数据通信 第5章 调制解调技术(学生)

第5章调制解调技术任课教师何思远学习目标掌握调制解调器的结构及通信过程了解调制解调器的分类与标准、性能指标及选择原则了解调制解调新技术5.1概述调制解调器的外观调制解调器的定义调制解调器是物理上实现各种数字调制与解调功能的设备，它同时具有调制与解调的双重功能。调制解调器实现了数字信号与模拟信号之间的信号转变，是一种信号变换设备。5.2调制解调器的结构5.2.1调制解调器的作用(1)信号转换(2)确保信源和信宿的同步(3)提高数据在传输过程中的抗干扰能力(4)实现信道的多路复用5.2.2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数据终端接口的功能是完成数据终端与调制解调器之间的连接。电气连接逻辑连接数据终端接口分为并行接口与串行接口。并行接口是指数据终端与调制解调器之间的连接为总线的连接方式。串行接口是指数据终端与调制解调器之间的连接为串行通信连接方式。数据终端接口的功能调制解调部件的功能是完成数字信号和模拟信号之间的转换。调制解调部件的功能还有扰码、解扰码、信道分割、线路均衡、指示工作状态。调制解调部件的功能线路接口的功能是完成调制解调器与传输线路之间的转换。以电话型线路为例•调制解调器内部不平衡电路与电话线路中平衡线路之间的转换•调制解调器内部四线电话线路与电话线路中二线电话线路之间的转换线路接口的功能双音多频(DTMF)思考题1.基本功能(1)自动连接(2)自动重拨号(3)电话簿(4)波特转换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2.新增加的功能（智能调制解调器）(1)差错控制功能差错控制协议有：①V.42协议，它是由CCITT制定的，该协议包含两个方案：主方案是LAN-M链路访问协议，备用方案是MNP4协议。②MNP协议，它是由Microcom公司制定的，差错控制协议包括MNP1和MNP4，其中以MNP4性能最好。(2)数据压缩功能ITU制定了V.42bis数据压缩协议，其最大的压缩率为4:1，该协议配合V.42使用。Microcom公司制定了MNP协议，数据压缩协议包括MNP5、MNP7和MNP9，其中MNP5使用最广泛，它的压缩率是2:1，该协议配合MNP4使用。(3)网络管理功能①网络的集中管理功能②线路质量检测功能③计算和报告传输性能1.准备阶段2.拨号阶段3.载波检测阶段4.建立连接阶段5.数据传输阶段6.拆除连接阶段5.3.2调制解调器的通信过程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于1954年开始进入市场到现在，速率已经由过去的110bit/s发展到9600/14400/28800bit/s以至56kbit/s。Fax/Modem于20世纪90年代进入市场，开始时Fax/Modem只能简单的接收传真，现在可以完全实现传真机的功能。传送速率为2400/4800/7200/9600bit/s。2.按外型分类外接式Modem，它安置在PC机外部，通过串行口电缆连到机器上，即通过RS-232接口连到计算机的串行口上。内插式Modem，它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，是总线型结构。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，安装在一个机架上。3.按传送速率分类Modem的速率有1200bit/s、2400bit/s、9600bit/s、14400bit/s、28800bit/s等。9600bit/sModem基本速率是2400bit/s，加上四倍数据压缩能力，所以实际传送速率为38400bit/s。4.按使用线路分类电话线按提供的服务质量不同又分为以下几种：①拨号线(dial-upline)②专线(leasedline)③DDS(DirectDigitalService)5.按操作状态分类Modem按操作状态可分为两种：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主要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Modem和袖珍式Modem与计算机连接都是通过RS-232接口实现的。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。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。Modem数据压缩的目的是为了在同样的速率下传送更多的信息。检测错误的方法有V.42和MNP1和MNP4。数据压缩方法有MNP5和V.42bis。8.