數據機

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數據機(MOdulator-DEModulator,MODEM)

目錄

什麼是數據機[1]

  數據機(MODEM)是為瞭解決利用模擬通道傳輸數字信號而研製的一種通信設備。電腦只能處理數字信號,而現有的一些通道又只能傳輸模擬信號,為了利用模擬通道傳輸數字信號,發送端就必須將數字信號轉換成模擬信號,將欲發送的數字信號調製到載波上去,而載波信號是模擬信號,可以在模擬通道上傳輸。然後,接收端再進行相應的處理,恢復傳輸的數字信號,這一過程就是解調。這樣就實現了在模擬通道上傳輸數字信號的目的,如圖1所示。在實際應用中,一般都採用雙工通信,所以將調製器(MOdulator)和解調器(DEModulator)裝配在一起,就是我們常用的數據機(MODEM)。

  Image:调制解调器的应用.jpg

  圖1  數據機的應用

數據機組成[2]

  數據機通常由電源、發送電路和接收電路組成。電源提供Modem工作所需要的電壓;發送電路中包括調製器、放大器、以及濾波、整形和信號控制電路,它的功能是把電腦產生的數字脈衝轉換為已調製的模擬信號;接收電路包括解調器以及有關的電路,它的作用是把模擬信號變成電腦能接收的數字脈衝。Modem的組成原理框圖如圖2所示,圖中上半部分是發送電路,下半部分是接收電路。圖中的虛線框用在同步Modem中。

  Image:Modem设备的组成原理框图.jpg

  圖2 Modem設備的組成原理框圖

  早期的低速Modem採用調頻技術。後來的Modem採用四進位調相技術,也有的Modem採用差分相移鍵控(Differential Phase Shift Keying,DPSK)技術。在20世紀80年代後期,出現了更高速的Modem。這些高速Modem採用的調製技術叫格碼調製(Trellis Coded Modulation,TCM),使得在公共交換電話網上的最高傳輸速率可達14400b/s或19200b/s,在高質量的租用線路上甚至能達到24400b/s的數據速率。

  進一步提高傳輸速率還可以在其他技術方面尋求解決辦法,例如,採用數據壓縮技術。有一種V.29Modem,雖然工作在9600b/s,但是由於使用的數據壓縮演算法可達至112:l的壓縮比,所以數據發送速率理論上可達到19200b/s。

  另外一種高速Modem採用了高速微處理器和大約70000行指令,由於採用多個音頻組成的載波群對數據進行分組傳輸,因而叫做分組集群式Modem。這種Modem工作時首先發送512個音頻載波信號,然後對所有載波信號進行評價,決定哪些頻率可以使用,根據偵察到的線路情況確定最適合的調製方式,可能是2bit、4bit或6bit的QAM調製。例如,若400個音頻載波可用,調製方案為6 bit QAM,則400×6=2400,即可同時傳送2400bit。如果每種載波都是一秒鐘變化4次,則可得到約10000b/s的數據速率。分組集群式Modem對數據先進行分組,並自動產生16位的CRC校驗碼,因而接收端可進行檢錯處理,如發現錯誤,可要求重發出錯分組。另外,這種Modem有一個優點,就是它能自動調整可用的頻率,而且可對回降速率進行微小的調整,因而增加了有效帶寬。

  1996年出現了56kb/s的Modem,並於1998年形成了ITu的V.90建議。這種Modem採用非對稱的工作方式,從客戶端向伺服器端發送稱為上行通道,其數據速率為28.8kb/s或33.6kb/s,從伺服器端向客戶端發送稱為下行通道,其數據速率可以達至lJ56kb/s。其所以採用非對稱的工作方式是因為客戶端發送數據時要採用模數轉換,會出現量化雜訊,使得Modem的數據速率受到限制。而IsP一端的伺服器採用數字幹線連接,無需模數轉換,不會出現量化雜訊,因而可以用f1]PCM編碼調製的最高數據速率56kb/s。56K技術的出現適應了通過電話線準高速連接Internet的需求,成為當時互聯網用戶首選的聯網技術。

數據機的分類[1]

