MODEM 的工作原理

　　调制解调器由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。数据终端设备以二进制串行信号形式提供发送的数据，经接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，经调制电路调制成线路要求的信号向线路发送。接收部分接收来自线路的信号，经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。

　　电话线可以使通信的双方在相距几千公里的地方相互通话，是由于在每隔一定距离都设有中继放大设备，保证话音清晰。在这些设备上若再配置Modem，则能通电话的地方就可传输数据。一般电话线路的话音带宽在300～3400Hz 范围，用它传送数字信号，其信号频率也必须在该范围。常用的调制方法有三种:频移键控(FSK)、相移键控(PSK) 、相位幅度调制(PAM)。

　　Modem通常有三种工作方式:挂机方式、通话方式、联机方式。电话线未接通是挂机方式;双方通过电话进行通话是通话方式;Modem已联通，进行数据传输是联机方式。　　　数模转换的调制方法也有三种:(1)频移键控(FS K)。用特殊的音频范围来区别发送数据和接收数据。如调频ModemBell-103型发送和接收数据的二进制逻辑被指定的专用频率是:发送，信号逻辑0、频率1070Hz，信号逻辑1、频率1270Hz;接收，信号逻辑0、频率20 25Hz，信号逻辑1、频率2225Hz。(2)相移键控(PSK)，高速的Modem常用四相制，八相制，而四相制是用四个不同的相位表示00、01、10、11四个二进制数，如调相ModemBell-212A型。该技术可以使3 00bps的Modem传送600bps的信息，因此在不提高线路调制速率仅提高信号传输速率时很有意义，但控制复杂，成本较高，八相制更复杂。(3)相位幅度调制(PAM)，为了尽量提高传输速率，不提高调制速率，采用相位调制和幅度调制结合的方法。它可用16个不同的相位和幅度电平，使1200bps的Modem传送19200bps的数据信号。该种Modem一般用于高速同步通信中。

　　调制解调器通电后，通常先进入挂机方式，通过电话拨号拨通线路后进入通话方式，最后通过Modem的"握手" 过程进入联机方式。正常使用时，由使用者通过控制电话机或Modem前面板的按键、内部开关实现三种方式间的转换。

　　调制解调器与计算机连接是数据电路通信设备DCEDataCircutterminatingEquipme nt)与数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)之间的接口问题。DCE与DTE之间的接口是计算机网络使用上的一个重要问题。任何一个通信站总要包括DCE与DTE，因此确定一个统一的标准接口，特别是对公用数据网有重要的意义。数据终端设备DTE是产生数字信号的数据源或接收数字信号的数据宿，或者是两者的结合，像计算机终端、打印机、传真机等就是DTE。将数据终端设备DTE与模拟信道连接起来的设备就叫数据电路通信设备DCE，像Modem就是DCE。DTE与DCE之间的连接标准有CCITTV.10/X.26，与EIARS-423-A兼容，是一种半平衡电气特性接口。

　　普通的Modem通常都是通过RS-232C串行口信号线与计算机连接。RS-232是一种历史悠久的计算机接口标准。(RS本是RecommendStandard的缩写)，它于1969年被国际组织认可。RS-232的定义包括电气特性(如电压值)、机械特性(如接头形状)及功能特性(如脚位信号)等。它允许一个发送设备连接到一个接收设备以传送资料;其原始规范的最大传输速度为20Kbps，但事实上，现在的应用早已远超过这个速度范围。RS-23 2可说是相当简单的一种通信标准，若不使用硬件流控，则最少只需利用三根信号线，便可做到全双工的传输作业。RS-2 32的电气特性是属于非平衡传输方式，抗干扰能力较弱，故传输距离较短，约为15米左右而已。

　　RS-232C串行口信号分为三类：传送信号、联络信号和地线。
　　(1)传送信号：指TXD(发送数据信号线)和RXD(接收数据信号线)。经由TXD传送和RXD接收的信息格式为：一个传送单位(字节)由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
　　(2)联络信号：指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六个信号，各自功能为：
　　RTS(请求传送)，是PC向MODEM发出的联络信号。高电平表示PC机请求向MODEM传送数据。
　　CTS(清除发送)，是MODEM向PC机发出的联络信号。高电平表示MODEM响应PC发出的RTS信号，且准备向远程MODEM发送数据。
　　DTR(数据终端就绪)，是PC向MODEM发出的联络信号。高电屏表示PC机处于就绪状态，本地MODEM 和远程MODEM之间可以建立通信信道。若为低电屏，则强迫MODEM终止通信。
　　DSR(数据装置就绪)，是MODEM向PC机发出的联络信号。它指出本地MODEM的工作状态，高电平表示 MODEM没有处于测试通话状态，可以和远程MODEM建立通道。
　　DCD(传送检测)，是MODEM向PC发出的状态信号。高电平表示本地DCE接收到远程MODEM发来的载波信号。
　　RI(振铃指示)，是MODEM向PC发出的状态信号。高电平表示本地MODEM收到远程MODEM发来的振铃信号。
　　(3)地线信号(GND)，为相连的PC和MODEM提供同一电势参考点。
　　56K高速Modem是1997年才开始上市的拨号高速调制解调器，它的传输速率之所以能有高于传统电话线路上33.6Kbps的极限速率，是因为它采用了完全不同于33.6K的调制解调技术，其工件原理和使用要求与33.6 K高速Modem相比也有一定的区别。

