一、調(diào)制解調(diào)器（Modem）概述
普通電話Modem是一種利用電話線和公用電話網(wǎng)PSTN接入Internet的技術(shù)。目前的電話入戶線基本上是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)處理和傳輸信息是數(shù)字化的，因此計(jì)算機(jī)入網(wǎng)通信時(shí)必須要有能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（調(diào)制）和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（解調(diào)）的轉(zhuǎn)換裝置。把調(diào)制和解調(diào)兩種功能做到同一臺(tái)設(shè)備上，就叫做調(diào)制解調(diào)器。
應(yīng)該理解，如果B-ISDN實(shí)現(xiàn)，那么整個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)就全部是數(shù)字化了，模擬信道由數(shù)字信道取代，Modem就不需要了。所以，Modem技術(shù)是現(xiàn)在模擬信道存在的條件下而使用的一種技術(shù)手段。
二、Modem的分類
1、按照Modem的形態(tài)和安裝方式分類
1.1 外置式Modem
放于機(jī)箱外，通過(guò)串行通信口與主機(jī)連接，需要額外的電源和電纜（一般用RS-232）。
1.2 內(nèi)置式Modem
占用主板上的擴(kuò)展槽，無(wú)需額外的電源和電纜，需要對(duì)中斷和COM口進(jìn)行設(shè)置，安裝繁瑣。
1.3 PCMCIA插卡式Modem
用于筆記本電腦，體積小，可直接插在筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)PCMCIA插槽中。
1.4 機(jī)架式Modem
相當(dāng)于把一組Modem集中于一個(gè)箱體或外殼里，并由統(tǒng)一電源供電。主要用于Internet/Intranet、電信局等網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房。
2、按照Modem結(jié)構(gòu)分類
Modem在核心結(jié)構(gòu)上主要由處理器和“數(shù)據(jù)泵”組成。處理器負(fù)責(zé)Modem的指令控制（主要是AT指令），“數(shù)據(jù)泵”負(fù)責(zé)Modem的底層算法。在傳統(tǒng)的Modem內(nèi)部，有兩個(gè)獨(dú)立的功能模塊，一個(gè)負(fù)責(zé)模擬/數(shù)字信號(hào)處理的信號(hào)處理模塊，而另一個(gè)用于數(shù)據(jù)流控制的控制模塊。Modem的控制模塊負(fù)責(zé)提供Modem必需的通信協(xié)議、差錯(cuò)控制、維持連接以及數(shù)據(jù)壓縮等功能。根據(jù)這些控制功能是否固化在Modem卡上，可將Modem分為軟Modem和硬Modem。
軟Modem：只是利用電腦CPU強(qiáng)大的運(yùn)算能力，用軟件來(lái)接替原來(lái)Modem控制模塊的功能。首先可以省掉Modem的控制芯片及相關(guān)電路，降低成本，其次可有效利用系統(tǒng)資源。軟Modem必須借助CPU來(lái)完成對(duì)通信數(shù)據(jù)流的控制，因此，它會(huì)占用CPU。
硬Modem：控制功能固化到Modem上的控制芯片中。
另外有一種介于兩者之間的Modem，沒(méi)有處理器，但是具有硬的“數(shù)據(jù)泵”，復(fù)雜數(shù)據(jù)算法在卡上實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的控制命令交給計(jì)算機(jī)處理。
3、按照Modem速率分類
速率在600b/s以下的為低速，在1200-9600b/s之間的為中速，在9600bps以上的為高速。
4、按照調(diào)制方法分類
頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK、相位幅度鍵控PAM
5、按照先進(jìn)性分類
手動(dòng)撥號(hào)Modem、自動(dòng)撥號(hào)Modem、智能Modem
三、Modem的結(jié)構(gòu)和原理
調(diào)制解調(diào)器由發(fā)送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數(shù)據(jù)終端設(shè)備以二進(jìn)制串行信號(hào)形式提供發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換為內(nèi)部邏輯電平送入發(fā)送部分，經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制成線路要求的信號(hào)向線路發(fā)送。接收部分接收來(lái)自線路的信號(hào)，經(jīng)濾波、反調(diào)制、電平轉(zhuǎn)換后還原成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字終端設(shè)備。