  根據應用場合、使用方式、性能指標及調製方式的不同,數據機有以下幾種分類方式。

  1)按使用的傳榆通道類型分類

  MODEM是數據信號與傳輸通道的匹配設備,有不同類型的通道就應有不同類型的MODEM。按傳輸通道類型不同,可將MODEM分為無線MODEM和有線MODEM。在有線MODEM中,根據使用通道的特點又可分為話路MODEM和寬頻MODEM。話路MODEM是指在一個話音頻率範圍內傳輸數據的MODEM。我們利用電話線撥號上網採用的就是話路MODEM。寬頻MODEM是指利用載波話路的群路傳輸數據的MODEM,如利用載波基群(帶寬為60~108kHz)以速率64kb/s傳輸數據的MODEM。

  2)按工作方式分類

  按工作方式可將MODEM分為:

  (1)雙工通信、半雙工通信單工通信方式;

  (2)同步傳輸(又分同步數據同步傳輸和非同步數據同步傳輸)及非同步傳輸(起一止式編碼)方式。

  各種工作方式都有與之相適應的MODEM。

  3)按傳輸速率分類

  (1)低速:傳輸速率在1200b/s以下。低速MODEM價格便宜,波特率通常為600b/s,常用於主電腦系統和它的外部設備之間的通信。例如Bell 103(貝爾103)數據機採用FSK調製技術,是一種使用十分廣泛的MODEM。

  (2)中速:傳輸速率為1200~2400b/s。這類MODEM採用PSK技術,常用於電腦系統間的快速串列通信,例如Bell 201B型數據機。

  (3)高速:傳輸速率在4800b/s以上。高速MODEM採用QAM技術,波特率可達9600b/s以上,常用於電腦系統間的遠程通信。

  有的分類方法把傳輸速率在2400b/s以下的定為低速,傳輸速率在4800—9600b/s的定為中速,傳輸速率在14.4~19.2kb/s的定為高速。隨著技術的不斷發展,界限含糊是難免的,我們應從註重實際應用的角度出發,不必為此計較。

  4)按電路分類

  (1)專用電路(租用電路)的MODEM分兩線專用和四線專用兩類;

  (2)普通交換電話電路(GSTN)的MODEM分人工呼叫/應答、自動呼叫/自動應答兩類。

  5)按調製方式分類

  按調製方式,MODEM通常分為調幅MODEM、凋頻MODEM、凋相MODEM和正交調製MODEM。

  6)按應用及控制方式分類

  按應用及控制方式,MODEM分為單機(獨立)式和板式兩種。板式MODEM不是獨立的,一般裝在電腦(微機)和終端設備內使用。也有聯機式的MODEM,這種MODEM要受電腦(微機)的控制

  7)按集成化程度分類

  按集成化程度,MODEM可分為智能化MODEM和非智能化MODEM兩種。

  8)按結構分類

  按MODEM的獨立性分為外置式MODEM和內置式MODEM。外置式MODEM安裝在電腦或數據終端外,通常稱為外MODEM;內置式MODEM安裝在電腦或數據終端內,通常稱為內MODEM。

  外置式調製解凋器有獨立的外殼、電源和通信連接埠,數據機與電腦或數據終端設備之間採用RS—232C串列埠通信。外置式數據機的安裝和使用都比較方便,不需安裝到電腦內部,只需與電腦通信埠、電源及電話插口連接即可。

  內置式數據機屬於電腦的一個板卡,和其他板卡(如音效卡)的安裝方法一樣,只需拆開電腦,將MODEM板插入相應的匯流排插槽,安裝相應驅動程式即可。雖然安裝麻煩一點,但它與電腦合為一體,不需外接電源,使用比較方便。

  數據機除具有調製和解調功能外,在同步傳輸系統中,數據機發送的數據流中還攜帶有同步信息,接收端可從發送來的數據中提取同步信息,以產生相干波,實現通信雙方的同步傳輸。利用調製技術,可提高數據在傳輸過程中的抗干擾能力,實現通道的多路復用。另外,通過多進位調製可以提高信息傳輸速率。

數據機連接方式[3]

  使用Modem電話撥號上網,有3種連接方式:

