ADSL MODEM,ADSL MODEM的工作原理是什么?

ADSL MODEM,ADSL MODEM的工作原理是什么?

modem的概念

我們常說(shuō)的Modem，其實(shí)是Modulator（調(diào)制器）與Demodulator（解調(diào)器）的簡(jiǎn)稱，中文稱為調(diào)制解調(diào)器。也有人跟據(jù)Modem的諧音，親昵地稱之為“貓”。我們知道，計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息是由“0”和“1”組成數(shù)字信號(hào)，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號(hào)。于是，當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過(guò)電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這里要討論的Modem。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先由Modem把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為“調(diào)制”。經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)通過(guò)電話載波傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的Modem負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)還原為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程我們稱“解調(diào)”。正是通過(guò)這樣一個(gè)“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。

modem的分類

一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)Modem的形態(tài)和安裝方式，可以大致可以分為以下四類：

1、外置式Modem

外置式Modem放置于機(jī)箱外，通過(guò)串行通訊口與主機(jī)連接。這種Modem方便靈巧、易于安裝，閃爍的指示燈便于監(jiān)視Modem的工作狀況。但外置式Modem需要使用額外的電源與電纜。

2、內(nèi)置式Modem

內(nèi)置式Modem在安裝時(shí)需要拆開(kāi)機(jī)箱，并且要對(duì)中斷和COM口進(jìn)行設(shè)置，安裝較為繁瑣。這種Modem要占用主板上的擴(kuò)展槽，但無(wú)需額外的電源與電纜，且價(jià)格比外置式Modem要便宜一些。

3、PCMCIA插卡式Modem

插卡式Modem主要用于筆記本電腦，體積纖巧。配合移動(dòng)電話，可方便地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

4、機(jī)架式Modem

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)一的電源進(jìn)行供電。機(jī)架式Modem主要用于Internet/Intranet、電信局、校園網(wǎng)、金融機(jī)構(gòu)等網(wǎng)絡(luò)的中心機(jī)房。除以上四種常見(jiàn)的Modem外，現(xiàn)在還有ISDN調(diào)制解調(diào)器和一種稱為Cable Modem的調(diào)制解調(diào)器，另外還有一種ADSL調(diào)制解調(diào)器。

另外modem還可分為內(nèi)置式和外置式，兩者各有利弊，選用時(shí)可根據(jù)各自的需要而定。

modem的工作原理

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。

電話線可以使通信的雙方在相距幾千公里的地方相互通話，是由于在每隔一定距離都設(shè)有中繼放大設(shè)備，保證話音清晰。在這些設(shè)備上若再配置Modem，則能通電話的地方就可傳輸數(shù)據(jù)。一般電話線路的話音帶寬在300～3400Hz 范圍，用它傳送數(shù)字信號(hào)，其信號(hào)頻率也必須在該范圍。常用的調(diào)制方法有三種:頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK) 、相位幅度調(diào)制(PAM)。Modem通常有三種工作方式:掛機(jī)方式、通話方式、聯(lián)機(jī)方式。電話線未接通是掛機(jī)方式;雙方通過(guò)電話進(jìn)行通話是通話方式;Modem已聯(lián)通，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是聯(lián)機(jī)方式。

數(shù)模轉(zhuǎn)換的調(diào)制方法也有三種:(1)頻移鍵控(FSK)。用特殊的音頻范圍來(lái)區(qū)別發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。如調(diào)頻ModemBell-103型發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的二進(jìn)制邏輯被指定的專用頻率是:發(fā)送，信號(hào)邏輯0、頻率1070Hz，信號(hào)邏輯1、頻率1270Hz;接收，信號(hào)邏輯0、頻率20 25Hz，信號(hào)邏輯1、頻率2225Hz。(2)相移鍵控(PSK)，高速的Modem常用四相制，八相制，而四相制是用四個(gè)不同的相位表示00、01、10、11四個(gè)二進(jìn)制數(shù)，如調(diào)相ModemBell-212A型。該技術(shù)可以使3 00bps的Modem傳送600bps的信息，因此在不提高線路調(diào)制速率僅提高信號(hào)傳輸速率時(shí)很有意義，但控制復(fù)雜，成本較高，八相制更復(fù)雜。(3)相位幅度調(diào)制(PAM)，為了盡量提高傳輸速率，不提高調(diào)制速率，采用相位調(diào)制和幅度調(diào)制結(jié)合的方法。它可用16個(gè)不同的相位和幅度電平，使1200bps的Modem傳送19200bps的數(shù)據(jù)信號(hào)。該種Modem一般用于高速同步通信中。

調(diào)制解調(diào)器通電后，通常先進(jìn)入掛機(jī)方式，通過(guò)電話撥號(hào)撥通線路后進(jìn)入通話方式，最后通過(guò)Modem的"握手" 過(guò)程進(jìn)入聯(lián)機(jī)方式。正常使用時(shí)，由使用者通過(guò)控制電話機(jī)或Modem前面板的按鍵、內(nèi)部開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)三種方式間的轉(zhuǎn)換。