調(diào)制解調(diào)器如何與計(jì)算機(jī)連接？這是數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備DCE（Data Circuitterminating Equipment）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Data Terminal Equipment）之間的接口問(wèn)題。DCE與DTE之間的接口是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用上的一個(gè)重要問(wèn)題。任何一個(gè)通信站總要包括DCE與DTE，因此確定一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，特別是對(duì)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)有重要的意義。CCITT建議V系列和X系列，對(duì)DTE和DCE之間的連接線和信號(hào)電平等做了規(guī)定，凡符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備均可互連。同時(shí)，美國(guó)EIA也制定了RS系列接口標(biāo)準(zhǔn)，與CCITT的V系列和X系列是兼容的。這樣，有利于國(guó)際間不同廠家產(chǎn)品之間的相互連接。（DTE與DCE之間的連接標(biāo)準(zhǔn)有CCITTV.10/X.26，與EIARS-423-A兼容，是一種半平衡電氣特性接口。CCITTV.11/X.27，相當(dāng)于EIA-RS-422-A標(biāo)準(zhǔn)，屬于平衡性電氣特性接口。CCITT-V.24與EIA-RS-232-C兼容，是一種非平衡電氣特性接口。
數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE是產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)源或接收數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)宿，或者是兩者的結(jié)合，像計(jì)算機(jī)終端、打印機(jī)、傳真機(jī)等就是DTE。將數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與模擬信道連接起來(lái)的設(shè)備就叫數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備DCE，像Modem就是DCE。
四、Modem的傳輸協(xié)議
Modem的傳輸協(xié)議包括調(diào)制協(xié)議、差錯(cuò)控制協(xié)議、數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議和文件傳輸協(xié)議。
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附錄：
一、引 言
在通信領(lǐng)域中,協(xié)議(Protocol)指的是通信雙方應(yīng)遵守的一套共同的技術(shù)規(guī)則或規(guī)范。如果這套規(guī)則或規(guī)范被較多的用戶接受,便可以稱為標(biāo)準(zhǔn)(Standard)。由某一生產(chǎn)廠家發(fā)明出一種新的技術(shù),并應(yīng)用這種技術(shù)生產(chǎn)出為較多的用戶接受的產(chǎn)品時(shí),這種技術(shù)便成為一種標(biāo)準(zhǔn),習(xí)慣上稱為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但并不排除別的廠家也研制出類似效果的其它技術(shù),成為一種并行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外,國(guó)際電訊界的一個(gè)權(quán)威性組織CCITT（國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì),現(xiàn)已更名為ITU-T,即國(guó)際電訊聯(lián)盟技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)部）頒布的一系列技術(shù)文件則成為更令人矚目的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于歷史和市場(chǎng)的原因,現(xiàn)今的Modem產(chǎn)品往往支持多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
Modem最基本的功能是調(diào)制和解調(diào),近年來(lái)已發(fā)展出一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);此外,現(xiàn)今的Modem產(chǎn)品為提高傳輸速度,大都還將壓縮和糾錯(cuò)技術(shù)引入其中。本文主要介紹這兩個(gè)方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
二、調(diào)制解調(diào)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)
