调制解调器

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调制解调器(MOdulator-DEModulator,MODEM)

目录

什么是调制解调器[1]

  调制解调器(MODEM)是为了解决利用模拟信道传输数字信号而研制的一种通信设备。计算机只能处理数字信号,而现有的一些信道又只能传输模拟信号,为了利用模拟信道传输数字信号,发送端就必须将数字信号转换成模拟信号,将欲发送的数字信号调制到载波上去,而载波信号是模拟信号,可以在模拟信道上传输。然后,接收端再进行相应的处理,恢复传输的数字信号,这一过程就是解调。这样就实现了在模拟信道上传输数字信号的目的,如图1所示。在实际应用中,一般都采用双工通信,所以将调制器(MOdulator)和解调器(DEModulator)装配在一起,就是我们常用的调制解调器(MODEM)。

  Image:调制解调器的应用.jpg

  图1  调制解调器的应用

调制解调器组成[2]

  调制解调器通常由电源、发送电路和接收电路组成。电源提供Modem工作所需要的电压;发送电路中包括调制器、放大器、以及滤波、整形和信号控制电路,它的功能是把计算机产生的数字脉冲转换为已调制的模拟信号;接收电路包括解调器以及有关的电路,它的作用是把模拟信号变成计算机能接收的数字脉冲。Modem的组成原理框图如图2所示,图中上半部分是发送电路,下半部分是接收电路。图中的虚线框用在同步Modem中。

  Image:Modem设备的组成原理框图.jpg

  图2 Modem设备的组成原理框图

  早期的低速Modem采用调频技术。后来的Modem采用四进制调相技术,也有的Modem采用差分相移键控(Differential Phase Shift Keying,DPSK)技术。在20世纪80年代后期,出现了更高速的Modem。这些高速Modem采用的调制技术叫格码调制(Trellis Coded Modulation,TCM),使得在公共交换电话网上的最高传输速率可达14400b/s或19200b/s,在高质量的租用线路上甚至能达到24400b/s的数据速率。

  进一步提高传输速率还可以在其他技术方面寻求解决办法,例如,采用数据压缩技术。有一种V.29Modem,虽然工作在9600b/s,但是由于使用的数据压缩算法可达至112:l的压缩比,所以数据发送速率理论上可达到19200b/s。

  另外一种高速Modem采用了高速微处理器和大约70000行指令,由于采用多个音频组成的载波群对数据进行分组传输,因而叫做分组集群式Modem。这种Modem工作时首先发送512个音频载波信号,然后对所有载波信号进行评价,决定哪些频率可以使用,根据侦察到的线路情况确定最适合的调制方式,可能是2bit、4bit或6bit的QAM调制。例如,若400个音频载波可用,调制方案为6 bit QAM,则400×6=2400,即可同时传送2400bit。如果每种载波都是一秒钟变化4次,则可得到约10000b/s的数据速率。分组集群式Modem对数据先进行分组,并自动产生16位的CRC校验码,因而接收端可进行检错处理,如发现错误,可要求重发出错分组。另外,这种Modem有一个优点,就是它能自动调整可用的频率,而且可对回降速率进行微小的调整,因而增加了有效带宽。

  1996年出现了56kb/s的Modem,并于1998年形成了ITu的V.90建议。这种Modem采用非对称的工作方式,从客户端向服务器端发送称为上行信道,其数据速率为28.8kb/s或33.6kb/s,从服务器端向客户端发送称为下行信道,其数据速率可以达至lJ56kb/s。其所以采用非对称的工作方式是因为客户端发送数据时要采用模数转换,会出现量化噪声,使得Modem的数据速率受到限制。而IsP一端的服务器采用数字干线连接,无需模数转换,不会出现量化噪声,因而可以用f1]PCM编码调制的最高数据速率56kb/s。56K技术的出现适应了通过电话线准高速连接Internet的需求,成为当时互联网用户首选的联网技术。

调制解调器的分类[1]