調(diào)制解調(diào)器與計(jì)算機(jī)連接是數(shù)據(jù)電路通信設(shè)備DCEDataCircutterminatingEquipme nt)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminalEquipment)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。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。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普通的Modem通常都是通過(guò)RS-232C串行口信號(hào)線與計(jì)算機(jī)連接。

ADSL的概念

隨著Internet的爆炸式發(fā)展，在Internet上的商業(yè)應(yīng)用和多媒體等服務(wù)也得以迅猛推廣。要享受Internet上的各種服務(wù)，用戶必須以某種方式接入網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)的數(shù)字化、寬帶化，提高用戶上網(wǎng)速度，光纖到戶（FTTH）是用戶網(wǎng)今后發(fā)展的必然方向，但由于光纖用戶網(wǎng)的成本過(guò)高，在今后的十幾年甚至幾十年內(nèi)大多數(shù)用戶網(wǎng)仍將繼續(xù)使用現(xiàn)有的銅線環(huán)路，這就需要一個(gè)過(guò)度方案，而ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）是近年來(lái)人們提出了多項(xiàng)過(guò)渡性的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)中的一種，是最具前景及競(jìng)爭(zhēng)力的一種,將在未來(lái)十幾年甚至幾十年內(nèi)占主導(dǎo)地位。目前,ADSL的熱潮席卷世界各地，PC業(yè)界領(lǐng)袖MIC(Microsoft、Intel、Compaq)等以及世界范圍內(nèi)各大網(wǎng)絡(luò)公司Nokia、3COM、CISCO、Siemens、Alcatel、Paradyne等相繼推出ADSL的產(chǎn)品并致力于ADSL的發(fā)展；全球許多電信公司、ISP也紛紛推廣各自的ADSL服務(wù)，北美、新加坡等率先正式投入營(yíng)業(yè)，日本、韓國(guó)等等國(guó)家也已進(jìn)入試驗(yàn)階段，中國(guó)電信在北京、上海、廣東、福建等地已進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試并開(kāi)始試驗(yàn)性推廣，湛江也已進(jìn)入了使用階段。

ADSL的原理和特點(diǎn)

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)，非對(duì)稱數(shù)字用戶線路，在電話線上產(chǎn)生三個(gè)信息通道：一個(gè)速率為1.5Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用戶下載信息；一個(gè)速率為16Kbps-1Mbps的中速雙工通道；一個(gè)普通的老式電話服務(wù)通道；且這三個(gè)通道可以同時(shí)工作。 (當(dāng)然，具體的通信速率還依賴環(huán)路的質(zhì)量和長(zhǎng)度而定。) ADSL采用高級(jí)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和新的算法壓縮數(shù)據(jù)，使大量的信息得以在網(wǎng)上高速傳輸。我們知道，在現(xiàn)有的較長(zhǎng)的銅制雙絞線(普通電話線)上傳送數(shù)據(jù)，其對(duì)信號(hào)的衰減是十分嚴(yán)重 的，ADSL在如此惡劣的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了大的動(dòng)態(tài)范圍，分離的通道，以及保持低噪聲干擾，其難度可想而知，難怪有人說(shuō)，ADSL 是調(diào)制解調(diào)技術(shù)的一個(gè)奇跡。

為了在電話線上分隔有效帶寬，產(chǎn)生多路信道，ADSL調(diào)制解調(diào)器一般采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，頻分多路復(fù)用(FDM)或回波消除(Echo Cancellation)技術(shù)。FDM在現(xiàn)有帶寬中分配一段頻帶作為數(shù)據(jù)下行通道，同時(shí)分配另一段頻帶作為數(shù)據(jù)上行通道。下行通道通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用(TDM)技術(shù)再分為多個(gè)高速信道和低速信道。同樣，上行通道也由多路低速信道組成。而回波消除技術(shù)則使上行頻帶與下行頻帶疊加， 通過(guò)本地回波抵消來(lái)區(qū)分兩頻帶。此技術(shù)來(lái)源于 V.32和 V.34調(diào)制解調(diào)器中，它非常有效的使用了有限的帶寬，但從復(fù)雜性和價(jià)格來(lái)說(shuō)，其代價(jià)較大。當(dāng)然，無(wú)論使用兩種技術(shù)中的哪一種，ADSL都會(huì)分離出4KHz的頻帶用于老式電話服務(wù)(POTS)。

