說,根據(jù)Modem的形態(tài)和安裝方式,可以大致可以分為以下四類:

1、外置式Modem

外置式Modem放置于機(jī)箱外,通過串行通訊口與主機(jī)連接。這種Modem方便靈巧、易于安裝,閃爍的指示燈便于監(jiān)視Modem的工作狀況。但外置式Modem需要使用額外的電源與電纜。

2、內(nèi)置式Modem

內(nèi)置式Modem在安裝時需要拆開機(jī)箱,并且要對中斷和COM口進(jìn)行設(shè)置,安裝較為繁瑣。這種Modem要占用主板上的擴(kuò)展槽,但無需額外的電源與電纜,且價(jià)格比外置式Modem要便宜一些。

3、PCMCIA插卡式Modem

插卡式Modem主要用于筆記本電腦,體積纖巧。配合移動電話,可方便地實(shí)現(xiàn)移動辦公。

4、機(jī)架式Modem

機(jī)架式Modem相當(dāng)于把一組Modem集中于一個箱體或外殼里,并由統(tǒng)一的電源進(jìn)行供電。機(jī)架式Modem主要用于Internet/Intranet、電信局、校園網(wǎng)、金融機(jī)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房。

除以上四種常見的Modem外,現(xiàn)在還有ISDN調(diào)制解調(diào)器和一種稱為Cable Modem的調(diào)制解調(diào)器,另外還有一種ADSL調(diào)制解調(diào)器。Cable Modem利用有線電視的電纜進(jìn)行信號傳送,不但具有調(diào)制解調(diào)功能,還集路由器、集線器、橋接器于一身,理論傳輸速度更可達(dá)10Mbps以上。通過Cable Modem上網(wǎng),每個用戶都有獨(dú)立的IP地址,相當(dāng)于擁有了一條個人專線。目前,深圳有線電視臺天威網(wǎng)絡(luò)公司已推出這種基于有線電視網(wǎng)的Internet接入服務(wù),接入速率為2Mbps-10Mbps!

二. Modem的傳輸模式

Modem最初只是用于數(shù)據(jù)傳輸。然而,隨著用戶需求的不斷增長以及廠商之間的激烈競爭,目前市場上越來越多的出現(xiàn)了一些“二合一”、“三合一”的Modem。這些Modem除了可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以外,還具有傳真和語音傳輸功能。

1、傳真模式(Fax Modem)

通過Modem進(jìn)行傳真,除省下一臺專用傳真的費(fèi)用外,好處還有很多:可以直接把計(jì)算機(jī)內(nèi)的文件傳真到對方的計(jì)算機(jī)或傳真機(jī),而無需先把文件打印出來;可以對接收到的傳真方便地進(jìn)行保存或編輯;可以克服普通傳真機(jī)由于使用熱敏紙而造成字跡逐漸消退的問題;由于Modem使用了糾錯的技術(shù),傳真質(zhì)量比普通傳真機(jī)要好,尤其是對于圖形的傳真更是如此。目前的Fax Modem大多遵循V.29和V.17傳真協(xié)議。其中V.29支持9600bps傳真速率,而V.17則可支持14400bps的傳真速率。

2、語音模式(Voice Modem)

語音模式主要提供了電話錄音留言和全雙工免提通話功能,真正使電話與電腦融為一體。這里,我們主要討論的是一種新的語音傳輸模式—DSVD(Digital Simultaneous Voice and Data)。DSVD是由Hayes、Rockwell、U.s.Robotics、Intel等公司在1995年提出的一項(xiàng)語音傳輸標(biāo)準(zhǔn),是現(xiàn)有的V.42糾錯協(xié)議的擴(kuò)充。DSVD通過采用Digi Talk的數(shù)字式語音與數(shù)據(jù)同傳技術(shù),使Modem可以在普通電話線上一邊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸一邊進(jìn)行通話。
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DSVD Modem保留了8K的帶寬(也有的Modem保留8.5K的帶寬)用于語音傳送,其余的帶寬則用于數(shù)據(jù)傳輸。語音在傳輸前會先進(jìn)行壓縮,然后與需要傳送的數(shù)據(jù)綜合在一起,通過電話載波傳送到對方用戶。在接收端,Modem先把語音與數(shù)據(jù)分離開來,再把語音信號進(jìn)行解壓和數(shù)/模轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)/語音的同傳。DSVD Modem在遠(yuǎn)程教學(xué)、協(xié)同工作、網(wǎng)絡(luò)游戲等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但在目前,由于DSVD Modem的價(jià)格比普通的Voice Modem要貴,而且要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)/語音同傳功能時,需要對方也使用DSVD Modem,從而在一定程度上阻礙了DSVD Modem的普及。