調(diào)制解調(diào)器的基本功能是在計(jì)算機(jī)提供的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與電話網(wǎng)支持的模擬信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使計(jì)算機(jī)可以利用電話網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信。調(diào)制解調(diào)技術(shù)的核心就是如何在帶寬有限(≤4KHz)的電話信道中提高數(shù)字信息的傳輸速度,這個(gè)速度常以比特率,即每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)(bits per second,簡(jiǎn)寫為bps)來(lái)衡量。
最早的調(diào)制解調(diào)器可以追溯到1958年由AT&T公司推出的數(shù)據(jù)電話,用于將終端設(shè)備與遠(yuǎn)地的主機(jī)連接起來(lái)。這種Modem的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)稱為Bell103,它采用了簡(jiǎn)單的調(diào)頻技術(shù)FSK(Frequency Shift Keying),僅提供300bps的傳輸速度。CCITT根據(jù)Bell103頒布了一個(gè)類似的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)V.21。
此后,調(diào)制解調(diào)技術(shù)發(fā)展緩慢,直到70年代才出現(xiàn)第二個(gè)較有影響的Modem標(biāo)準(zhǔn):AT&T的Bell212。Bell212采用調(diào)幅與調(diào)相結(jié)合的4-DPSK技術(shù),實(shí)現(xiàn)了1200bps的傳輸速度。CCITT的一個(gè)類似標(biāo)準(zhǔn)稱為V.22。
Bell103(V.21)和Bell212(V.22)現(xiàn)在已很少使用,但為了與早期的Modem兼容,不少M(fèi)odem仍將這兩項(xiàng)技術(shù)集成在產(chǎn)品中,作為選項(xiàng)。
進(jìn)入80年代中期,隨著微機(jī)的廣泛普及和Modem專用芯片的推出,調(diào)制解調(diào)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期。首先是CCITT V.22 bis(bis是法語(yǔ)“第二個(gè)”的意思)標(biāo)準(zhǔn)被大多數(shù)Modem廠家采用,它的16-QAM(12個(gè)相位角和4個(gè)調(diào)幅相的正交調(diào)制)調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了2400bps的傳輸速度。接下來(lái),CCITT又頒布了采用32-TCM(格柵編碼調(diào)制)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)9600bps速度的V.32標(biāo)準(zhǔn)。盡管開始時(shí)有些廠家,如Hayes、 Telebit和Motorola等,從技術(shù)壟斷的目的出發(fā),推出了依靠自己專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的9600 bps的Modem產(chǎn)品,但最終都統(tǒng)一到了V.32標(biāo)準(zhǔn)。此后,CCITT加強(qiáng)了Modem標(biāo)準(zhǔn)的研究力度,于1991年頒布了V.32bis標(biāo)準(zhǔn)。V.32bis采用128-TCM調(diào)制技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)最高14400bps的傳輸速度,并能根據(jù)線路質(zhì)量的變化,退至12000 bps、 9600bps、7200bps和4800bps等4個(gè)速度檔進(jìn)行工作。1993年,CCITT推出V.FAST試用標(biāo)準(zhǔn),并隨后修正為正式標(biāo)準(zhǔn)V.34,可實(shí)現(xiàn)28800bps的最高速度,這也是迄今為止Modem能夠達(dá)到的最高線路速度。該標(biāo)準(zhǔn)還可按28.8K/26.4K/21.6K/19.2K/16.8K/14.4K/12K/9600/7200/4800bps等多個(gè)速度檔降速工作。
除了上述主流的調(diào)制解調(diào)標(biāo)準(zhǔn)外,還有一些適用于美式四線制電話和專用于傳真機(jī)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),如V.26bis、 V.27bis、 V.29、 V.33等,在此不多介紹。
三、壓縮糾錯(cuò)技術(shù)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