當(dāng)前 ADSL調(diào)制解調(diào)設(shè)備多采用 3種線路編碼技術(shù)，分別稱為抑制載波幅度和相位 (carrier-less amplitude and phase,CAP),離散多音復(fù)用(discrete multitone,DMT)，以及離散小波多音復(fù)用 (discrete wavelet multitone,DWMT)。其中 CAP的基礎(chǔ)是正交幅度調(diào)制(QAM)，在 CAP中，數(shù)據(jù)被調(diào)制到單一載波之上；而在 DMT中，數(shù)據(jù)被調(diào)制到多個(gè)載波之上，每個(gè)載波上的數(shù)據(jù)使用 QAM進(jìn)行調(diào)制。DMT中使用為大家熟知的快速傅里葉變換算法做數(shù)字信號(hào)處理，而在 DWMT中，則用近年來(lái)新興的小波變換算法代替快速傅里葉變換。 一個(gè) ADSL調(diào)制解調(diào)器將多路下行通道中，雙工通道中以及維護(hù)信道中的數(shù)據(jù)流組合成數(shù)據(jù)塊 (block)，并在每一數(shù)據(jù)塊中附加糾錯(cuò)代碼，接受端則通過(guò)此糾錯(cuò)代碼對(duì)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的誤碼進(jìn)行糾錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)表明，此糾錯(cuò)編碼技術(shù)完全可以達(dá)到 MPEG-2 和其他數(shù)字圖像壓縮方法的要求。

衰減和串音是決定ADSL性能的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)損傷。傳輸速率越高，它們對(duì)信號(hào)的影響也越大，因此ADSL的有效傳輸距離隨著傳輸速率的提高而縮短。附表列出了正常情況下24號(hào)線規(guī)UTP的下行速率和有效傳輸距離的關(guān)系。表中的VDSL是甚高速ADSL。雖然VDSL的有效傳輸距離比ADSL更短，但是在VDSL光纖到路邊(FTTC)或光纖到大樓(FTTB)后， VDSL可用于大樓內(nèi)部辦公室或家庭間的連接。 ADSL接入網(wǎng)線路長(zhǎng)度若為5.5km，則可覆蓋80%以上的現(xiàn)有電話用戶；線路長(zhǎng)度若為3.7km，則可覆蓋50%以上的現(xiàn)有用戶，用戶小區(qū)以外的分散用戶可通過(guò)基于光纖的集線器節(jié)點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)中。 串音噪聲通常是穩(wěn)定的，因此比較容易對(duì)其進(jìn)行研究并加以克服；而沖擊噪聲在頻率、周期、相位等方面都是隨機(jī)的，對(duì)期難以建模和研究。

ADSL MODEM的概念

有了上面的解釋，不難理解所謂ADSL MODEM就是專門用于ADSL技術(shù)應(yīng)用的MODEM，負(fù)責(zé)對(duì)ADSL信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，發(fā)送和接受ADSL信號(hào)，是實(shí)現(xiàn)ADSL不可缺少的一部分。比起普通撥號(hào) Modem的最高56K速率，以及N-ISDN 128K的速率，ADSL的速率優(yōu)勢(shì)是不言而喻的，ADSL更為吸引人的地方是：它在同一銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過(guò)電話交換機(jī)設(shè)備，減輕了電話交換機(jī)的負(fù)載。這意味著使用ADSL上網(wǎng)并不需要繳付另外的電話費(fèi)。與Cable Mode相比，ADSL技術(shù)具有著相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。Cable Modem的HFC接入方案采用分層樹(shù)型結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)是帶寬比較高（10M），但這種技術(shù)本身是一個(gè)較粗糙的總線型網(wǎng)絡(luò)，這就意味者用戶要和鄰近用戶分享有限的帶寬，當(dāng)一條線路上用戶激增時(shí)，其速度將會(huì)減慢。再者，有關(guān)資料表明，大部分情況下，HFC方案必需兼顧現(xiàn)有的有線電視節(jié)目，而占用了部分帶寬，只剩余了一部分可供傳送其它數(shù)據(jù)信號(hào)，所以Cable Modem的理論傳輸速率只能達(dá)到一小半。國(guó)外公司實(shí)驗(yàn)表明，其速率減為 1M-2Mbps，更常見(jiàn)的是 400K-500Kbps。綜合來(lái)看，即使在理想狀態(tài)下，HFC只相當(dāng)于一個(gè)10Mbps的共享式總線型以太網(wǎng)，而ADSL接入方案在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上較為先進(jìn)，因?yàn)槊總€(gè)用戶都有單獨(dú)的一條線路與ADSL局端相連，它的結(jié)構(gòu)可以看作是星型結(jié)構(gòu)，它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬是由每一用戶獨(dú)享的。

幾種ADSL MODEM接入示意圖

（1）以太網(wǎng)接口外置式ADSL MODEM 接入示意圖

湛江電信提供的以太網(wǎng)接口外置式 ADSL MODEM有：Bridge MP5121（橋式）、Router M1122(路由式） 型號(hào)

（2）USB接口外置式ADSL MODEM接入示意圖

湛江電信提供的USB接口外置式 ADSL MODEM有：Efficient Network USB 型號(hào)

（3）PCI接口內(nèi)置式ADSL MODEM接入示意圖

湛江電信提供的PCI接口內(nèi)置式 ADSL MODEM有：Efficient Network PCI 型號(hào)