  1.單機連接

  單機連接指的是兩台電腦之間的連接,每台電腦上接上一臺Modem,通過電話線連接起來,其連接拓撲結構如圖3所示。

  Image:调制解调器单机连接.jpg

  圖3 數據機單機連接
  2.多機連接

  多機連接指的是多台用戶終端與一臺主機相連接。其網路連接拓撲如圖4所示。

  Image:调制解调器多机连接.jpg

  圖4  數據機多機連接
  3.Modem池

  在上述的多機連接系統中,連接到主機上的只有一條電話線,當有兩個以上的用戶要同時與主機連接時,就會出現電話線“占線”的現象,Modem池(Modem pool)就是為了有效地解決這一問題而誕生的Modem產品。ModemPool允許多個用戶同時撥號上網。其網路連接拓撲如圖5所示。

  Image:Modem池连接.jpg

  圖5  Modem池連接

  高速數據機使用ITU-T頒佈的56kbps數據機標準V.90,傳輸速率最高可以達到56kbps,通常互聯網服務提供商(ISP)與電話交換網路之間採用數字線路連接,可得到上行33.6kbps,下行56kbps的用戶傳輸速率,如圖6所示。

  Image:调制解调器连接网络.jpg

  圖6  數據機連接網路

建立數據機連接[4]

  數據機可以用來配置通過電話線進行的互聯網連接。這需要一個互聯網服務提供者(ISP)賬號。

  要想添加數據機連接,須遵循以下步驟:

  (1)單擊“設備”標簽。

  (2)單擊工具欄上的“新建”按鈕。

  (3)從“設備類型”列表中選擇“數據機連接”命令,然後單擊“前進”按鈕。

  (4)如果在硬體列表中已有一個配置了的數據機(在“硬體”標簽上),網路管理工具假定要用它來建立數據機連接。如果沒有已配置的數據機,就會試圖檢測系統中的數據機。檢測可能會花一段時間,如果找到了一個數據機,一則消息會顯示,警告所顯示的設置不是檢測中找到的值。

  檢測後,會出現如圖7所示的對話框。

  Image:调制解调器设置.jpg

  圖7 數據機設置

  (5)配置數據機、波特率、流控制以及數據機音量。如果不知道這些值,但是數據機被成功地檢測到,則接受預設值。如果沒有按鍵式電話連線方式,取消選擇相應的覆選框,單擊“前進”按鈕。

  (6)如果ISP在預配置的列表中,選擇它;否則,輸入關於ISP賬號的信息。如果不瞭解這些信息,聯繫ISP,單擊“前進”按鈕。

  (7)在“口設置”視窗上,選擇要使用的“封裝模式”,以及是通過DHCP來獲取IP地址還是靜態地設置它,結束後單擊“前進”按鈕。

  (8)在“建立撥號連接”頁上,單擊“應用”按鈕。

  配置了數據機設備後,它會在設備列表中以“數據機”設備出現,如圖8所示。

  Image:调制解调器设备.jpg

  圖8  數據機設備

  (9)確定選擇“文件”→“保存”命令保存改變。

  (10)添加了數據機設備後,可以從設備列表中選擇它,然後單擊“編輯”按鈕來編輯它的配置。例如,當某設備被添加,並被預設配置成引導時啟動,可以編輯它的配置來修改這項設置。壓縮、PPP選項、登錄名、口令等都可以被改變。

  (11)當設備被添加後,它不會被立即激活。要激活某設備,從設備列表中選擇它,然後單擊“激活”按鈕。如果系統配置了要在電腦啟動時激活設備(預設),不必重新執行這一步驟。

數據機故障排除[5]

  檢測不到數據機

  故障現象:將數據機連接到電腦的COMl串口,但在安裝時始終無法找到該設備,同時在設備管理器中會看到COMl串口前有一個紅色的叉狀符號。

  故障排除:出現這種現象首先檢查主板的COMl串口是否損壞,其次查看BI0S中的COM1口是否設置為禁止,否則需啟動。方法為:啟動電腦時按[Delete]鍵進BI0S設置.選擇Integrated Peripherals欄中的Onboard Serial Portl,將其值改為Auto。

  Modem上有幾個指示燈,分析這幾個指示燈的狀態可以初步定位故障原因。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 雷思孝主編.電腦數據通信.西安電子科技大學出版社,2006年12月第1版.
  2. 雷震甲編著.電腦網路.機械工業出版社,2010.09.
  3. 李聯寧,陸麗娜編著.網路工程.清華大學出版社,2011.08.
  4. 陳明著.Linux基礎與應用 第2版.清華大學出版社,2011.06.
  5. 九州書源編著.電腦故障診斷排除.清華大學出版社,2011.08.
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