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MODEM的工作原理
MODEM的工作原理
調制解調器由發送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數據終端設備以二進制串行信號形式提供發送的數據，經接口轉換為內部邏輯電平送入發送部分，經調制電路調制成線路要求的信號向線路發送。接收部分接收來自線路的信號，經濾波、反調制、電平轉換后還原成數字信號送入數字終端設備。
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有中繼放大設備，保證話音清晰。在這些設備上若再配置Modem，則能通電話的地方就可傳輸數據。一般電話線路的話音帶寬在300～3400Hz 范圍，用它傳送數字信號，其信號頻率也必須在該范圍。常用的調制方法有三種:頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK） 、相位幅度調制（PAM）。
Modem通常有三種工作方式:掛機方式、通話方式、聯機方式。電話線未接通是掛機方式;雙方通過電話進行通話是通話方式;Modem已聯通，進行數據傳輸是聯機方式。
數模轉換的調制方法也有三種：
（1）頻移鍵控（FSK）。用特殊的音頻范圍來區別發送數據和接收數據。如調頻ModemBell-103型發送和接收數據的二進制邏輯頻率是:發送，信號邏輯0、頻率1070Hz，信號邏輯1、頻率1270Hz;接收，信號邏輯0、頻率20 25Hz，信號邏輯1、頻率2225Hz。
（2）相移鍵控（PSK），高速的Modem常用四相制，八相制，而四相制是用四個不同的相位表示00、01、10、11四個二進制數，如調相ModemBell-212A型。該技術可以使3 00bps的Modem傳送600bps的信息，因此在不提高線路調制速率僅提高信號傳輸速率時很有意義，但控制復雜，成本較高，八相制更復雜。
（3）相位幅度調制（PAM），為了盡量提高傳輸速率，不提高調制速率，采用相位調制和幅度調制結合的方法。它可用16個不同的相位和幅度電平，使1200bps的Modem傳送19200bps的數據信號。該種Modem一般用于高速同步通信中。
調制解調器通電后，通常*入掛機方式，通過電話撥號撥通線路后進入通話方式，最后通過Modem的"握手" 過程進入聯機方式。正常使用時，由使用者通過控制電話機或Modem前面板的按鍵、內部開關實現三種方式間的轉換。
調制解調器與計算機連接是數據電路通信設備DCEDataCircutterminatingEquipme nt）與數據終端設備DTE（DataTerminalEquipment）之間的接口問題。DCE與DTE之間的接口是計算機網絡使用上的一個重要問題。任何一個通信站總要包括DCE與DTE，因此確定一個統一的標準接口，特別是對公用數據網有重要的意義。數據終端設備DTE是產生數字信號的數據源或接收數字信號的數據宿，或者是兩者的結合，像計算機終端、打印機、傳真機等就是DTE。將數據終端設備DTE與模擬信道連接起來的設備就叫數據電路通信設備DCE，像Modem就是DCE。DTE與DCE之間的連接標準有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串行口信號線與計算機連接。RS-232是一種歷史悠久的計算機接口標準。（RS本是RecommendStandard的縮寫），它于1969年被國際組織認可。RS-232的定義包括電氣特性（如電壓值）、機械特性（如接頭形狀）及功能特性（如腳位信號）等。它允許一個發送設備連接到一個接收設備以傳送資料;其原始規范的最大傳輸速度為20Kbps，但事實上，現在的應用早已遠超過這個速度范圍。RS-232可說是相當簡單的一種通信標準，若不使用硬件流控，則最少只需利用三根信號線，便可做到全雙工的傳輸作業。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串行口信號分為三類：傳送信號、聯絡信號和地線。
（1）傳送信號：指TXD（發送數據信號線）和RXD（接收數據信號線）。經由TXD傳送和RXD接收的信息格式為：一個傳送單位（字節）由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。
（2）聯絡信號：指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六個信號，各自功能為：
RTS（請求傳送），是PC向MODEM發出的聯絡信號。高電平表示PC機請求向MODEM傳送數據。
CTS（清除發送），是MODEM向PC機發出的聯絡信號。高電平表示MODEM響應PC發出的RTS信號，且準備向遠程MODEM發送數據。
DTR（數據終端就緒），是PC向MODEM發出的聯絡信號。高電屏表示PC機處于就緒狀態，本地MODEM 和遠程MODEM之間可以建立通信信道。若為低電屏，則強迫MODEM終止通信。
DSR（數據裝置就緒），是MODEM向PC機發出的聯絡信號。它指出本地MODEM的工作狀態，高電平表示 MODEM沒有處于測試通話狀態，可以和遠程MODEM建立通道。
DCD（傳送檢測），是MODEM向PC發出的狀態信號。高電平表示本地DCE接收到遠程MODEM發來的載波信號。
RI（振鈴指示），是MODEM向PC發出的狀態信號。高電平表示本地MODEM收到遠程MODEM發來的振鈴信號。
（3）地線信號（GND），為相連的PC和MODEM提供同一電勢參考點。
56K高速Modem是1997年才開始上市的撥號高速調制解調器，它的傳輸速率之所以能有高于傳統電話線路上33.6Kbps的極限速率，是因為它采用了*不同于33.6K的調制解調技術，其工件原理和使用要求與33.6 K高速Modem相比也有一定的區別。
