第5章调制解调技术

第5章调制解调技术下一页上一页教学提示：本章在介绍调制解调器作用基础上，介绍了调制解调器的结构、功能、分类、标准、主要性能指标及选择原则，简要介绍了调制解调新技术。教学要求：通过本章的学习，读者应掌握调制解调器的结构及通信过程；熟悉调制解调器的分类及标准、性能指标及选择原则；了解调制解调新技术。第5章调制解调技术下一页上一页调制解调器：物理上实现各种数字调制的设备（Modem：Modulator-Demodulator），它是同时具有调制与解调双重功能的设备，使数据终端的数据信号能够在模拟信道上传输，实现了数据信号与模拟信号之间的信号转变，是一种信号变换设备。5.1概述第5章调制解调技术下一页上一页调制与解调：将数据终端输出的数据信号转变为能在模拟信道上传输的模拟信号的过程称为调制，将来自模拟信道的模拟信号转变为数据信号的过程称为解调。第5章调制解调技术下一页上一页转换将信源发出的数据信号转换成与信道相匹配和适合模拟信道传输的模拟信号。在信宿一端，将完成与信源相反的信号复原转换，并且对带有畸变和干扰噪声的混合波形进行处理。5.2调制解调器的结构第5章调制解调技术下一页上一页同步信息提取在同步传输系统中，调制解调器内所传送的数据流中有同步信息，在接收端调制解调器将发送来的同步信息进行同步提取并且锁相，用以产生与信源同频、同相的载波，以确保信源和信宿同步。第5章调制解调技术下一页上一页抗干扰提高数据在传输过程中的抗干扰能力，补偿因某些有害因素对信号造成的损害。多路复用调制解调器利用信号的正交性，采用不同的编码和调制技术实现信道多路复用的。第5章调制解调技术下一页上一页5.2.2调制解调器的结构5.2调制解调器的结构调制解调部件线路接口控制逻辑时序逻辑数据终端接口电话电话线路计算机调制解调器硬件结构框图第5章调制解调技术下一页上一页数据终端接口完成数据终端与调制解调器之间的连接。两部分:数据终端与调制解调器之间的电气连接数据终端与调制解调器之间的逻辑连接数据终端接口分为两类：并行接口与串行接口。5.2调制解调器的结构第5章调制解调技术下一页上一页调制解调部件完成数据信号和模拟信号之间的转换，同时完成扰码、解扰码、信道分割、线路均衡、指示工作状态等功能。线路接口完成调制解调器与线路之间的转换。如调制解调器内部四线电话线路与二线电话线路之间的转换等。第5章调制解调技术下一页上一页5.3调制解调器的功能与通信过程5.3.1调制解调器的功能基本功能自动连接自动重拨号电话簿波特转换新增加的功能差错控制数据压缩网络管理第5章调制解调技术下一页上一页Modem具有以下三个主要管理功能(1)接受网络的集中管理。通过一台网络管理终端，可以对全网的Modem进行参数配置或报告状态；(2)线路质量检测功能。可以检测或报告当前线路中的噪声及信噪比的大小；(3)计算和报告传输性能。对当前发送和接收的数据吞吐量及传输性能进行计算和报告。第5章调制解调技术下一页上一页5.3调制解调器的功能与通信过程5.3.2调制解调器的通信过程计算机中的通信软件发送数据终端就绪(DTR)信号至调制解调器。此信号告诉调制解调器已就绪准备发送数据，然后调制解调器发送数据设备就绪(DSR)信号至计算机，告诉计算机已就绪准备接收指令或数据。第5章调制解调技术下一页上一页通信软件向调制解调器发出摘机命令。此命令告诉调制解调器通过电话线进行通信，然后软件告诉调制解调器拨号。本地的调制解调器向计算机发出载波检测(CD)信号，告诉通信软件，调制解调器正在接收载波信号.第5章调制解调技术下一页上一页5.3调制解调器的功能与通信过程5.3.2调制解调器的通信过程（续）在通信软件要发送数据时，向调制解调器发出请求发送(RTS)信号。调制解调器待用时(未忙于发送或接收数据时)，向计算机发出清除发送(CTS)信号。第5章调制解调技术下一页上一页本地的调制解调器调制计算机要发送的数字式数据，并通过电话线传送至远程的调制解调器。远程的调制解调器收到模拟信号后，解调信号并发送至远程的计算机。在本地，当告诉通信软件结束呼叫时，软件向调制解调器发出命令中断连接。本地的调制解调器断开呼叫，然后停止发送载波检测(CD)信号；此时告诉计算机通信会话己结束。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准5.4.1调制解调器的分类1.按功能分类通常可以将Modem分为传统的Modem和Fax/Modem。传统的Modem由1954年开始进入市场到现在，速率已经由过去的110bit/s发展到9600/14400/28800(bit/s)以至56kbit/s。Fax/Modem的流行则是在20世纪90年代以后。开始时Fax/Modem只能简单地接收传真，现在完全可以取代传真机的主要功能。传送速率为2400/4800/7200/9600bit/s。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准5.4.1调制解调器的分类(续)2.按外型分类Modem的外形及大小各种各样，但主要分为四类：外接式、内插式、袖珍式和机架式。外接式Modem：或称作外部Modem，是安置在PC机外部，通过串行口电缆连到机器上。它要求配置独立的电源，通过RS-232接口连到计算机的串行口上，安装方便，还配有指示灯，比较适合初学者。内插式Modem：又称为内部Modem，是计算机的一块扩充卡，它没有外壳，要插到计算机的一个扩充槽内。这类Modem一般价格便宜，但卡随机型(总线结构)不同而要求不同。袖珍式Modem：用于笔记本型计算机，外型较小，携带十分方便。机架式Modem：主要是为大型信息中心设计的，一般将12台～15台的Modem集成在一块，装在一个机架上以便操作。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准3.按传送速率分类Modem的速率有1200bit/s、2400bit/s、9600bit/s、14400bit/s、28800bit/s等。4.