  根据应用场合、使用方式、性能指标及调制方式的不同,调制解调器有以下几种分类方式。

  1)按使用的传榆信道类型分类

  MODEM是数据信号与传输信道的匹配设备,有不同类型的信道就应有不同类型的MODEM。按传输信道类型不同,可将MODEM分为无线MODEM和有线MODEM。在有线MODEM中,根据使用信道的特点又可分为话路MODEM和宽带MODEM。话路MODEM是指在一个话音频率范围内传输数据的MODEM。我们利用电话线拨号上网采用的就是话路MODEM。宽带MODEM是指利用载波话路的群路传输数据的MODEM,如利用载波基群(带宽为60~108kHz)以速率64kb/s传输数据的MODEM。

  2)按工作方式分类

  按工作方式可将MODEM分为:

  (1)双工通信、半双工通信单工通信方式;

  (2)同步传输(又分同步数据同步传输和异步数据同步传输)及异步传输(起一止式编码)方式。

  各种工作方式都有与之相适应的MODEM。

  3)按传输速率分类

  (1)低速:传输速率在1200b/s以下。低速MODEM价格便宜,波特率通常为600b/s,常用于主计算机系统和它的外部设备之间的通信。例如Bell 103(贝尔103)调制解调器采用FSK调制技术,是一种使用十分广泛的MODEM。

  (2)中速:传输速率为1200~2400b/s。这类MODEM采用PSK技术,常用于计算机系统间的快速串行通信,例如Bell 201B型调制解调器。

  (3)高速:传输速率在4800b/s以上。高速MODEM采用QAM技术,波特率可达9600b/s以上,常用于计算机系统间的远程通信。

  有的分类方法把传输速率在2400b/s以下的定为低速,传输速率在4800—9600b/s的定为中速,传输速率在14.4~19.2kb/s的定为高速。随着技术的不断发展,界限含糊是难免的,我们应从注重实际应用的角度出发,不必为此计较。

  4)按电路分类

  (1)专用电路(租用电路)的MODEM分两线专用和四线专用两类;

  (2)普通交换电话电路(GSTN)的MODEM分人工呼叫/应答、自动呼叫/自动应答两类。

  5)按调制方式分类

  按调制方式,MODEM通常分为调幅MODEM、凋频MODEM、凋相MODEM和正交调制MODEM。

  6)按应用及控制方式分类

  按应用及控制方式,MODEM分为单机(独立)式和板式两种。板式MODEM不是独立的,一般装在计算机(微机)和终端设备内使用。也有联机式的MODEM,这种MODEM要受计算机(微机)的控制

  7)按集成化程度分类

  按集成化程度,MODEM可分为智能化MODEM和非智能化MODEM两种。

  8)按结构分类

  按MODEM的独立性分为外置式MODEM和内置式MODEM。外置式MODEM安装在计算机或数据终端外,通常称为外MODEM;内置式MODEM安装在计算机或数据终端内,通常称为内MODEM。

  外置式调制解凋器有独立的外壳、电源和通信连接端口,调制解调器与计算机或数据终端设备之间采用RS—232C串行端口通信。外置式调制解调器的安装和使用都比较方便,不需安装到计算机内部,只需与计算机通信端口、电源及电话插口连接即可。

  内置式调制解调器属于计算机的一个板卡,和其他板卡(如声卡)的安装方法一样,只需拆开计算机,将MODEM板插入相应的总线插槽,安装相应驱动程序即可。虽然安装麻烦一点,但它与计算机合为一体,不需外接电源,使用比较方便。

  调制解调器除具有调制和解调功能外,在同步传输系统中,调制解调器发送的数据流中还携带有同步信息,接收端可从发送来的数据中提取同步信息,以产生相干波,实现通信双方的同步传输。利用调制技术,可提高数据在传输过程中的抗干扰能力,实现信道的多路复用。另外,通过多进制调制可以提高信息传输速率。

调制解调器连接方式[3]

  使用Modem电话拨号上网,有3种连接方式:

  1.单机连接

  单机连接指的是两台计算机之间的连接,每台计算机上接上一台Modem,通过电话线连接起来,其连接拓扑结构如图3所示。

  Image:调制解调器单机连接.jpg

  图3 调制解调器单机连接
  2.多机连接

  多机连接指的是多台用户终端与一台主机相连接。其网络连接拓扑如图4所示。

  Image:调制解调器多机连接.jpg

  图4  调制解调器多机连接
  3.Modem池

  在上述的多机连接系统中,连接到主机上的只有一条电话线,当有两个以上的用户要同时与主机连接时,就会出现电话线“占线”的现象,Modem池(Modem pool)就是为了有效地解决这一问题而诞生的Modem产品。ModemPool允许多个用户同时拨号上网。其网络连接拓扑如图5所示。