　　56K高速Modem在通信系统中应用时，用户端的模拟调制解调器与ISP局端数字式调制解调器（局端Mod em）不是对等设备。其中用户端56K高速Modem的工作原理和接入方法与33.6 K高速Modem没有什么不同，仍然与电话线模拟连接，拨号上网，也仍然是用来完成数/模或模/数转换工作，所以用户在安装和使用 56K高速Mo dem时，没有任何新的要求可言。而ISP局端的数字Modem与普通模拟Modem就完全不同了，ISP局端Mod em是一种纯数字式调制解调器。该数字式调制解调器将ISP局端数字设备直接与公用市话网（PSTN）进行数字连接，也就是说ISP局端数字信号进入交换系统时将绕过PCM的模/数转换过程，将数字网上的数字信号经过特殊数字编码后取代调制过程，并采用与PSTN数字网中现行的256离散信号直接进入数字交换。

　　这样在整个网络系统中，除下载数据端的PCM中有数/模转换和用户端56K高速Modem中有数/模转换外，其它各处都是纯数字传输。可见，在服务端的纯数字Modem与PSTN之间就不会产生任何模/数转换噪声了。这样，若从ISP端下载信息，则仅在用户端的56K高速Modem上经过一次模/数转换，所以下载速率极高。

　　56K高速Modem工作的基本条件是：
　　①客户端的56K高速模拟调制解器和主机端的远程接入服务器（纯数字调制解调器）必须支持相同的标准（X2或 K56Flex），最好是 V.90标准；
　　②主机端必须是数字线路连接，即干线端通道应该是T1、或ISDN、或PRI/BRI线路；
　　③在整个传输网中只能存在一次模/数转换，即客户端的56K高速模拟调制解器的模/数转换。

　　　下面的内容摘自V.90技术白皮书：

　　V.90是ITU(国际电信联盟)制定的一个56Kbps数据传输标准。V.90使得调制解调器能够在标准公用电话交换网(PSTN)上以高达56Kbps的速率接收数据。借助于开发多数Internet和联机服务提供商业已使用的到PSTN的数字连接能力，V.90克服了在传统模拟调制解调器上的理论速度极限。通过使用如V.42bis这样的压缩方案，V.90还能进一步提高数据吞吐能力。

　　一般来讲，电话网络中唯一的模拟部分是电话公司的电话总局连接到每家用户的那部分电话线-在过去的20年中，电话公司已经使用数字线路连接替换掉了原有的大部分模拟网络。但更换最慢的那部分网络一直是每家用户与电话总局之间的连接。在今后相当长的时间内，这部分连接仍可能是模拟线路。
　　1.服务器端实际上是通过数字链路连接到电话公司的骨干线路上。
　　2.服务器端的信令在编码过程中只使用电话网数字部分中所使用的256个PCM码。换句话说，就是在这个转换过程中不存在模拟信号转换成离散数值PCM码所造成的量化噪声。
　　3.这些PCM码被转换成相应的离散模拟电压，并通过模拟线路传送到客户端调制解调器。在这个过程中没有任何信息丢失。
　　4.客户端调制解调器把接收到的模拟信号重新转换成离散的网络PCM码，并解码出发送器所发送的信息。上行通道和下行通道：不对称操作

　　V.90编码详解
　　---如上所述，V.90数字(即服务器端)Modem发送的数据是以二进制数字的形式在PSTN上传输。但是为了满足上面列出的要点2这一条件，V.90数字Modme必须以电话网的速度(8000Hz)向客户端的ADC发送数据(每次8位)。这意味着Modem的采样速度必须与电话网的采样速度相同。

　　V.90Modem连接
　　----在握手序列中，V.90Modem对线路进行检测以确定下行通道中是否存在模-数转换。如果V.90 Modem检测到存在模-数转换，它就以V.34方式进行连接。当远端Modem不支持V.90协议时，V.90模拟 Modem也尝试建立一个V.34连接。
　　----V.90Modem的任务就是鉴别256个可能的电压值，并将其还原为8000PCM码/秒。如果它真的能够做到这一点，则下载速度将接近64Kbps(8,000*8bits/code)。但事实证明仍存有几个问题使传输速度稍微降低。
　　----首先，即使消除了网络的量化噪声背景，网络DAC设备和线路回路仍会给客户端设备带来一个速度更慢的噪声背景。这个噪声是由各种非线性失真和线路串扰引起的。
　　----其次，网络数模转换器(DAC)并不是线性转换器，而是按照某种转换规则(在北美是U律，其它许多地区是A律)工作。结果就是，标识小电压的网络PCM码将产生很小的DAC输出电压台阶，而标识大电压的网络PCM码将产生很大的DAC输出电压台阶。
　　----这两个问题使得256个离散PCM码无法全部被利用，因为此时接近于零的各个DAC输出电压太过接近，使得在噪音回路中不能精确地表示它们所代表的数据。(主意：每个网络PCM码对应一个DAC电压级别)。所以，V. 90编码器选用256个代码的不同子集，以消除最易受噪音干扰的DAC输出信号。例如，最可靠的128级电压被用于5 6K速率；92级电压被用于52K速率，等等。使用较少的电压能提供更可靠的操作，但代价是传输速率更低。
　　V.90需要满足如下条件：
　　1.一端是数字线路连接
　　V.90连接的一端必须是数字线路，即"干线"端通道化的T1，ISDNPRI/BRI线路。
　　2.两端都支持V.90协议
　　3.只进行一次模-数转换----在V.90模拟modem和V.90数字modem间呼叫通路所涉及的电话网中，只能有一次模-数转换。如果线路是通道化的T1，则转换只能发生在"干线"侧，而不能是"支线"侧。电话公司所提供的"支线"侧服务通常附加一次模-数转换。
　　----V.90连接技术使用一条双向通道：上行通道和下行通道。因为在数-模转换过程中没有任何信息丢失，所以V.90客户端Modem的下行(接收)通道可以达到更高的传输速度。而V.90客户端Modem的上行(发送) 通道必须要经过一个模-数转换，从而受限于V.34传输速度。

本文摘自：联合网站

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