按使用线路分类拨号线(dial-upline)：是一般家庭和办公室使用的电话线，大多数Modem都是利用拨号线连到公共交换电话网。专线(leasedline)：固定连接两点，不计算电话的通话次数，也不用拨号，按月租收费。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准5.按操作状态分类同步和异步。一般使用的Modem几乎都是异步Modem，此时通信双方一般是计算机，以平等的地位交换数据。同步Modem则用于一端是大型机而另一端是计算机的场合。6.按接口分类外接式和袖珍Modem是通过串行接口RS-232与计算机连接的。内插式Modem：完全是插在计算机总线槽内，随总线结构不同而不一样。如，IBMPC系列使用AT总线或者MCA总线。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准7.按数据压缩和检测错误方法分类Modem检测错误的目的是为了保证数据传送100%的正确，而数据压缩的目的是为了在同样的速率下传送更多的信息。目前，广泛使用的检测错误的方法有V.42和MNP1～4；数据压缩方法有MNP5和V.42bit。国际标准V.42bit，它有四倍的数据压缩效率，1989年由原CCITT公布用于数据压缩，可以与支持从V.21、V.22、V.23、V.32到V.42、MNP5标准的任何Modem相连。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准5.4.2调制解调器的标准1.Modem主要标准及组织如下：国际电报电话咨询委员会(CCITT)及其制定的V系列建议。美国贝尔通信公司及其所制定的贝尔(Bell)标准。美国联邦电信标准委员会(FTSC)及其联邦标准(FED-STD)。美国国家军用标准(MTL-STD)及其他地域和国家标准等。CCITT制定的V系列建议是最为常用的一个系列标准。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准2.调制解调器的速率标准CCITT提出了V.5和V.6两个Modem数据传输速率的标准建议。V.5建议在公用交换网中同步数据传输的数据速率为600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s及9600bit/s。V.6建议在租用电路上同步数据传输速率为600Nbit/s(N=1、2、…、24)，其中优先选用的速率为600bit/s、1200bit/s、2400bit/s、4800bit/s、9600bit/s、14400bit/s，以及3000bit/s、6000bit/s、7200bit/s、12000bit/s。第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准CCITT建议号调制方式比特率/(bit/s)调制速率/B频带宽度/Hz特征频率/Hz频率范围/Hz传输方式适用场合V.224PSK1200/6006006001200900～1500异/同步，全双工二线专线，电话V.22bisQAM2400/120060060012002100～2700异/同步，全双工二线专线，电话V.232FSK60060090015001050～1950异/同步，全双工二线专线，电话V.23bis2FSK120060018001700800～2600异/同步，全双工二线专线，电话V.26bis2DPSK12001200120018001200～2400同步，半双工二线专线，电话V.262PSK24001200120018001200～2400异/同步，全双工四线专线Modem的基本调制参数表第5章调制解调技术下一页上一页5.4调制解调器的分类与标准CCITT建议号调制方式比特率/(bit/s)调制速率/B频带宽度/Hz特征频率/Hz频率范围/Hz传输方式适用场合V.278DPSK48001600160018001000～2600同步，半双工四线专线V.294PSK4800240024001700500～2900同步，全双工四线专线V.298DPSK7200240024001700500～2900同步，全双工四线专线V.2916APK9600240024001700500～2900同步，全双工四线专线V.3216QAM9600240024001800500～2900异步，全双工四线专线V.3232TCM9600240024001800500～2900异步，全双工四线专线Modem的基本调制参数表（续）第5章调制解调技术下一页上一页5.5调制解调器的主要性能指标及选择原则5.5.1调制解调器的主要性能指标按数据压缩和检测错误方法分类调制解调器的优劣，一般可以从以下几个方面考虑：(1)带宽利用率：指每赫兹每秒所能传送的二进制码元数。(2)差错性能：一般以误码率和信噪比的关系曲线来表示。(3)设备复杂性：与设备成本有关，是一项重要的经济指标。(4)连接的速率：通常指下行速率，即服务器到Modem的数据传输速率，标志着从Internet上获得数据速度的快慢，另外，还有上行速度和数据吞吐量两个概念，它们分别指Modem到服务器和Modem与用户计算机之间的数据传输速率。第5章调制解调技术下一页上一页5.5调制解调器的主要性能指标及选择原则5.5.2调制解调器的选择选购Modem产品：除注意产品的质量外，在技术指标方面，通常要考虑Modem的工作速率、工作方式和均衡方式等。选择工作速率：必须使其与应用环境相适应。一般来说，低速的调制解调器价格低，一般用于异步传输方式；中速调制解调器用于同步或异步公用交换网；高速调制解调器价格高，一般用于四线或专线，适合信息量较大的场合。选择工作方式：同步工作方式或异步工作方式都要求必须与所连接的终端设备的工作方式一致，同时还应考虑到同步信号时钟是从哪一设备中提取(终端或调制解调器)，在安装上，同步传输的调制解调器要比异步传输的调制解调器复杂一些。第5章调制解调技术下一页上一页CableModemCableModem应用的是有线电视网。CableModem的基本原理：有线电视电