56K高速Modem在通信系統中應用時，用戶端的模擬調制解調器與ISP局端數字式調制解調器（局端Modem）不是對等設備。其中用戶端56K高速Modem的工作原理和接入方法與33.6 K高速Modem沒有什么不同，仍然與電話線模擬連接，撥號上網，也仍然是用來完成數/模或模/數轉換工作，所以用戶在安裝和使用 56K高速Mo dem時，沒有任何新的要求可言。而ISP局端的數字Modem與普通模擬Modem就*不同了，ISP局端Modem是一種純數字式調制解調器。該數字式調制解調器將ISP局端數字設備直接與公用市話網（PSTN）進行數字連接，也就是說ISP局端數字信號進入交換系統時將繞過PCM的模/數轉換過程，將數字網上的數字信號經過特殊數字編碼后取代調制過程，并采用與PSTN數字網中現行的256離散信號直接進入數字交換。
這樣在整個網絡系統中，除下載數據端的PCM中有數/模轉換和用戶端56K高速Modem中有數/模轉換外，其它各處都是純數字傳輸。可見，在服務端的純數字Modem與PSTN之間就不會產生任何模/數轉換噪聲了。這樣，若從ISP端下載信息，則僅在用戶端的56K高速Modem上經過一次模/數轉換，所以下載速率*。
56K高速Modem工作的基本條件是：
①客戶端的56K高速模擬調制解器和主機端的遠程接入服務器（純數字調制解調器）必須支持相同的標準（X2或 K56Flex），是 V.90標準；
②主機端必須是數字線路連接，即干線端通道應該是T1、或ISDN、或PRI/BRI線路；
③在整個傳輸網中只能存在一次模/數轉換，即客戶端的56K高速模擬調制解器的模/數轉換。
下面的內容摘自V.90技術：
V.90是ITU（國際電信聯盟）制定的一個56Kbps數據傳輸標準。V.90使得調制解調器能夠在標準公用電話交換網（PSTN）上以高達56Kbps的速率接收數據。借助于開發多數Internet和聯機服務提供商業已使用的到PSTN的數字連接能力，V.90克服了在傳統模擬調制解調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還能進一步提高數據吞吐能力。
一般來講，電話網絡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，電話公司已經使用數字線路連接替換掉了原有的大部分模擬網絡。但更換最慢的那部分網絡一直是每家用戶與電話總局之間的連接。在今后相當長的時間內，這部分連接仍可能是模擬線路。
1.服務器端實際上是通過數字鏈路連接到電話公司的骨干線路上。
2.服務器端的信令在編碼過程中只使用電話網數字部分中所使用的256個PCM碼。換句話說，就是在這個轉換過程中不存在模擬信號轉換成離散數值PCM碼所造成的量化噪聲。
3.這些PCM碼被轉換成相應的離散模擬電壓，并通過模擬線路傳送到客戶端調制解調器。在這個過程中沒有任何信息丟失。
4.客戶端調制解調器把接收到的模擬信號重新轉換成離散的網絡PCM碼，并解碼出發送器所發送的信息。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數字（即服務器端）Modem發送的數據是以二進制數字的形式在PSTN上傳輸。但是為了滿足上面列出的要點2這一條件，V.90數字Modme必須以電話網的速度（8000Hz）向客戶端的ADC發送數據（每次8位）。這意味著Modem的采樣速度必須與電話網的采樣速度相同。
V.90Modem連接
----在握手序列中，V.90Modem對線路進行檢測以確定下行通道中是否存在模-數轉換。如果V.90 Modem檢測到存在模-數轉換，它就以V.34方式進行連接。當遠端Modem不支持V.90協議時，V.90模擬 Modem也嘗試建立一個V.34連接。
----V.90Modem的任務就是鑒別256個可能的電壓值，并將其還原為8000PCM碼/秒。如果它真的能夠做到這一點，則下載速度將接近64Kbps（8,000*8bits/code）。但事實證明仍存有幾個問題使傳輸速度稍微降低。
----首先，即使消除了網絡的量化噪聲背景，網絡DAC設備和線路回路仍會給客戶端設備帶來一個速度更慢的噪聲背景。這個噪聲是由各種非線性失真和線路串擾引起的。
----其次，網絡數模轉換器（DAC）并不是線性轉換器，而是按照某種轉換規則（在北美是U律，其它許多地區是A律）工作。結果就是，標識小電壓的網絡PCM碼將產生很小的DAC輸出電壓臺階，而標識大電壓的網絡PCM碼將產生很大的DAC輸出電壓臺階。
----這兩個問題使得256個離散PCM碼無法全部被利用，因為此時接近于零的各個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據。（主意：每個網絡PCM碼對應一個DAC電壓級別）。所以，V. 90編碼器選用256個代碼的不同子集，以消除最易受噪音干擾的DAC輸出信號。例如，128級電壓被用于5 6K速率；92級電壓被用于52K速率，等等。使用較少的電壓能提供更可靠的操作，但代價是傳輸速率更低。
V.90需要滿足如下條件：
1.一端是數字線路連接
V.90連接的一端必須是數字線路，即"干線"端通道化的T1，ISDNPRI/BRI線路。
2.兩端都支持V.90協議
3.只進行一次模-數轉換
----在V.90模擬modem和V.90數字modem間呼叫通路所涉及的電話網中，只能有一次模-數轉換。如果線路是通道化的T1，則轉換只能發生在"干線"側，而不能是"支線"側。電話公司所提供的"支線"側服務通常附加一次模-數轉換。
----V.90連接技術使用一條雙向通道：上行通道和下行通道。因為在數-模轉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）通道可以達到更高的傳輸速度。而V.90客戶端Modem的上行（發送） 通道必須要經過一個模-數轉換，從而受限于V.34傳輸速度。