按硬件和软件的功能分类硬件Modem是指所有功能都由其自身所带的数据处理和控制单元来完成，其最大的特点是拥有自己的DSP芯片。软件Modem是将Modem上的某些功能交由CPU来完成，只留下必要的功能由调制解调芯片来完成。5.4.2调制解调器的标准1.标准与组织Modem主要标准及组织如下：(1)国际电报电话咨询委员会(CCITT)及其制定的V系列建议。(2)美国贝尔通信公司及其所制定的贝尔(Bell)标准。(3)美国联邦电信标准委员会(FTSC)及其联邦标准(FED-STD)。(4)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。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、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。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(1)带宽利用率：指每赫兹频率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：连接速率通常指下行速率，即服务器到Modem的数据传输速率，它标志着从Internet上获得数据速度的快慢。调制解调器的速率调制解调器的速率可分为DTE(数据终端设备)速率和DCE(数据电路终接设备)速率。DTE速率是指Modem与计算机连接的接口速率。典型值为115.2kbit/s、57.6kbit/s。DCE速率是指Modem与电话线相连的速率。典型值为56kbit/s、33.6kbit/s、14.4kbit/s、9.6kbit/s。DCE速率又分为上行速率和下行速率。上行速率典型值为48kbit/s、33.6kbit/s。下行速率典型值为56kbit/s、33.6kbit/s。DTE速率——与计算机连接的串口速率，典型值为115.2kbit/s等DCE速率——与电话线相连的速率，典型值为56kbit/s上行速率和下行速率5.5.2调制解调器的选择Modem的工作速率Modem的工作方式Modem的均衡方式5.6典型调制解调器的介绍(V.90/ADSL)33.6kbit/s的速率被认为是话音信道调制解调器所能实现的最高速率(香农信道容量公式)。在电话网络中使用的编译码器，理论上的噪声门限为39.5dB，但是大多数实际网络编译码器的噪声门限仅仅为35~36dB。假设信道带宽为3kHz，量化噪声门限为35dB，由香农公式得到3.523000log(110)34.88/Ckbits1V.90ModemV.90建议中用户端和局端的Modem并不相同用户端的Modem通常被称为模拟Modem局端的Modem通常被称作数字Modem或PCMModem二者的工作环境并不相同用户端的Modem与用户线相连，即普通的模拟电话线局端的Modem通过标准的数字接口与数字交换网相连用户端和局端的Modem的主要特性如下：(1)通过回波抵消法来实现在PSTN两线线路上的双工通信(2)下行方向的速率为8000波特，同步传输时下行信息速率最高达56kbit/s(3)上行方向支持以2400bit/s为间隔从4800bit/s到28.8kbit/s的所有速率V.90调制解调器通信系统V.90Modem示例内置软猫芯片采用CONEXANT公司的产品，其前身是ROCKWELL继电器隔离变压器2ADSLModemXDSL是数字用户线路的统称，是以铜质电话线为传输介质的传输技术的组合，其中“X”代表着不同种类的数字用户线路技术。ADSL不对称数字用户线路HDSL高比特速率数字用户线路RDSL可变速率数字用户线路SDSL对称数字用户线路VDSL甚高比特速率数字用户线路ADSL支持不对称数据传输，下行速率最高可达8Mbit/s，上行速率最大可达640kbit/s。想一想为什么速率会这么快？ADSL信道频率的分配模式(FDM方式)ADSL系统结构ADSLModem示例USB接口，支持USB规范V1.1标准，即插即用，无需外带电源内置式PCI接口，全速率、自适应的ADSLModem5.7小结物理上实现各种数字调制的设备是调制解调器，它是同时具有调制与解调双重功能的设备，它是一种信号变换设备。调制解调器由数据终端接口、线路接口及调制解调部件三部分组成。在通信中具有信号转换、同步、抗干扰和复用作用。调制解调器具有拨号、连接和波特率选择基本功能，智能型调制解调器还具有差错控制、数据压缩和网络管理等功能。回波抵消法基本思想允许收发双方同时把信号送到二线用户环路上，即线路上同时存在收发两端的信号，接收端根据信道特性和发送信号特性，自动估算出接收信号中包含的本端发送信号的分量，并将其从接收信号中减去，即得到对端发来的信号。回波抵消法原理示意图++-1/2-1/2(xA+xB)/2(xA+xB)/2-xB/2-xA/2TATBRARB