三. Modem的傳輸數(shù)率

Modem的傳輸速率,指的是Modem每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)量大小。我們平常說的14.4K、28.8K、33.6K、56K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(jìn)行了壓縮,因此33.6K的Modem的數(shù)據(jù)吞吐量理論上可以達(dá)到115200bps,甚至230400bps。

Modem的傳輸速率,實(shí)際上是由Modem所支持的調(diào)制協(xié)議所決定的。我們平時在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(diào)制協(xié)議。其中V.32是非同步/同步4800/9600bps全雙工標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;V.32bis是V.32的增強(qiáng)版,支持14400bps的傳輸速率;V.34是同步28800bps全雙工標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;而V.34+則為同步全雙工33600bps標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。以上標(biāo)準(zhǔn)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(diào)制協(xié)議,但并未得到廣泛支持。

提到Modem的傳輸速率,就不能不提時下被炒得為熱的56K Modem。其實(shí),56K的標(biāo)準(zhǔn)已提出多年,但由于長期以來一直存在以Rockwell為首的K56flex和以U.S.Robotics為首X2的兩種互不兼容的標(biāo)準(zhǔn),使得56K Modem遲遲得不到普及。值得慶幸的是,今年2月,在國際電信聯(lián)盟的努力下,56K的標(biāo)準(zhǔn)終于統(tǒng)一為ITU V9.0,眾多的Modem生產(chǎn)廠商亦已紛紛出臺了升級措施,而真正支持V9.0的Modem亦已經(jīng)遍地開花。56K有望在一到兩年內(nèi)成為市場的主流。在這里要順便說一下的是,由于目前國內(nèi)許多ISP并未提供56K的接入服務(wù),因此在購買56K Modem前,最好先向你的服務(wù)商打聽清楚,以免造成浪費(fèi)。
以上我們所講的傳輸速率,均是在理想狀況的得出的。而在實(shí)際使用過程中,Modem的速率往往不能達(dá)到標(biāo)稱值。實(shí)際的傳輸速率主要取決于以下幾個因素:

1、電話線路的質(zhì)量

因?yàn)檎{(diào)制后的信號是經(jīng)由電話線進(jìn)行傳送,如果電話線路質(zhì)量不佳,Modem將會降低速率以保證準(zhǔn)確率。為此,我們在連接Modem時,要盡量減少連線長度,多余的連線要剪去,切勿繞成一圈堆放。另外,最好不要使用分機(jī),連線也應(yīng)避免在電視機(jī)等干擾源上經(jīng)過。

2、是否有足夠的帶寬

如果在同一時間上網(wǎng)的人數(shù)很多,就會造成線路的擁擠和阻塞,Modem的傳輸速率自然也會隨之下降。因此,ISP是否能供足夠的帶寬非常關(guān)鍵。另外,避免在繁忙時段上網(wǎng)也是一個解決方法。尤其是在下載文件時,在繁忙時段與非繁忙時段下載所費(fèi)的時間會相差幾倍之多。

3、對方的Modem速率

Modem所支持的調(diào)制協(xié)議是向下兼容的,實(shí)際的連接速率取決于速率較低的一方。因此,如果對方的Modem是14.4K的,即使你用的是56K的Modem,也只能以14400bps的速率進(jìn)行連接。

四. Modem的傳輸協(xié)議

Modem的傳輸協(xié)議包括調(diào)制協(xié)議(Modulation Protocols)、差錯控制協(xié)議(Error Control Protocols)、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議(Data Compression Protocols)和文件傳輸協(xié)議。調(diào)制協(xié)議我們在前面已經(jīng)討論過,現(xiàn)在著重談一下其余的三種傳輸協(xié)議。

1、 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(zhǔn)確率。目前的差錯控制協(xié)議存在著兩個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn):MNP4和V4.2。其中MNP(Microcom Network Protocols)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。所以我們在購買Modem時,最好選擇支持V4.2協(xié)議的Modem。

另外,市面上某些廉價(jià)Modem卡為降低成本,并不具備硬糾錯功能,而是使用使用了軟件糾錯方式。大家在購買時要注意分清,不要為包裝盒上的“帶糾錯功能”等字眼所迷惑。

2、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議

為了提高數(shù)據(jù)的傳輸量,縮短傳輸時間,現(xiàn)時大多數(shù)Modem在傳輸時都會先對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。與差錯控制協(xié)議相似,數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議也存在兩個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn):MNP5和V4.2bis。MNP5采用了Rnu-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(shù),最大壓縮比可達(dá)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(chǔ)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。

3、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(jìn)行文件傳輸時,為使文件能被正確識別和傳送,我們需要在兩臺計(jì)算機(jī)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(nèi)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?zhǔn)確率可高達(dá)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(diǎn)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。

除以上幾種外,還有Imodem、Jmodem、Bimodem、Kermit、Lynx等協(xié)議,由于沒有多數(shù)廠商支持,這里就略去不講。
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