為了進(jìn)一步提高M(jìn)odem對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速度,除了上述對(duì)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的不斷改進(jìn)之外,數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)也在近年來(lái)被引入Modem。糾錯(cuò)技術(shù)則是隨著壓縮技術(shù)的采用而被引入的。因?yàn)楫?dāng)Modem中增加了壓縮和解壓的處理之后,對(duì)線路傳輸中的誤碼變得敏感起來(lái),線路中的一點(diǎn)微小的傳輸錯(cuò)誤可能導(dǎo)致解壓時(shí)一長(zhǎng)串的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
美國(guó)Microcom公司是使用糾錯(cuò)和壓縮技術(shù)的先驅(qū)。Microcom的糾錯(cuò)和壓縮協(xié)議常簡(jiǎn)寫為MNP(Microcom Network Protocol),它由一系列獨(dú)立的糾錯(cuò)和壓縮協(xié)議組成。其中,MNP1～MNP4和MNP10是糾錯(cuò)協(xié)議,MNP5和MNP7是壓縮協(xié)議。由于大多數(shù)Modem廠家都購(gòu)買了MNP專利技術(shù)的使用許可證,并在他們的Modem產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn),因此,MNP已成為壓縮糾錯(cuò)技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MNP1和MNP2采用面向字符的糾錯(cuò)方法,因其糾錯(cuò)能力較差且降低傳輸效率,現(xiàn)已很少采用。MNP3是面向比特的全雙工糾錯(cuò)協(xié)議,它將Modem送來(lái)的異步格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同步格式的幀,加上CRC檢錯(cuò)碼,然后采用同步幀的檢錯(cuò)和重發(fā)糾錯(cuò)的方法進(jìn)行處理。而MNP4則在MNP3的基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)幀長(zhǎng)的特性,進(jìn)一步提高了傳輸效率,因而成為一種廣泛使用的Modem糾錯(cuò)協(xié)議。MNP10是一個(gè)糾錯(cuò)能力更強(qiáng)的協(xié)議,它適用于像蜂窩電話網(wǎng)(大哥大)這樣的噪音環(huán)境,但一般的Modem不支持這種協(xié)議。
1988年,CCITT開始介入Modem糾錯(cuò)領(lǐng)域,頒布了V.42糾錯(cuò)標(biāo)準(zhǔn)。V.42采用的糾錯(cuò)技術(shù)稱為L(zhǎng)AP-M(Link Access Procedure for Modem),實(shí)際上是將X.25網(wǎng)的鏈路協(xié)議LAP-B引入Modem, 實(shí)現(xiàn)類似的糾錯(cuò)處理。同時(shí),V.42也將MNP4作為它的一個(gè)選項(xiàng)。如果兩臺(tái)Modem中的一臺(tái)支持V.42,另一臺(tái)支持MNP4,則二者可以自動(dòng)協(xié)商執(zhí)行MNP4的糾錯(cuò)處理。
在數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議方面,MNP5和V.42bis最為流行。MNP5使用了兩種壓縮算法,一種是霍夫曼編碼(Huffman Code),另一種為運(yùn)行長(zhǎng)度編碼(Run-Length Code)。對(duì)于普通的ASCII字符型文本文件,MNP5可獲得2∶1的壓縮比,即經(jīng)壓縮后實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?jī)H為原來(lái)的一半。MNP7在MNP5的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步,增加了按“字符對(duì)”的出現(xiàn)頻率進(jìn)行霍夫曼編碼的壓縮處理 ,壓縮比提高到3∶1。CCITT 于1989年頒布的V.42bis是一種更為有效的壓縮協(xié)議。V.42bis采用自適應(yīng)字典算法Lempel-Ziv,對(duì)典型的ASCII碼文本可達(dá)到4∶1的壓縮比,而且實(shí)時(shí)性比MNP5要好。如果傳輸?shù)奈募呀?jīng)先作過(guò)壓縮(如用ARC、LHA、PKZIP),則最好不要在Modem中選用MNP壓縮協(xié)議。因?yàn)榇藭r(shí)Modem的MNP壓縮不僅不能產(chǎn)生實(shí)際的壓縮效果,反而要耗費(fèi)一定的處理時(shí)間。但是,由于V.42bis具有自動(dòng)測(cè)試功能,可以通過(guò)在線測(cè)試自動(dòng)地在壓縮模式與透明模式(不作壓縮處理)之間進(jìn)行切換,因此V.42bis的適應(yīng)性比MNP5要好。如果可能,建議盡可能使Modem工作在V.42bis協(xié)議。值得指出的是,壓縮技術(shù)與糾錯(cuò)技術(shù)是緊密相關(guān)的,如果選擇了V.42bis壓縮協(xié)議,則Modem將自動(dòng)啟用V.42糾錯(cuò)協(xié)議;而如果用MNP5壓縮,則自然采用MNP糾錯(cuò)。