  Image:Modem池连接.jpg

  图5  Modem池连接

  高速调制解调器使用ITU-T颁布的56kbps调制解调器标准V.90,传输速率最高可以达到56kbps,通常互联网服务提供商(ISP)与电话交换网络之间采用数字线路连接,可得到上行33.6kbps,下行56kbps的用户传输速率,如图6所示。

  Image:调制解调器连接网络.jpg

  图6  调制解调器连接网络

建立调制解调器连接[4]

  调制解调器可以用来配置通过电话线进行的互联网连接。这需要一个互联网服务提供者(ISP)账号。

  要想添加调制解调器连接,须遵循以下步骤:

  (1)单击“设备”标签。

  (2)单击工具栏上的“新建”按钮。

  (3)从“设备类型”列表中选择“调制解调器连接”命令,然后单击“前进”按钮。

  (4)如果在硬件列表中已有一个配置了的调制解调器(在“硬件”标签上),网络管理工具假定要用它来建立调制解调器连接。如果没有已配置的调制解调器,就会试图检测系统中的调制解调器。检测可能会花一段时间,如果找到了一个调制解调器,一则消息会显示,警告所显示的设置不是检测中找到的值。

  检测后,会出现如图7所示的对话框。

  Image:调制解调器设置.jpg

  图7 调制解调器设置

  (5)配置调制解调器、波特率、流控制以及调制解调器音量。如果不知道这些值,但是调制解调器被成功地检测到,则接受默认值。如果没有按键式电话连线方式,取消选择相应的复选框,单击“前进”按钮。

  (6)如果ISP在预配置的列表中,选择它;否则,输入关于ISP账号的信息。如果不了解这些信息,联系ISP,单击“前进”按钮。

  (7)在“口设置”窗口上,选择要使用的“封装模式”,以及是通过DHCP来获取IP地址还是静态地设置它,结束后单击“前进”按钮。

  (8)在“建立拨号连接”页上,单击“应用”按钮。

  配置了调制解调器设备后,它会在设备列表中以“调制解调器”设备出现,如图8所示。

  Image:调制解调器设备.jpg

  图8  调制解调器设备

  (9)确定选择“文件”→“保存”命令保存改变。

  (10)添加了调制解调器设备后,可以从设备列表中选择它,然后单击“编辑”按钮来编辑它的配置。例如,当某设备被添加,并被默认配置成引导时启动,可以编辑它的配置来修改这项设置。压缩、PPP选项、登录名、口令等都可以被改变。

  (11)当设备被添加后,它不会被立即激活。要激活某设备,从设备列表中选择它,然后单击“激活”按钮。如果系统配置了要在计算机启动时激活设备(默认),不必重新执行这一步骤。

调制解调器故障排除[5]

  检测不到调制解调器

  故障现象:将调制解调器连接到电脑的COMl串口,但在安装时始终无法找到该设备,同时在设备管理器中会看到COMl串口前有一个红色的叉状符号。

  故障排除:出现这种现象首先检查主板的COMl串口是否损坏,其次查看BI0S中的COM1口是否设置为禁止,否则需启动。方法为:启动电脑时按[Delete]键进BI0S设置.选择Integrated Peripherals栏中的Onboard Serial Portl,将其值改为Auto。

  Modem上有几个指示灯,分析这几个指示灯的状态可以初步定位故障原因。

参考文献

  1. 1.0 1.1 雷思孝主编.计算机数据通信.西安电子科技大学出版社,2006年12月第1版.
  2. 雷震甲编著.计算机网络.机械工业出版社,2010.09.
  3. 李联宁,陆丽娜编著.网络工程.清华大学出版社,2011.08.
  4. 陈明著.Linux基础与应用 第2版.清华大学出版社,2011.06.
  5. 九州书源编著.电脑故障诊断排除.清华大学出版社,2011.08.
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